3D打印的FDM、SLS、SLA三種打印技術(shù)講解

FDM打印技術(shù)

　　技術(shù)原理：

　　FDM(Fused Deposition Modeling，熔融沉積)。

　　FDM熔融層積成型技術(shù)是將絲狀的熱熔性材料加熱融化，同時(shí)三維噴頭在計(jì)算機(jī)的控制下，根據(jù)截面輪廓信息，將材料選擇性地涂敷在工作臺上，快速冷卻后形成一層截面。一層成型完成后，機(jī)器工作臺下降一個(gè)高度（即分層厚度）再成型下 一層，直至形成整個(gè)實(shí)體造型。

　　FDM技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)：

　　1） 操作環(huán)境干凈、安全，材料無毒，可以在辦公室、家庭環(huán)境下進(jìn)行，沒有產(chǎn)生毒氣和化學(xué)污染的危險(xiǎn)。

　　2） 無需激光器等貴重元器件，因此價(jià)格便宜。

　　3） 原材料為卷軸絲形式，節(jié)省空間，易于搬運(yùn)和替換。

　　4） 材料利用率高，可備選材料很多，價(jià)格也相對便宜。

　　FDM技術(shù)的缺點(diǎn)：

　　1） 成形后表面粗糙，需后續(xù)拋光處理。最高精度只能為0.1mm。

　　2） 速度較慢，因?yàn)閲婎^做機(jī)械運(yùn)動。

　　3） 需要材料作為支撐結(jié)構(gòu)。

SLS打印技術(shù)

　　技術(shù)原理：

　　SLS(Selective Laser Sintering，粉末材料選擇性激光燒結(jié))。

　　該技術(shù)采用鋪粉將一層粉末材料平鋪在已成型零件的上表面，并加熱至恰好低于該粉末燒結(jié)點(diǎn)的某一溫度，控制系統(tǒng)控制激光束按照該層的截面輪廓在粉層上掃描，使粉末的溫度升到熔化點(diǎn)，進(jìn)行燒結(jié)并與下面已成型的部分實(shí)現(xiàn)粘結(jié)。一層完成后，工作臺下降一層厚度，鋪料輥在上面鋪上一層均勻密實(shí)粉末，進(jìn)行新一層截面的燒結(jié)，直至完成整個(gè)模型。

　　SLS技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)：

　　1）可用多種材料。其可用材料包括高分子、金屬、陶瓷、石膏、尼龍等多種粉末材料。特別是金屬粉末材料，是目前3D打印技術(shù)中最熱門的發(fā)展方向之一。

　　2）制造工藝簡單。由于可用材料比較多，該工藝按材料的不同可以直接生產(chǎn)復(fù)雜形狀的原型、型腔模三維構(gòu)建或部件及工具。

　　3）高精度。一般能夠達(dá)到工件整體范圍內(nèi)（0.05-2.5）mm的公差。

　　4）無需支撐結(jié)構(gòu)。疊層過程出現(xiàn)的懸空層可直接由未燒結(jié)的粉末來支撐。

　　5）材料利用率高。由于不需要支撐，無需添加底座，為常見幾種3D打印技術(shù)中材料利用率最高的，且價(jià)格相對便宜。

　　SLS技術(shù)的缺點(diǎn)：

　　1）表面粗糙。由于原材料是粉狀的，原型建造是由材料粉層經(jīng)過加熱熔化實(shí)現(xiàn)逐層粘結(jié)的，因此，原型表面嚴(yán)格講是粉粒狀的，因而表面質(zhì)量不高。

　　2）燒結(jié)過程有異味。 SLS工藝中粉層需要激光使其加熱達(dá)到熔化狀態(tài)，高分子材料或者粉粒在激光燒結(jié)時(shí)會揮發(fā)異味氣體。

　　3）無法直接成型高性能的金屬盒陶瓷零件，成型大尺寸零件時(shí)容易發(fā)生翹曲變形。

　　4）加工時(shí)間長。加工前，要有2小時(shí)的預(yù)熱時(shí)間；零件構(gòu)建后，要花5至10小時(shí)時(shí)間冷卻，才能從粉末缸中取出。

　　5）由于使用了大功率激光器，除了本身的設(shè)備成本，還需要很多輔助保護(hù)工藝，整體技術(shù)難度大，制造和維護(hù)成本非常高，普通用戶無法承受

SLA打印技術(shù)

　　技術(shù)原理：

　　SLA(Stereo Lithography Apparatus，光敏樹脂選擇性固化)。

　　在液槽中充滿液態(tài)光敏樹脂，其在激光器所發(fā)射的紫外激光束照射下，會快速固化（SLA與SLS所用的激光不同，SLA用的是紫外激光，而SLS用的是紅外激光）。在成型開始時(shí)，可升降工作臺處于液面以下，剛好一個(gè)截面層厚的高度。通過透鏡聚焦后的激光束，按照機(jī)器指令將截面輪廓沿液面進(jìn)行掃描。掃描區(qū)域的樹脂快速固化，從而完成一層截面的加工過程，得到一層塑料薄片。然后，工作臺下降一層截面層厚的高度，再固化另一層截面。這樣層層疊加構(gòu)成建構(gòu)三維實(shí)體。

　　SLA技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)：

　　1） 發(fā)展時(shí)間最長，工藝最成熟，應(yīng)用最廣泛。在全世界安裝的快速成型機(jī)中，光固化成型系統(tǒng)約占60%。

　　2） 成型速度較快，系統(tǒng)工作穩(wěn)定。

　　3） 具有高度柔性。

　　4） 精度很高，可以做到微米級別，比如0.025mm。

　　5） 表面質(zhì)量好，比較光滑：適合做精細(xì)零件。

　　SLA技術(shù)的缺點(diǎn)：

　　1） 需要設(shè)計(jì)支撐結(jié)構(gòu)。支撐結(jié)構(gòu)需要未完全固化時(shí)去除，容易破壞成型件。

　　2） 設(shè)備造價(jià)高昂，而且使用和維護(hù)成本都不低。SLA系統(tǒng)需要對液體進(jìn)行操作的精密設(shè)備，對工作環(huán)境要求苛刻。

　　3） 光敏樹脂有輕微毒性，對環(huán)境有污染，對部分人體皮膚有過敏反應(yīng)。

　　4） 樹脂材料價(jià)格貴，但成型后強(qiáng)度、剛度、耐熱性都有限，不利于長時(shí)間保存。

　　5） 由于材料是樹脂，溫度過高會熔化，工作溫度不能超過100℃。且固化后較脆，易斷裂，可加工性不好。成型件易吸濕膨脹，抗腐蝕能力不強(qiáng)。