SLALOMSLSFDMDP技術(shù)的主要特點(diǎn)和比較

1、一、SLA，LOM，SLS，F(xiàn)DM，3DP技術(shù)的主要特點(diǎn)和比較；在快速成型領(lǐng)域里主要的技術(shù)包括：SLA、LOM、SLS 、LOM及3DP等工藝技術(shù)，而這幾種工藝又各有千秋，接下來就看一下這幾種工藝的優(yōu)缺點(diǎn)及比較：1、SLA光敏樹脂選擇性固化是采用立體雕刻（Stereolithography）原理的一種工藝，簡稱SLA，是最早出現(xiàn)的一種快速成型技術(shù)。在樹脂槽中盛滿液態(tài)光敏樹脂，它在紫外激光束的照射下會快速固化。成型過程開始時(shí)，可升降的工作臺處于液面下一個(gè)截面層厚的高度，聚焦后的激光束，在計(jì)算機(jī)的控制下，按照截面輪廓的要求，沿液面進(jìn)行掃描，使被掃描區(qū)域的樹脂固化，從而得到該截面輪廓的樹脂薄片。然后

2、，工作臺下降一層薄片的高度，以固化的樹脂薄片就被一層新的液態(tài)樹脂所覆蓋，以便進(jìn)行第二層激光掃描固化，新固化的一層牢粘結(jié)在前一層上，如此重復(fù)不已，直到整個(gè)產(chǎn)品成型完畢。最后升降臺升出液體樹脂表面，取出工件，進(jìn)行清洗、去處支撐、二次固化以及表面光潔處理等。光敏樹脂選擇性固化快速成型技術(shù)適合于制作中小形工件，能直接得到樹脂或類似工程塑料的產(chǎn)品。主要用于概念模型的原型制作，或用來做簡單裝配檢驗(yàn)和工藝規(guī)劃。光固化成型（SLA）優(yōu)點(diǎn)如下：（1）尺寸精度高。SLA原型的尺寸精度可以達(dá)到±0.1mm。（2）表面質(zhì)量好。雖然在每層固化時(shí)側(cè)面及曲面可能出現(xiàn)臺階，但上表面仍可以得到玻璃狀的效果。（3）可以

3、制作結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜的模型。（4）可以直接制作面向熔模精密鑄造的具有中空結(jié)構(gòu)的消失型。SLA的缺點(diǎn)：（1）尺寸的穩(wěn)定性差。成型過程中伴隨著物理和化學(xué)變化，導(dǎo)致軟薄部分易產(chǎn)生翹曲變形，因而極大地影響成型件的整體尺寸精度。（2）需要設(shè)計(jì)成型件的支撐結(jié)構(gòu)，否則會引起成型件的變形。支撐結(jié)構(gòu)需在成型件未完全固化時(shí)手工去除，容易破壞成形性。（3）設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)及維護(hù)成本高。由于液態(tài)樹脂材料和激光器的價(jià)格較高，并且為了使光學(xué)元件處于理想的工作狀態(tài)，需要進(jìn)行定期的調(diào)整和維護(hù)，費(fèi)用較高。（4）可使用的材料種類較小。目前可使用材料主要為感光性液態(tài)樹脂材料，并且在太多情況下，不能對成型件進(jìn)行抗力和熱量的測試。（5）液態(tài)樹脂具

4、有氣味和毒性，并且需要避光保護(hù)，以防止其提前發(fā)生聚合反應(yīng)，選擇時(shí)有局限性。（6）需要二次固化。在很多情況下，經(jīng)過快速成型系統(tǒng)光固化后的原型樹脂并未完全被激光固化，所以通常需要二次固化。（7）液態(tài)樹脂固化后的性能不如常用的工業(yè)塑料，一般較脆，易斷裂，不便進(jìn)行機(jī)加工。2、LOM箔材疊層實(shí)體制作（Laminated Object Manufacturing）快速原型技術(shù)是薄片材料疊加工藝，簡稱LOM。箔材疊層實(shí)體制作是根據(jù)三維CAD 模型每個(gè)截面的輪廓線，在計(jì)算機(jī)控制下，發(fā)出控制激光切割系統(tǒng)的指令，使切割頭作X 和Y 方向的移動。供料機(jī)構(gòu)將地面涂有熱溶膠的箔材（如涂覆紙、涂覆陶瓷箔、金屬箔、塑料箔材

5、）一段段的送至工作臺的上方。激光切割系統(tǒng)按照計(jì)算機(jī)提取的橫截面輪廓用二氧化碳激光束對箔材沿輪廓線將工作臺上的紙割出輪廓線，并將紙的無輪廓區(qū)切割成小碎片。然后，由熱壓機(jī)構(gòu)將一層層紙壓緊并粘合在一起。可升降工作臺支撐正在成型的工件，并在每層成型之后，降低一個(gè)紙厚，以便送進(jìn)、粘合和切割新的一層紙。最后形成由許多小廢料塊包圍的三維原型零件。然后取出，將多余的廢料小塊剔除，最終獲得三維產(chǎn)品。疊層實(shí)體制作快速原型工藝適合制作大中型原型件，翹曲變形較小，成型時(shí)間較短，激光器使用壽命長，制成件有良好的機(jī)械性能，適合于產(chǎn)品設(shè)計(jì)的概念建模和功能性測試零件。且由于制成的零件具有木質(zhì)屬性，特別適合于直接制作砂型鑄造模

6、。分層實(shí)體制造（LOM）優(yōu)點(diǎn)如下：（1）成型速度較快。由于只需要使用激光束沿物體的輪廓進(jìn)行切割，無須掃描整個(gè)斷面，所以成型速度很快，因而常用語加工內(nèi)部結(jié)構(gòu)簡單的大型零件。（2）原型精度高，翹曲變形小。（3）原型能承受高達(dá)200攝氏度的溫度，有較高的硬度和較好的力學(xué)性能。（4）無需設(shè)計(jì)和制作支撐結(jié)構(gòu)。（5）可進(jìn)行切削加工。（6）廢料易剝離，無須后固化處理。（7）可制作尺寸大的原型。（8）原材料價(jià)格便宜，原型制作成本低。LOM的缺點(diǎn)：（1）不能直接制作塑料原型。（2）原型的抗拉強(qiáng)度和彈性不夠好。（3）原原型易吸濕膨脹，因此，成型后應(yīng)盡快進(jìn)行表面防潮處理。（4）原型表面有臺階紋理，難以構(gòu)建形狀精細(xì)、

7、多曲面的零件，因此，成型后需進(jìn)行表面打磨。3、SLS粉末材料選擇性燒結(jié)（Selected Laser Sintering）是一種快速原型工藝，簡稱SLS。粉末材料選擇性燒結(jié)采用二氧化碳激光器對粉末材料（塑料粉等與粘結(jié)劑的混合粉）進(jìn)行選擇性燒結(jié)，是一種由離散點(diǎn)一層層堆集成三維實(shí)體的快速成型方法。粉末材料選擇性燒結(jié)采用二氧化碳激光器對粉末材料（塑料粉、陶瓷與粘結(jié)劑的混合粉、金屬與粘結(jié)劑的混合粉等）進(jìn)行選擇性燒結(jié)，是一種由離散點(diǎn)一層層對集成三維實(shí)體的工藝方法。在開始加工之前，先將充有氮?dú)獾墓ぷ魇疑郎?，并保持在粉末的熔點(diǎn)一下。成型時(shí)，送料筒上升，鋪粉滾筒移動，先在工作平臺上鋪一層粉末材料，然后激光束在

8、計(jì)算機(jī)控制下按照截面輪廓對實(shí)心部分所在的粉末進(jìn)行燒結(jié)，使粉末溶化繼而形成一層固體輪廓。第一層燒結(jié)完成后，工作臺下降一截面層的高度，在鋪上一層粉末，進(jìn)行下一層燒結(jié)，如此循環(huán)，形成三維的原型零件。最后經(jīng)過5-10小時(shí)冷卻，即可從粉末缸中取出零件。未經(jīng)燒結(jié)的粉末能承托正在燒結(jié)的工件，當(dāng)燒結(jié)工序完成后，取出零件。粉末材料選擇性燒結(jié)工藝適合成型中小件，能直接的到塑料、陶瓷或金屬零件，零件的翹曲變形比液態(tài)光敏樹脂選擇性固化工藝要小。但這種工藝仍需對整個(gè)截面進(jìn)行掃描和燒結(jié)，加上工作室需要升溫和冷卻，成型時(shí)間較長。此外，由于受到粉末顆粒大小及激光點(diǎn)的限制，零件的表面一般呈多孔性。在燒結(jié)陶瓷、金屬與粘結(jié)劑的混合

9、粉并得到原型零件后，須將它置于加熱爐中，燒掉其中的粘結(jié)劑，并在孔隙中滲入填充物，其后處理復(fù)雜。粉末材料選擇性燒結(jié)快速原型工藝適合于產(chǎn)品設(shè)計(jì)的可視化表現(xiàn)和制作功能測試零件。由于它可采用各種不同成分的金屬粉末進(jìn)行燒結(jié)、進(jìn)行滲銅等后處理，因而其制成的產(chǎn)品可具有與金屬零件相近的機(jī)械性能，但由于成型表面較粗糙，滲銅等工藝復(fù)雜，所以有待進(jìn)一步提高。選擇性激光燒結(jié)（SLS）優(yōu)點(diǎn)：（1）可以采用多種材料。從理論上說，任何加熱后能夠形成原子間粘結(jié)的粉末材料都可以作為SLS的成型材料。（2）過程與零件復(fù)雜程度無關(guān)，制件的強(qiáng)度高。（3）材料利用率高，為燒結(jié)的粉末可重復(fù)使用，材料無浪費(fèi)。（4）無須支撐結(jié)構(gòu)。（5）與其

10、他成型方法相比，能生產(chǎn)較硬的模具。SLS的缺點(diǎn)：（1）原型結(jié)構(gòu)疏松、多孔，且有內(nèi)應(yīng)力，制作易變性。（2）生成陶瓷、金屬制件的后處理較難。（3）需要預(yù)熱和冷卻。（4）成型表面粗糙多孔，并受粉末顆粒大小及激光光斑的限制。（5）成型過程產(chǎn)生有毒氣體及粉塵，污染環(huán)境。4、FDM 絲狀材料選擇性熔覆（Fused Deposition Modeling）快速原型工藝是一種不依靠激光作為成型能源、而將各種絲材（如工程塑料ABS、聚碳酸酯PC 等）加熱熔化進(jìn)而堆積成型方法，簡稱FDM。絲狀材料選擇性熔覆的原理如下：加熱噴頭在計(jì)算機(jī)的控制下，根據(jù)產(chǎn)品零件的截面輪廓信息，作X-Y 平面運(yùn)動，熱塑性絲狀材料由供絲機(jī)

11、構(gòu)送至熱熔噴頭，并在噴頭中加熱和熔化成半液態(tài)，然后被擠壓出來，有選擇性的涂覆在工作臺上，快速冷卻后形成一層大約0.127mm 厚的薄片輪廓。一層截面成型完成后工作臺下降一定高度，再進(jìn)行下一層的熔覆，好像一層層"畫出"截面輪廓，如此循環(huán)，最終形成三維產(chǎn)品零件。這種工藝方法同樣有多種材料可供選用，如工程塑料ABS、聚碳酸酯PC、工程塑料PPSF 以及ABS 與PC 的混合料等。這種工藝干凈，易于操作，不產(chǎn)生垃圾，并可安全地用于辦公環(huán)境，沒有產(chǎn)生毒氣和化學(xué)污染的危險(xiǎn)。適合于產(chǎn)品設(shè)計(jì)的概念建模以及產(chǎn)品的形狀及功能測試。專門開發(fā)的針對醫(yī)用的材料ABS-i，因?yàn)槠渚哂辛己玫幕瘜W(xué)穩(wěn)定性，

12、可采用伽碼射線及其他醫(yī)用方式消毒，特別適合于醫(yī)用。熔融沉積制造（FDM）的優(yōu)點(diǎn)：（1）成本低。熔融沉積造型技術(shù)用液化器代替了激光器，設(shè)備費(fèi)用低；另外原材料的利用效率高且沒有毒氣或化學(xué)物質(zhì)的污染，使得成型成本大大降低。（2）采用水溶性支撐材料，使得去除支架結(jié)構(gòu)簡單易行，可快速構(gòu)建復(fù)雜的內(nèi)腔、中空零件以及一次成型的裝配結(jié)構(gòu)件。（3）原材料以材料卷得的形式提供，易于搬運(yùn)和快速更換。（4）可選用多種材料，如各種色彩的工程塑料ABS、PC、PPS及醫(yī)用ABS等。（5）原材料在成型過程中無化學(xué)變化，制件的翹曲變形小。（6）用蠟成型的原型零件，可以直接用于熔模鑄造。FDM的缺點(diǎn)：（1）原型的表面有較明顯的條

13、紋，成型精度相對國外先進(jìn)的SLA 工藝較低，最高精度0.127mm。（2）沿著成型軸垂直方向的強(qiáng)度比較強(qiáng)。（3）需要設(shè)計(jì)和制作支撐結(jié)構(gòu)。（4）需要對整個(gè)截面進(jìn)行掃描涂覆，成型時(shí)間較長，成型速度相對SLA 慢7%左右。（5）原材料價(jià)格昂貴。5、3DP 三維印刷(3DP)工藝是美國麻省理工學(xué)院Emanual Sachs等人研制的。E.M.Sachs于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范疇的核心專利之一。3DP工藝與SLS工藝類似，采用粉末材料成形，如陶瓷粉末，金屬粉末。所不同的是材料粉末不是通過燒結(jié)連接起來的，而是通過

14、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(qiáng)度較低，還須后處理。具體工藝過程如下：上一層粘結(jié)完畢后，成型缸下降一個(gè)距離（等于層厚：0.0130.1mm）,供粉缸上升一高度，推出若干粉末，并被鋪粉輥推到成型缸，鋪平并被壓實(shí)。噴頭在計(jì)算機(jī)控制下，按下一建造截面的成形數(shù)據(jù)有選擇地噴射粘結(jié)劑建造層面。鋪粉輥鋪粉時(shí)多余的粉末被集粉裝置收集。如此周而復(fù)始地送粉、鋪粉和噴射粘結(jié)劑，最終完成一個(gè)三維粉體的粘結(jié)。未被噴射粘結(jié)劑的地方為干粉，在成形過程中起支撐作用，且成形結(jié)束后，比較容易去除。三維打印（3DP）優(yōu)點(diǎn)：（1）成型速度快，成型材料價(jià)格低，適合做桌面型的快速成型設(shè)備。（

15、2）在粘結(jié)劑中添加顏料，可以制作彩色原型，這是該工藝最具競爭力的特點(diǎn)之一。（3）成型過程不需要支撐，多余粉末的去除比較方便，特別適合于做內(nèi)腔復(fù)雜的原型。3DP的缺點(diǎn)：強(qiáng)度較低，只能做概念型模型，而不能做功能性試驗(yàn)。SLA,LOM,LSL,FDM相互之間的比較：工藝SLALOMSLSFDM零件精度較高中等中等較低表面質(zhì)量優(yōu)良較差中等較差復(fù)雜程度復(fù)雜簡單復(fù)雜中等零件大小中小中大中小中小材料價(jià)格較貴較便宜中等較貴材料種類光敏樹脂紙、塑料、金屬薄膜石蠟、塑料、金屬、陶瓷粉末石蠟、塑料絲材料利用率100較差100100生產(chǎn)率高高中等較低二、激光束，電子束，等離子束金屬成形技術(shù)的主要特點(diǎn)和成本，效率成本三

16、方面的比較？激光束激光是一種強(qiáng)度高、方向性好、單色性好的相干光。由于激光的發(fā)散角小和單色性好，理論上可以聚焦到尺寸與光的波長相近的(微米甚至亞微米)小斑點(diǎn)上，加上它本身強(qiáng)度高，故可以使其焦點(diǎn)處的功率密度達(dá)到1071011 W/cm2，溫度可達(dá)10 000以上。在這樣的高溫下，任何材料都將瞬時(shí)急劇熔化和汽化，并爆炸性地高速噴射出來，同時(shí)產(chǎn)生方向性很強(qiáng)的沖擊。因此，激光加工是工件在光熱效應(yīng)下產(chǎn)生高溫熔融和受沖擊波拋出的綜合過程。激光加工的特點(diǎn)主要有以下幾個(gè)方面：(1) 幾乎對所有的金屬和非金屬材料都可以進(jìn)行激光加工。(2) 激光能聚焦成極小的光斑，可進(jìn)行微細(xì)和精密加工，如微細(xì)窄縫和微型孔的加工。

17、(3) 可用反射鏡將激光束送往遠(yuǎn)離激光器的隔離室或其它地點(diǎn)進(jìn)行加工。 (4) 加工時(shí)不需用刀具，屬于非接觸加工，無機(jī)械加工變形。 (5) 無需加工工具和特殊環(huán)境，便于自動控制連續(xù)加工，加工效率高，加工變形和熱變形小。(6)價(jià)格昂貴。電子束電子束加工的原理是利用高速電子的沖擊動能來加工工件的，在真空條件下，將具有很高速度和能量的電子束聚焦到被加工材料上，電子的動能絕大部分轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮埽共牧暇植克矔r(shí)熔融、汽化蒸發(fā)而去除。電子束加工的特點(diǎn)如下：(1) 電子束能夠極其微細(xì)地聚焦(可達(dá)l0.1 m)，故可進(jìn)行微細(xì)加工。(2) 加工材料的范圍廣。由于電子束能量密度高，可使任何材料瞬時(shí)熔化、汽化且機(jī)械力的作

18、用極小，不易產(chǎn)生變形和應(yīng)力，故能加工各種力學(xué)性能的導(dǎo)體、半導(dǎo)體和非導(dǎo)體材料。(3) 可通過磁場或電場對電子束的強(qiáng)度、位置、聚焦等進(jìn)行控制，所以整個(gè)加工過程便于實(shí)現(xiàn)自動化。(4) 電子束的能量密度高，加工效率很高。(5) 加工在真空中進(jìn)行，污染少，加工表面不易被氧化。(6) 電子束加工需要整套的專用設(shè)備和真空系統(tǒng)，價(jià)格較貴，故在生產(chǎn)中受到一定程度的限制。（7）電子束加工需要一套專用設(shè)備和真空系統(tǒng)，價(jià)格昂貴。等離子束離子束加工加工 它的加工原理與電子束加工原理基本類似，也是在真空條件下，將離子源產(chǎn)生的離子束經(jīng)過加速、聚焦后投射到工件表面的加工部位以實(shí)現(xiàn)加工的。所不同的是離子帶正電荷，其質(zhì)量比電子大數(shù)