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(lái)就看一下這幾種工藝的優(yōu)缺點(diǎn)及比較：1、SLA光敏樹(shù)脂選擇性固化是采用立體雕刻（Stereolithography）原理的一種工藝，簡(jiǎn)稱(chēng)SLA，是最早出現(xiàn)的一種快速成型技術(shù)。在樹(shù)脂槽中盛滿液態(tài)光敏樹(shù)脂，它在紫外激光束的照射下會(huì)快速固化。成型過(guò)程開(kāi)始時(shí)，可升降的工作臺(tái)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(shù)脂固化，從而得到該截面輪廓的樹(shù)脂薄片。然后

2、，工作臺(tái)下降一層薄片的高度，以固化的樹(shù)脂薄片就被一層新的液態(tài)樹(shù)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(tái)升出液體樹(shù)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(shù)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(shù)脂或類(lèi)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(lái)做簡(jiǎn)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(tái)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(guò)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(huì)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(shù)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(lèi)較小。目前可使用材料主要為感光性液態(tài)樹(shù)脂材料，并且在太多情況下，不能對(duì)成型件進(jìn)行抗力和熱量的測(cè)試。（5）液態(tài)樹(shù)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(guò)快速成型系統(tǒng)光固化后的原型樹(shù)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(shù)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(jiǎn)稱(chēng)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(dòng)。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(tái)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(duì)箔材沿輪廓線將工作臺(tái)上的紙割出輪廓線，并將紙的無(wú)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(tái)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(zhǎng)，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(cè)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(wú)須掃描整個(gè)斷面，所以成型速度很快，因而常用語(yǔ)加工內(nèi)部結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(wú)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(wú)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(tái)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(jiǎn)稱(chēng)SLS。粉末材料選擇性燒結(jié)采用二氧化碳激光器對(duì)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(duì)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(duì)集成三維實(shí)體的工藝方法。在開(kāi)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(dòng)，先在工作平臺(tái)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(duì)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(tái)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(guò)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(shù)脂選擇性固化工藝要小。但這種工藝仍需對(duì)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(zhǎng)。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(cè)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(shuō)，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(guò)程與零件復(fù)雜程度無(wú)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(wú)浪費(fèi)。（4）無(wú)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(guò)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(jiǎn)稱(chēng)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(dòng)，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(lái)，有選擇性的涂覆在工作臺(tái)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(tái)下降一定高度，再進(jìn)行下一層的熔覆，好像一層層"畫(huà)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(méi)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(cè)試。專(zhuān)門(mén)開(kāi)發(fā)的針對(duì)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(méi)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(jiǎn)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(guò)程中無(wú)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(duì)國(guó)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(duì)整個(gè)截面進(jìn)行掃描涂覆，成型時(shí)間較長(zhǎng)，成型速度相對(duì)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(guó)麻省理工學(xué)院Emanual Sachs等人研制的。E.M.Sachs于1989年申請(qǐng)了3DP（Three-Dimensional Printing）專(zhuān)利，該專(zhuān)利是非成形材料微滴噴射成形范疇的核心專(zhuān)利之一。3DP工藝與SLS工藝類(lèi)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(guò)燒結(jié)連接起來(lái)的，而是通過(guò)

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(guò)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(guò)程中起支撐作用，且成形結(jié)束后，比較容易去除。三維打?。?DP）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(jìng)爭(zhēng)力的特點(diǎn)之一。（3）成型過(guò)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?jī)?yōu)良較差中等較差復(fù)雜程度復(fù)雜簡(jiǎn)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(lèi)光敏樹(shù)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(zhǎng)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?lài)娚涑鰜?lái)，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(guò)程。激光加工的特點(diǎn)主要有以下幾個(gè)方面：(1) 幾乎對(duì)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(wú)機(jī)械加工變形。 (5) 無(wú)需加工工具和特殊環(huán)境，便于自動(dòng)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(dòng)能來(lái)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(dòng)能絕大部分轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，使材料局部瞬時(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(guò)磁場(chǎng)或電場(chǎng)對(duì)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(guò)程便于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)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(zhuān)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(zhuān)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(lèi)似，也是在真空條件下，將離子源產(chǎn)生的離子束經(jīng)過(guò)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)