分类及常见的3D打印机

现阶段3D打印存在着许多不同的技术，因此出现了基于不同技术的3D打印机，它们的不同之处在于使用打印材料的方式，并以不同层来构建创建部件。每种技术都有各自的优缺点，有些技术利用熔化或软化可塑性材料的方法来制造打印的“墨水”，例如选择性激光烧结（SLS）和熔融沉积制造技术（FDM）；还有一些技术是用液体材料作为打印的“墨水”的，例如立体光刻成型（SLA）、数字光处理（DLP）。部分打印机采用的技术和材料见表1-1。

表1-1部分打印机采用的技术和材料

①又被称为Three Dimensional Printing and Gluing（三维喷涂粘结成型）。

常见的3D打印机介绍如下：

1.FDM（熔融挤压堆积成型）3D打印机（图1-4）

FDM 3D打印机工艺的关键是保持半流动成型材料刚好在熔点之上（通常控制在比熔点高1℃左右）。FDM喷头受CAD分层数据控制使半流动状态的熔丝材料（丝材直径一般在1.5mm以上）从喷头中挤压出来，凝固形成轮廓形状的薄层。每层厚度范围在0.025～0.762mm，一层叠一层最后形成整个零件模型。此种工艺应用较广，因此本书以组装FDM3D打印机为例。

FDM工艺使用的原材料是热塑性材料，如ABS、PC、PLA等丝状供料，精度为0.025～0.762mm。

FDM 3D打印机的特点：

1）系统构造原理和操作简单。

2）维护成本低，系统运行安全。

3）可以直接用于失蜡铸造。

4）可以成型任意复杂程度的零件。

5）支撑去除简单，无须化学清洗。

图1-4 FDM机型——Prusa i3

2.SLS（选择性激光烧结）3D打印机（图1-5）

SLS 3D打印机采用CO₂激光器作为烧结光源，目前使用的造型材料多为各种粉末材料。在工作台上均匀铺上一层很薄（100～200μm）的粉末，激光束在计算机控制下按照零件分层轮廓有选择性地进行烧结，一层烧结完成后再进行下一层。全部烧结完成后去掉多余的粉末，再进行打磨、烘干等处理，便获得零件。目前，成熟的工艺材料为蜡粉及塑料粉、金属粉、陶瓷粉，如尼龙、ABS、树脂裹覆砂（覆膜砂）、聚碳酸酯等。

SLS 3D打印机的特点：

1）可制作金属制品。

2）可采用多种材料。

3）制作工艺比较简单。

4）无须支撑结构。

5）材料利用率高。

图1-5 SLS机型——德国EOS

3.3DP（粉末层喷头）3D打印机（图1-6）

3DP成型工艺的原理是将粉末由储存桶送出一定分量，再以滚筒将送出的粉末在加工平台上铺一层很薄的原料，喷嘴依照3D计算机模型切片后获得的二维层片信息喷出粘结剂，粘接粉末。打印完一层，加工平台自动下降一层，储存桶上升一层，刮刀由升高的储存桶把粉末推至工作平台并把粉末推平，再喷粘结剂，如此循环便可得到所要的形状。该种工艺是目前唯一可打印全彩色样件的3D打印工艺。3DP 3D打印机使用的材料为粉末材料，如石膏粉末；精度为0.013～0.1mm。

3DP 3D打印机的特点：

1）成型速度快。(www.xing528.com)

2）可以制作彩色原型。

3）粉末在成型过程中起支撑作用，且成型结束后，比较容易去除。

图1-6 3DP机型——Project660

4.SLA（立体光固化成型）3D打印机（图1-7）

SLA 3D打印机用特定波长与强度的激光束聚焦到光固化材料表面，使之由点到线，由线到面顺序凝固，完成一个层面的绘图作业，然后升降台在垂直方向移动一个层片的高度，再固化另一个层面，这样层层堆叠构成一个三维实体。

SLA 3D打印机的特点：

1）发展时间最长，工艺最成熟，应用最广泛。在全世界安装的快速成型3D打印机中，光固化成型系统约占60%。

2）成型速度较快，系统工作稳定。

3）具有高度柔性。

4）精度很高，可以做到微米级别，比如25μm。

5）表面质量好，比较光滑，适合做精细零件。

5.DLP（数字光处理）3D打印机

DLP数字光处理工艺的成型原理与SLA光固化成型技术相似，都是利用感光聚合材料（主要是光敏树脂）在紫外光照射下会快速凝固的特性。不同的是，DLP技术使用高分辨率的数字光处理器投影仪来投射紫外光，每次投射可成型一个截面。因此，从理论上，速度也比同类的SLA快很多。精度为0.1～0.2mm。

DLP 3D打印机的特点：

1）成型过程自动化程度高。

2）尺寸精度高。

3）优良的表面质量。

4）使CAD数字模型直观化，降低错误修复的成本。

5）加工结构和外形复杂或使用传统手段难以成型的原型和模具。

图1-7 DLP机型——国产UM1+

6.CLIP（ContinuousLiquidInterfaceProduction，持续液态界面生产）3D打印机^[1]（图1-8）

CLIP 3D打印机是应用最新出现的持续液态界面生产技术，此技术依赖于特殊的透明透气“窗户”，供光和氧气进入。这些“窗户”类似于大型隐形眼镜。打印机可以控制氧气进入树脂池的总量及时间。进入树脂池的氧气会抑制某部分树脂固化，与此同时，光会固化剩余的液态树脂。树脂池中有氧气的地方会形成几十微米厚的“死水区域”（为2～3个血红细胞的直径），此处无法发生光聚合反应。然后，打印机用紫外线光照使剩余树脂固化，从液体中“生长”出来。

图1-8 CLIP3D打印机

CLIP 3D打印机的特点：

1）CLIP技术更像注塑零件，能保证稳定、可预测的力学性能，外表光滑，内部结实。

2）比目前市场上的其他光固化技术3D打印机打印速度快25～100倍。