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什么是3D打印？工艺、类型和应用

创作时间:

作者:

@小白创作中心

什么是3D打印？工艺、类型和应用

引用

来源

https://proleantech.com/zh-CN/what-is-3d-printing/

“三维加工有助于简化机器工程级聚合物的加工。此外，与传统的快速制造技术不同，它可以快速创建原型和轻质几何零件。”

在塑料加工行业，3D 打印是一种增材制造技术，用于根据 3D 数字蓝图创建 3D 设计。它有利于设计专业人员创建美观实用的原型，以便在开始全面生产之前进行测试。

它涉及在 CNC 系统的引导下逐层堆叠，以在最短时间内创建三维零件。通常，3D 打印可以快速高效地创建复杂的设计零件。它具有颠覆不断发展的制造物流和库存管理的巨大潜力。

此外，其设置成本比传统技术相对较低。由于其在制造业中的精度和尺寸精度，它在从建筑设计到航空航天部件原型的各个方面都受到了极大的关注。

本文讨论 3D 打印工艺、类型和工业应用。它还涵盖了成功 3D 打印项目的必要技巧。

什么是3D打印？它是如何工作的？

3D打印

3D 打印是一种用于制造零件或产品的增材制造技术。 3D 表面的预定虚拟插图或数学描绘是在 MatterControl 2.0、Tinkercad、Blender、UVTools、WebPrinters 和 Ultimaker Cura 等软件中进行管理的。完成设计后，准备打印文件。在这里，根据零件配置，将设计分割为 100 到 1000 个水平层或垂直层。然后，将切片模型送入 3D 打印机。

在 3D 打印过程中，塑料材料按顺序放置在连续的层中，直到形成零件或产品。此过程称为材料挤出。这些打印机非常紧凑，并且相对经济，可以以小批量订单生产零件。此外，3D 打印材料的范围正在从塑料扩展到低成本的工程级聚合物。他们通常需要最低限度的基础设施预算。与传统方法不同，3D 打印的核心优势之一是使用更少的材料来形成原型。除了零件设计功能之外，标准 3D 打印机几乎可以复制您想到的任何概念设计。一台标准小型 3D 打印机的成本通常约为 300 至 400 美元。

3D打印机主要部件

3D 打印机通过各种固定和可移动部件进行同步，以开发原型设计。通常，3D 打印机具有下表中提到的 5 个主要组件：

工作台： 3D打印机主要部件

零件	Functionality
打印头	它是 3D 打印机的加热元件，随后沉积塑料材料以制造产品。
构建托盘	通过加热或不加热创建实际设计的位置取决于 3D 打印技术的预期类型。
运动控制器	它是用于调节3D打印过程的主要部分。它包含机械实用程序，包括：电机、皮带、螺钉和端部止动件。
主机板	它是包含电气元件的核心部分。它控制 3D 打印机的所有功能，例如；材料沉积的速度和数量。
电源供应	电源用于为 3D 打印机中的所有电气部件供电。

塑料 3D 打印的类型

以下是一些最常见的 3D 打印技术类型，包括：

立体光刻（SLA）
熔融沉积建模（FDM）
选择性激光烧结 (SLS)
数字光处理 (DLP)
聚合喷射
多喷射融合

立体光刻（SLA）

SLA 3D 打印

SLA被强调为第一个商业3D打印技术。它使用液态光聚合物的大桶，最初将其加热以将其后续层固化成预期的零件材料。

SLA 可以快速复制高分辨率详细原型、复杂零件和熔模铸造模型。此外，它还可以帮助设计人员塑造示例性详细组件，以测试组装工程产品的配合度。

表：SLA 和应用中使用的塑料类型

材料	应用	精度等级
聚丙烯、ABS 和玻璃填充聚碳酸酯	夹具、固定装置和铸造模型的原型	0.1 mm至0.2 mm

熔融沉积建模（FDM）

FDM 3D 打印

熔融沉积建模的工作原理是熔化塑料丝并通过加热喷嘴逐层挤出以形成原型产品。与 SLA 相比，FDM 的分辨率和尺寸精度相对较低。此外，长时间暴露在紫外线辐射下后，它很容易受到损坏。

在材料兼容性方面，它可以将各种坚固的热塑性塑料沉积到柔性弹性体上以进行物品制造。它广泛用于塑造概念验证模型以及从简单到复杂的原型。

表：兼容材料和应用

材料	应用	精度等级
PET、ABS、ETG、PLA	它包含配合测试、夹具原型、固定装置和熔模铸造模型	0.1 mm至0.2 mm

选择性激光烧结 (SLS)

SLS尼龙3D打印零件

顾名思义，它的工作原理是通过激光在坚固的热塑性粉末上烧结来构建用于功能测试的原型。这种激光熔化塑料材料，并通过加热喷嘴将其逐层熔合以构建产品。该过程精心消耗了过程中的所有材料。通常，在产品开发过程中不需要任何支撑结构。此外，通过 SLS 制造的 3D 零件比熔融沉积和 SLA 技术更具弹性且尺寸高度稳定。此外，零件比注塑零件具有更高的强度。

表：兼容材料和应用

材料	应用	精度等级
尼龙 6、尼龙 11、尼龙 12 和聚酰胺 12	它包含配合测试、夹具原型、固定装置和熔模铸造模型	0.1 mm至0.2 mm

数字光处理 (DLP)

数字光处理

DLP 的流程类似于 SLA。它涉及使用传统光源而不是激光。一般来说，DLP 比 SLA 相对便宜，并且生产的零件质量更高。此外，该过程相对较快，因为它可以一次压印完整的零件。除了表面光洁度之外，这些打印机通常还可以为最终产品生产高度光滑的表面纹理。

表：兼容材料和应用

材料	应用	精度等级
聚氯乙烯、ABS、聚丙烯	牙科夹板、装饰品、放大器和珠宝铸造	0.1 mm至0.2 mm

多射流融合 (MJF)

多喷射打印零件

在此过程中，多射流融合与 SLS 类似，两者都使用尼龙动力进行功能原型开发。这些 3D 打印机将喷墨簇与尼龙粉末粘合，通过熔合加热元件逐层构建产品。 MJF 有助于生产各种颜色的最终用途产品并提高预期零件的分辨率。此外，形成产品所需的交货时间最短，并且在 3D 打印技术中被认为是一种经济的技术。

表：兼容材料和应用

材料	应用	准确性
PA 12 黑色，聚丙烯 PA 12 40% 玻璃填充黑色	原型、医疗设备、波纹管、挡板、夹具和固定装置	0.05 mm

聚合喷射

Polyjet 是一种传统的 3D 打印技术，其操作方式与传统喷墨打印机非常相似。它的工作原理是通过紫外光烧结将光聚合物滴在构建板上以形成产品。 Polyjet 3D 打印机比 SL 和 SLS 更便宜。产品设计人员可以使用聚合物喷嘴，其中需要原型来测试组件的初始设计适合度。此外，他们还可以锻造多颜色和多材料的零件。

表：兼容材料和应用

材料	应用	准确性
聚丙烯、ABS、橡胶类材料、光学透明材料	包覆成型和弹性体原型	0.1 mm

金属3D打印技术

除了 3D打印塑料，3D打印技术还兼容多种高强度金属，以设计功能原型或最终用途产品。最常用的金属包括不锈钢、铝、铜、钨和钛。以下是上述金属的 3D 打印相干类型；

电子束熔炼 (EBM)
直接金属激光烧结（DMLS）

电子束熔炼 (EBM)

电子束熔炼是一种 金属3d打印 过程。顾名思义，它使用高能电子束将金属粉末熔化在随后的均匀层中，以形成符合所需规格的产品。它的工作原理是在印刷室内产生低于 0.0001 毫巴的真空。熔化材料所需的最佳温度约为 600 至 700 ℃。与其他 3D 打印技术相比，EBM 速度快且成本效益高。此外，它可以用作数控加工和铸造技术的替代品，因为它可以生产高度耐用的零件。

表：兼容材料和应用

材料	应用	准确性
钽、钨、钒和钛	航空航天、汽车和医疗部件	无

直接金属激光烧结（DMLS）

DMLS 是另一种金属 3D 打印技术。直接金属激光烧结的比较 3D 打印与 CNC 加工，它提供了更高的灵活性、可重复性、精度和快速生产优势。此外，它尤其是生产复杂、详细的原型的有效选择。一般来说，它减少金属并将复杂的零件组装成轻质或单一部件。

工作台：兼容材料和应用

材料	应用	准确性
不锈钢、铝、镍合金和铜。 ETC。	航空航天、汽车和模拟医疗原型	0.1 mm

添加剂与添加剂减材制造

增材制造在连续层中添加材料以创建产品。相比之下，减材制造从现有零件中去除材料，将其塑造成所需的形状。由于材料的灵活性和卓越的准确性，这些基本方法在制造业中广泛使用。除此之外，这些技术已成为大批量生产的经济选择。

尽管存在多种制造技术，但 CNC 加工和 3D 打印因其多功能优势而成为最广泛采用的两种技术。让我们评估一下它们之间的区别；

表：增材制造与减材制造

方面	减材制造	增材制造
材料使用	可容纳各种塑料、金属固体块、棒、棒	采用热塑性树脂、高强度、刚性、弹性、可浇铸（类蜡）材料
工具和安装成本	模具成本较高，但初始设置成本较低。	模具成本较低，但初始设置成本较高，约为 2000 美元，中档 10000D 打印机为 3 美元
生产速度	大批量生产通常速度较慢且成本较高。	相对而言，生产速度快，适合大批量生产。
设计复杂性	允许创建任何复杂的几何设计；例如，螺纹、孔、螺钉和圆柱体	它还有助于创建复杂的设计，但仅限于更详细的零件或组件
准确性	公差约0.025毫米	公差约0.1毫米

3D打印的应用

3D 打印技术在多个制造领域广泛应用。它广泛应用于航空、汽车、建筑、医疗、原型设计和制造行业。

Aviation / 航空

在航空和国防工业中，3D 打印技术引入了一种精确的方法来塑造飞机的关键部件。这些行业需要复杂的形状和轻质零件来提高各种发动机部件的功能和性能。因此，原始设备制造商 (OEM) 设计师和供应商可受益于其在短时间内生产轻质零件的经济可行性。一些例子包括支架、支架、涡轮叶片和中央框架、功能原型以及防御系统的结构部件。

汽车

3D 打印通过提供快速原型制作和轻量化组件，特别是赛车，使汽车行业爆炸式增长。三菱和化学（BASF）等成熟行业已经引入了 3D 打印技术。通常，熔融沉积建模用于构建定制 3D 打印原型和最终用途零件。一些常见的例子包括汽车仪表板、暖通空调管道、通风口和内部座椅原型配件。

原型设计和制造

3D 打印原型

在比较 3D打印对比注塑成型，注塑模具通常需要几周的时间才能生产。因此，这些模具一般来说比3D打印更昂贵，成本高达100到1000美元。如上所述，采用 3D 打印的主要范围是创建复杂形状的原型。更远， 3D 打印猫，审美的消费者的复杂模型、建筑需求都可以通过3D打印来制作。

这些先进的功能技术可以在短短几个小时内生产出零件，同时预算也可以承受。此外，定制 3D 打印非常适合创建用于测试和迭代早期设计的原型。制作原型最有利可图的技术是 SLS 和 DMLS。

联邦保健计划资格清单

3D打印骨骼结构

在医疗保健领域，3D 打印机用于设计骨科设备和铸造金属牙冠的植入物。此外，它有助于制造人体结构的工具和脚手架结构。这些支架为细胞和组织提供了生长和再生组织的框架。此外，定制 3D 打印有助于复制个性化假肢和患者专用设备；例如;助听器和矫形鞋垫。除此之外，3D打印的骨骼、皮肤、组织和器官也有助于患者的护理。

建筑 3D 打印技术

建筑 3D 打印技术

建筑行业通常使用“建筑 3D 打印机”进行动力绑定和喷涂前景。这些打印机通过受控的机械臂挤出机和龙门系统操作，轻轻地创建建筑模型、小型结构和建筑组件。除此之外，3D 打印是一种经济的解决方案，可以通过最大限度地减少浪费和人力需求来创建更复杂的建筑图案并改善功能集成。