開發 3D 印表機需要哪些技術條件

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3D 列印（3DP），是快速成型技術的一種。除3DP外，還有ＳＬＡ，ＳＬＳ，ＬＯＭ，FDM等，成型原理有所不同。有興趣的朋友可以交流合作。

快速成型(Rapid Prototyping)：

快速成形技術（簡稱RP）是由CAD模型直接驅動的快速製造任意複雜形狀三維物理實體的技術總稱，其基本過程是：首先設計出所需零件的計算機三維模型（數字模型、CAD模型），然後根據工藝要求，按照一定的規律將該模型離散為一系列有序的單元，通常在Z向將其按一定厚度進行離散（習慣稱為分層），把原來的三維CAD模型變成一系列的層片；再根據每個層片的輪廓信息，輸入加工參數，自動生成數控代碼；最後由成形系統成形一系列層片並自動將它們聯接起來，得到一個三維物理實體。

快速成型技術的特點：

與傳統材料加工技術相比,快速成型具有鮮明的特點：

1．數字化製造。

2．高度柔性和適應性。可以製造任意複雜形狀的零件。

3．直接CAD模型驅動。如同使用印表機一樣方便快捷。

4．快速。從CAD設計到原型(或零件)加工完畢，只需幾十分鐘至幾十小時。

5．材料類型豐富多樣，包括樹脂、紙、工程蠟、工程塑料（ABS等）、陶瓷粉、金屬粉、砂等，可以在航空，機械，家電，建築，醫療等各個領域應用。

主要工藝：

RP技術結合了眾多當代高新技術：計算機輔助設計、數控技術、激光技術、材料技術等，並將隨著技術的更新而不斷發展。自1986年出現至今，短短十幾年，世界上已有大約二十多種不同的成形方法和工藝，而且新方法和工藝不斷地出現。目前已出現的RP技術的主要工藝有：

1． SL工藝：光固化/立體光刻。

2． FDM工藝：熔融沉積成形。

3． SLS工藝：選擇性激光燒結。

4． LOM工藝：分層實體製造。

5． 3DP工藝：三維印刷。

6． PCM工藝：無木模鑄造。

熔融擠出成型--高性能的快速成型工藝

· 熔融擠出成型(FDM)工藝的材料一般是熱塑性材料，如蠟、ABS、PC、尼龍等，以絲狀供料。材料在噴頭內被加熱熔化。噴頭沿零件截面輪廓和填充軌跡運動，同時將熔化的材料擠出，材料迅速固化，並與周圍的材料粘結。每一個層片都是在上一層上堆積而成，上一層對當前層起到定位和支撐的作用。隨著高度的增加，層片輪廓的面積和形狀都會發生變化，當形狀發生較大的變化時，上層輪廓就不能給當前層提供充分的定位和支撐作用，這就需要設計一些輔助結構－「支撐」，對後續層提供定位和支撐，以保證成形過程的順利實現。

· 這種工藝不用激光，使用、維護簡單，成本較低。用蠟成形的零件原型，可以直接用於失蠟鑄造。用ABS製造的原型因具有較高強度而在產品設計、測試與評估等方面得到廣泛應用。近年來又開發出PC，PC/ABS，PPSF等更高強度的成形材料，使得該工藝有可能直接製造功能性零件。由於這種工藝具有一些顯著優點，該工藝發展極為迅速，目前FDM系統在全球已安裝快速成形系統中的份額大約為30％

適於三維印表機的特點

· 不使用激光，維護簡單，成本低：價格是成型工藝是否適於三維列印的一個重要因素。多用於概念設計的三維印表機對原型精度和物理化學特性要求不高，便宜的價格是其能否推廣開來的決定性因素。

· 塑料絲材，清潔，更換容易：與其他使用粉末和液態材料的工藝相比，絲材更加清潔，易於更換、保存，不會在設備中或附近形成粉末或液體污染。

· 後處理簡單：僅需要幾分鐘到一刻鐘的時間剝離支撐後，原型即可使用。而現在應用較多的SL，SLS，3DP等工藝均存在清理殘餘液體和粉末的步驟，並且需要進行後固化處理，需要額外的輔助設備。這些額外的後處理工序一是容易造成粉末或液體污染，二是增加了幾個小時的時間，不能在成型完成後立刻使用。

· 成型速度較快：一般來講，FDM工藝相對於SL，SLS，3DP工藝來說，速度是比較慢的。但針對三維列印應用，其也有一定的優勢。首先，SL，SLS，3DP都有層間過程（鋪粉/液，掛平），因而它們一次成型多個原型是速度很快，例如3DP可以做到一小時成型25mm左右高度的原型。三維印表機成型空間小，一次多成型1至2個原型，相對來講，他們的速度優點就不甚明顯了。其次三維印表機對原型強度要求不高，所以FDM工藝可通過減小原型密實程度的方法提高成型速度。通過試驗，具有某些結構特點的模型，最高成型速度已經可以達到60立方厘米/小時。通過軟體優化及技術進步，預計可以達到200立方厘米/小時的高速度。

快速塑料零件製造

· 材料性能一直是FDM工藝的主要優點，其ABS原型強度可以達到注塑零件的三分之一。今年來又發展出PC，PC/ABS，PPSF等材料，強度已經接近或超過普通注塑零件，可在某些特定場合（試用，維修，暫時替換等）下直接使用。雖然直接金屬零件成型（近年來許多研究機構和公司都在進行這方面的研究，是當今快速原型領域的一個研究熱點）的材料性能更好，但在塑料零件領域，FDM工藝是一種非常適宜的快速製造方式。隨著材料性能和工藝水平的進一步提高，我們相信，會有更多的FDM原型在各種場合直接使用。

立體光刻(SL)----高精度的快速成型工藝

SL工藝，由Charles Hull於1984年獲美國專利。1986年美國3D Systems公司推出商品化樣機SLA—1，這是世界上第一台快速原形系統。SLA系列成形機佔據著RP設備市場的較大份額。SL工藝是基於液態光敏樹脂的光聚合原理工作的。這種液態材料在一定波長（325或355nm）和強度(w=10～400mw)的紫外光的照射下能迅速發生光聚合反應, 分子量急劇增大, 材料也就從液態轉變成固態。液槽中盛滿液態光固化樹脂，激光束在偏轉鏡作用下, 能在液態表面上掃描, 掃描的軌跡及激光的有無均由計算機控制, 光點掃描到的地方, 液體就固化。成型開始時，工作平台在液面下一個確定的深度，液面始終處於激光的焦平面，聚焦後的光斑在液面上按計算機的指令逐點掃描，即逐點固化。當一層掃描完成後，未被照射的地方仍是液態樹脂。然後升降台帶動平台下降一層高度，已成型的層面上又布滿一層樹脂，刮平器將粘度較大的樹脂液面刮平，然後再進行下一層的掃描，新固化的一層牢固地粘在前一層上，如此重複直到整個零件製造完畢, 得到一個三維實體模型。

· SL方法是目前RP技術領域中研究得最多的方法，也是技術上最為成熟的方法。一般層厚在0.1到0.15mm，成形的零件精度較高。多年的研究改進了截面掃描方式和樹脂成形性能，使該工藝的加工精度能達到0.1mm，現在最高精度已能達到0.05mm。但這種方法也有自身的局限性，比如需要支撐、樹脂收縮導致精度下降、光固化樹脂有一定的毒性等。

無模鑄型製造技術（PCM）－製作大型鑄件的快速成型工藝

· 無模鑄型製造技術（PCM，Patternless Casting Manufacturing）是由清華大學激光快速成形中心開發研製。該將快速成形技術應用到傳統的樹脂砂鑄造工藝中來。首先從零件CAD模型得到鑄型CAD模型。由鑄型CAD模型的STL文件分層，得到截面輪廓信息，再以層面信息產生控制信息。造型時，第一個噴頭在每層鋪好的型砂上由計算機控制精確地噴射粘接劑，第二個噴頭再沿同樣的路徑噴射催化劑，兩者發生膠聯反應，一層層固化型砂而堆積成形。粘接劑和催化劑共同作用的地方型砂被固化在一起，其他地方型砂仍為顆粒態。固化完一層後再粘接下一層，所有的層粘接完之後就得到一個空間實體。原砂在粘接劑沒有噴射的地方仍是干砂，比較容易清除。清理出中間未固化的干砂就可以得到一個有一定壁厚的鑄型，在砂型的內表面塗敷或浸漬塗料之後就可用於澆注金屬。

· 和傳統鑄型製造技術相比，無模鑄型製造技術具有無可比擬的優越性，它不僅使鑄造過程高度自動化、敏捷化，降低工人勞動強度，而且在技術上突破了傳統工藝的許多障礙，使設計、製造的約束條件大大減少。具體表現在以下方面：製造時間短、製造成本低、無需木模、一體化造型，型、芯同時成形、無拔模斜度、可製造含自由曲面（曲線）的鑄型。

· 在國內外，也有其它一些將RP技術引入到砂型或陶瓷型鑄造中來的類似工藝。其中較為典型的有：MIT開發研製的3DP（Three Dimensional Printing）工藝、德國Generis公司的砂型製造工藝等。美國Sloigen公司的DSPC（Direct Shell Production Casting）工藝就是在MIT的3DP基礎上發展起來的。

選擇性激光燒結(SLS)－－材料廣泛的快速成型工藝

· SLS工藝又稱為選擇性激光燒結，由美國德克薩斯大學奧斯汀分校的C.R. Dechard於1989年研製成功。SLS工藝是利用粉末狀材料成形的。將材料粉末鋪灑在已成形零件的上表面，並刮平；用高強度的CO2激光器在剛鋪的新層上掃描出零件截面；材料粉末在高強度的激光照射下被燒結在一起，得到零件的截面，並與下面已成形的部分粘接；當一層截面燒結完後，鋪上新的一層材料粉末，選擇地燒結下層截面。

· SLS工藝最大的優點在於選材較為廣泛，如尼龍、蠟、ABS、樹脂裹覆砂（覆膜砂）、聚碳酸脂（poly carbonates）、金屬和陶瓷粉末等都可以作為燒結對象。粉床上未被燒結部分成為燒結部分的支撐結構，因而無需考慮支撐系統（硬體和軟體）。SLS工藝與鑄造工藝的關係極為密切，如燒結的陶瓷型可作為鑄造之型殼、型芯，蠟型可做蠟模，熱塑性材料燒結的模型可做消失模。

分層實體製造(LOM)－沒落的快速成型工藝

· LOM工藝稱為分層實體製造，由美國Helisys公司的Michael Feygin於1986年研製成功。該公司已推出LOM-1050和LOM-2030兩種型號成形機。LOM工藝採用薄片材料，如紙、塑料薄膜等。片材表面事先塗覆上一層熱熔膠。加工時，熱壓輥熱壓片材，使之與下面已成形的工件粘接；用CO2激光器在剛粘接的新層上切割出零件截面輪廓和工件外框，並在截面輪廓與外框之間多餘的區域內切割出上下對齊的網格；激光切割完成後，工作台帶動已成形的工件下降，與帶狀片材(料帶)分離；供料機構轉動收料軸和供料軸，帶動料帶移動，使新層移到加工區域；工作台上升到加工平面；熱壓輥熱壓，工件的層數增加一層，高度增加一個料厚；再在新層上切割截面輪廓。如此反覆直至零件的所有截面粘接、切割完，得到分層製造的實體零件。

· LOM工藝只須在片材上切割出零件截面的輪廓，而不用掃描整個截面。因此成形厚壁零件的速度較快，易於製造大型零件。零件的精度較高（&< 0.15mm）。工件外框與截面輪廓之間的多餘材料在加工中起到了支撐作用，所有LOM工藝無需加支撐。

· 研究LOM工藝的公司除了Helisys公司，還有日本Kira公司、瑞典Sparx公司、新加坡Kinergy精技私人有限公司、清華大學、華中理工大學等。但因為LOM工藝材料僅限於紙，性能一直沒有提高，以逐漸走入沒落，大部分廠家已經或準備放棄該工藝

三維印刷(3DP)－－高速多彩的快速成型工藝

· 三維印刷(3DP)工藝是美國麻省理工學院Emanual Sachs等人研製的。E.M.Sachs於1989年申請了3DP（Three-Dimensional Printing）專利，該專利是非成形材料微滴噴射成形範疇的核心專利之一。3DP工藝與SLS工藝類似，採用粉末材料成形，如陶瓷粉末，金屬粉末。所不同的是材料粉末不是通過燒結連接起來的，而是通過噴頭用粘接劑(如硅膠)將零件的截面「印刷」在材料粉末上面。用粘接劑粘接的零件強度較低，還須後處理。具體工藝過程如下：上一層粘結完畢後，成型缸下降一個距離（等於層厚：0.013～0.1mm）,供粉缸上升一高度，推出若干粉末，並被鋪粉輥推到成型缸，鋪平並被壓實。噴頭在計算機控制下，按下一建造截面的成形數據有選擇地噴射粘結劑建造層面。鋪粉輥鋪粉時多餘的粉末被集粉裝置收集。如此周而復始地送粉、鋪粉和噴射粘結劑，最終完成一個三維粉體的粘結。未被噴射粘結劑的地方為乾粉，在成形過程中起支撐作用，且成形結束後，比較容易去除。

· 該工藝的特點是成形速度快，成形材料價格低，適合做桌面型的快速成形設備。並且可以在粘結劑中添加顏料，可以製作彩色原型，這是該工藝最具競爭力的特點之一，有限元分析模型和多部件裝配體非常適合用該工藝製造。缺點是成形件的強度較低，只能做概念型使用，而不能做功能性試驗。

以上四種典型RP工藝由於具有不同的優劣特點，所以應用於不同的領域。

SLA

光固化成型

FDM

熔融沉積成型

SLS

選擇性激光燒結

LOM

分層實體製造

優點

(1) 成形速度極快，成形精度、表面質量高；

(2) 適合做小件及精細件。

(1) 成形材料種類較多，成形樣件強度好，能直接製作ABS塑料；

(2) 尺寸精度較高，表面質量較好，易於裝配；

(3) 材料利用率高；

(4) 操作環境乾淨、安全可在辦公室環境下進行。

(1) 有直接金屬型的概念，可直接得到塑料、蠟或金屬件；

(2) 材料利用率高；造型速度較快。

(1) 成形精度較高；

(2) 只須對輪廓線進行切割，製作效率高，適合做大件及實體件；

(3) 製成的樣件有類似木質製品的硬度，可進行一定的切削加工。

缺點

(1) 成形後要進一步固化處理；

(2) 光敏樹脂固化後較脆，易斷裂，可加工性不好；

(3) 工作溫度不能超過100℃，成形件易吸濕膨脹，抗腐蝕能力不強。

(1) 成形時間較長；

(2) 做小件和精細件時精度不如SLA。

(1) 成形件強度和表面質量較差，精度低。

(2) 在後處理中難於保證製件尺寸精度，後處理工藝複雜，樣件變型大，無法裝配。

(1) 不適宜做薄壁原型；

(2) 表面比較粗糙，工件表面有明顯的台階紋，成型後要進行打磨；

(3) 易吸濕膨脹，成形後要儘快表面防潮處理；

(4) 工件強度差，缺少彈性。

設備購置費用

高昂

低廉

高昂

中等

維護和日常使用費用

激光器有損耗，光敏樹脂價格昂貴，運行費用很高。

無激光器損耗，材料的利用率高，原材料便宜，運行費用極低。

激光器有損耗，材料利用率高，原材料便宜，運行費用居中。

激光器有損耗，材料利用率很低，運行費用較高。

發展趨勢

穩步發展

飛速發展

穩步發展

漸趨淘汰

應用領域

複雜、高精度、藝術用途的精細件

塑料件外形和機構設計

鑄造件設計

實心體大件

適合行業

快速成形服務中心

科研院校、生產企業

鑄造行業

　無人值守

　　 LOM和SLS使用的CO2激光器是依靠熱量對成形材料進行切割和融化的，因此在機構發生機械故障時（如：傳動失靈，激光器無法自動關閉等），有發生火災的可能，因此工作時必需有專人值守。SLA的紫外光激光器是利用光敏樹脂對紫外光敏感凝固的特性進行成形，不產生高熱；FDM的熱壓噴頭溫度遠低於成形材料的燃點；因此SLA和FDM在安全性方面可實現無人值守。

　辦公環境下使用

　LOM和SLS使用時產生煙塵，SLA、LOM和SLS使用激光，具有危險性，因此在嚴格意義上說SLA、LOM和SLS均不適合在辦公室內使用。

看什麼類型。

fdm的已經沒有太多技術含量了。

做金屬的吧