SLA激光光固化工艺
SLS粉末烧结成型
3DP三维喷涂粘结成型
DLP喷墨技术工艺
FDM熔融挤压堆积成型
CNC数控加工

简介

光固化成型工艺,也被称为立体光刻成型属于快速成型工艺的一种,简称SL,也有时被简称SLA。该工艺是美国的于1986年研制成功的一种RP工艺,1987年获美国专利,是最早出现的、技术最成熟和应用最广泛的快速原型技术。它以光敏树脂为原料,通过计算机控制紫外激光石器逐层凝固成型。这种方法能简捷、全自动地制造出表面质量和尺寸精度较高、几何形状复杂的原型。

成型机理

要实现光固化快速成型,感光树脂的选择也很关键。它必须具有合适的粘度,固化后达到一定的强度,在固化时和固化后要有较小的收缩及扭曲变形等性能。更重要的是,为了高速、精密地制造一个零件,感光树脂必须具有合适的光敏性能,不仅要在较低的光照能量下固化,且树脂的固化深度也应合适。在计算机控制下,紫外激光按零件各分层截面数据对液态光敏树脂表面逐点扫描,使被扫描区域的树脂薄层产生光聚合反应而固化,形成零件的一个薄层;一层固化完毕后,工作台下降,在原先固化好的树脂表面再敷上一层新的液态树脂以便进行下一层扫描固化;新固化的一层牢固地粘合在前一层上;如此重复直到整个零原件型制作完毕。

工艺过程

光固化成型的制作一般可以分为前处理、原型制作和后处理三阶段。

(1)前处理阶段主要是对原型的CAD模型进行数据转换、确定摆放方位、施加支撑和切片分层,实际上就是为原型的制作准备数据。

(2)光固化成型过程是在专用的光固化快速成型设备系统上进行。早原型制作前,需要提前启动光固化快速成型设备系统,使得树脂材料的温度达到预设的合理温度,激光器点燃后也需要一定的稳定时间。

(3)1、清洗模型,去除多余的液态树脂。2、去除并修整原型的支撑。3、去除逐层硬化形成的台阶。4、后固化处理。

工艺优势

表面质量较好;

成型精度较高,精度在0.1mm左右;

高精度:平均点距一般在0.03mm到0.6mm左右,小型零件同样适用;

系统分辨率较高。

应用领域

SLA激光光固化快速成型技术适合于制作中小型工件,能直接得到树脂或类似工程塑料的产品。主要用于概念模型的原型制作,或用来做简单装配检验和工艺规划。

案例

简介

粉末烧结成型(Selected Laser Sintering),简称SLS,采用红外激光器对粉末材料(尼龙、尼龙玻纤、尼龙碳纤维、尼龙铝粉、PS材料以及各种金属材料包括:模具钢、钛合金、铝合金以及CoCrMo合金、铁镍合金等)直接烧结成型的系统。代表: EOS的EOSINT M280、P395等,分别是全球领先的金属成型和塑料成型设备。

工艺流程

材料不同,具体的烧结工艺也有所不同。

1)高分子粉末材料烧结工艺 其过程分为前处理、粉层烧结叠加以及后处理三个阶段。 前处理:此阶段主要完成模型的三维CAD造型,并经STL数据转换后输入到粉末激光烧结快速成型系统中。

粉层激光烧结叠加:在这个阶段,设备根据原型的结构特点,在设定的建造参数下,自动完成原型的逐层粉末烧结叠加过程。当所有叠层自动烧结叠加完成后,需要将原型在成型缸中缓慢冷却至40℃以下,取出原型并进行后处理。 后处理:激光烧结后的PS原型件强度很弱,需要根据使用要求进行渗蜡或渗树脂等补强处理。

2)金属零件间接烧结工艺 该工艺的过程主要分为三个阶段:SLS原型件(绿件)的制作、粉末烧结件(褐件)的制作、金属熔渗后处理。 SLS原型件的制作阶段过程为CAD模型——分层切片——激光烧结(SLS)——RP原型(绿件),此阶段的关键在于,如何选用合理的粉末配比和加工工艺参数实现原型件的制作。 “褐件”制作阶段过程为二次烧结(800℃)——三次烧结(1080℃),此阶段的关键在于,烧失原型件中的有机杂质获得具有相对准确形状和强度的金属结构体。 金属熔渗阶段过程为二次烧结(800℃)——三次烧结(1080℃)——金属熔渗——金属件。此阶段的关键在于,选用合适的熔渗材料及工艺,以获得较致密的金属零件。

3)金属零件直接烧结工艺 基于SLS工艺的金属零件直接制造工艺流程为:CAD模型——分层切片——激光烧结(SLS)——RP原型零件——金属件。

工艺优势

选择性激光烧结工艺和其他快速成型工艺相比,其最大的独特性就是能够直接制作金属制品,同时该工艺还具有如下一些优点:

1)可采用多种材料。从原理上来说,这种方法可采用加热时年度降低的任何粉末材料,通过材料或者各类含粘结剂的涂层颗粒制造出任何造型,适应不同的需要。

2)制造工艺比较简单。由于可用多种材料,选择性激光烧结工艺按采用的原料不同,可以直接生产复杂形状的原型、型腔模三维构件或部件及工具。

3)高精度。依赖于使用的材料种类和粒径、产品的几何形状和复杂程度,该工艺一般能达到工件整体范围内±(0.05--2.5)mm的公差。当粉末粒径为0.1mm以下时,成型后的原型精度可达±1%。

4)无需支撑结构。和LOM工艺一样,SLS工艺也无需设计支撑结构,叠层过程中出现的悬空层面可直接由未烧结的粉末来实现支撑。

5)材料利用率高。由于该工艺过程不需要支撑结构,也不像LOM工艺那样出现许多废料,也不需要制作基底支撑,所以该工艺方法在常见的几种快速成型工艺中,材料利用率是最高的,可以认为是100%。SLS工艺中使用的多数粉末的价格较便宜,所以SLS模型的成本相比较来看也是较低的。

6)生产周期短。从CAD设计到零件的加工完成只需几小时到几十小时,整个生产过程数字化,可随时修正、随时制造。这一特点使其特别适合于新产品的开发。

7)与传统工艺方法相结合,可实现快速铸造、快速模具制造、小批量零件输出等功能,为传统制造方法注入新的活力。

8)应用面广。由于成型材料的多样化,使得SLS工艺适合于多种应用领域,如原型设计验证、模具母模、精铸熔模、铸造型壳和型芯等。

应用领域

产品外观设计认证,高精度模具、注塑模具异形热流道的快速制作。

精密金属部件的直接制造,模型论证试验,防火部件直接制造,夹具等。

人体植入物,牙齿,头盖骨修复,假肢等,医疗器械研发等。

新产品开发,样件验证。

文化、创意、服饰、家居用品等领域的创意设计与展示等。

案例

塑料尼龙粉末烧结

金属粉末烧结

简介

三维印刷(3DP)工艺是美国麻省理工学院Emanual Sachs等人研制的。E.M.Sachs于1989年申请了3DP(Three-Dimensional Printing)专利,该专利是非成形材料微滴喷射成形范畴的核心专利之一。3DP工艺与SLS工艺类似,采用粉末材料成形,如陶瓷粉末,金属粉末。所不同的是材料粉末不是通过烧结连接起来的,而是通过喷头用粘接剂(如硅胶)将零件的截面“印刷”在材料粉末上面。用粘接剂粘接的零件强度较低,还须后处理。

工艺流程

上一层粘结完毕后,成型缸下降一个距离(等于层厚:0.013~0.1mm),供粉缸上升一高度,推出若干粉末,并被铺粉辊推到成型缸,铺平并被压实。喷头在计算机控制下,按下一建造截面的成形数据有选择地喷射粘结剂建造层面。铺粉辊铺粉时多余的粉末被集粉装置收集。如此周而复始地送粉、铺粉和喷射粘结剂,最终完成一个三维粉体的粘结。未被喷射粘结剂的地方为干粉,在成形过程中起支撑作用,且成形结束后,比较容易去除。

工艺特点

成形速度快,成形材料价格低

可以制作彩色原型

粉末在成形过程中起支撑作用,且成形结束后,比较容易去除

应用领域

适合成型小件,可用于打印概念模型、彩色模型、教学模型和铸造用的石膏原型,还可用于加工颅骨模型,方便医生进行病情分析和手术预演

案例

简介

类似于传统的二维喷墨打印,可以打印超高精细度的样件,适用于小型精细零件的快速成型。

工艺流程

沿着X轴前后滑动,在成型室里铺上一层超薄的光敏树脂。每铺完一层后,喷头架边上的紫外光球立即发射紫外光,快速固化和硬化每层光敏树脂。这一步骤减少了使用其他技术所需的后处理过程。每打印完一层,机器内部的成型底盘就会极为精确地下沉,而喷头继续一层一层地工作,直到原型件完成。成型时使用了两种不同的光敏树脂材料:一种是用来成型实体部件的成型材料,另一种类胶体的用来支撑部件的支撑材料。

使用材料:光敏树脂聚合材料

工艺特点

打印出高质量、高细节的3D模型

缩短设计周期和降低研发成本

材料选择范围广

简易的支撑移除

应用领域

除了能够在制造业中生成各种模型外,由于它的占地空间和环保理念都逐步适应了现代商务区的要求,也开始应用于教育、建筑、设计等多个行业。

案例

简介

熔融挤压成型技术,也叫熔融堆积成型,这种工艺的基础就是将热塑性塑料聚合体材料加热熔融成丝,像挤牙膏一样从喷头挤出,堆积在成型面上成型,设备涵盖从构建快速概念模型到慢速高精密模型的不同应用区间,材料主要是聚酯、ABS、弹性体材料、以及熔模铸造用蜡。

工艺流程

将丝状的热熔性材料加热融化,同时三维喷头在计算机的控制下,根据截面轮廓信息,将材料选择性地涂敷在工作台上,快速冷却后形成一层截面。然后重复以上过程,继续熔喷沉积,直至形成整个实体造型。

工艺特点

系统构造原理和操作简单

维护成本低,系统运行安全

可以直接用于失蜡铸造

可以成型任意复杂程度的零件

支撑去除简单,无需化学清洗

应用领域

由于该工艺成型的产品精度和分辨率比较低,适用于成型小塑料件,适合简单的测试和概念设计方面的需求。

案件

简介

CNC(数控机床)是计算机数字控制机床(Computer numerical control)的简称,是指在数控机床上进行零件加工的一种工艺方法。数控机床加工与传统机床加工的工艺规程从总体上说是一致的,但也发生了明显的变化。用数字信息控制零件和刀具位移的机械加工方法。它是解决零件品种多变、批量小、形状复杂、精度高等问题和实现高效化和自动化加工的有效途径。

工艺流程

CNC加工特别适合中大型、不太复杂的产品的原型件、手板的制作,相比RP原型,可以有效节省成本。其基本方法是采用CNC技术从CAD数据得到模具的原型件。

工艺特点

大量减少工装数量,加工形状复杂的零件不需要复杂的工装。如要改变零件的形状和尺寸,只需修改零件加工程序,用于新产品研制和改型。

加工质量稳定,加工精度高,重复精度高。

应用领域

数控机床特别适合以下场合:

不许报废的零件;新产品研制;急需件的加工。

案例