●附錄：光固化與熔融沉淀成形工藝

    前面我們大概了解過(guò)，3D打印并非什么新概念，是將過(guò)去快速成型技術(shù)換了一個(gè)說(shuō)法，而根據(jù)材料與加工設(shè)備的不同，技術(shù)上主要有以下幾大類：（技術(shù)原理內(nèi)容來(lái)源于網(wǎng)絡(luò)共享資料）

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(jié) 
4． LOM工藝： 分層實(shí)體制造 
5． 3DP工藝： 三維印刷 
6． PCM工藝： 無(wú)木模鑄造

一、光固化成型（簡(jiǎn)稱：SLA或AURO）光敏樹脂為原料

    光固化成形是最早出現(xiàn)的快速成形工藝。其原理是基于液態(tài)光敏樹脂的光聚合原理工作的。這種液態(tài)材料在一定波長(zhǎng)(x=325nm)和強(qiáng)度(w=30mw)的紫外光的照射下能迅速發(fā)生光聚合反應(yīng), 分子量急劇增大, 材料也就從液態(tài)轉(zhuǎn)變成固態(tài)。光固化成型是目前研究得最多的方法，也是技術(shù)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(jìn)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(dá)到0.1mm，現(xiàn)在最高精度已能達(dá)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(dǎo)致精度下降、光固化樹脂有一定的毒性等。

光固化成型（簡(jiǎn)稱：SLA或AURO）原理圖

    光固化工藝的優(yōu)點(diǎn)是精度較高、表面效果好，零件制作完成打磨后，將層層的堆積痕跡去除。光固化工藝運(yùn)行費(fèi)用最高，零件強(qiáng)度低無(wú)彈性，無(wú)法進(jìn)行裝配。光固化工藝設(shè)備的原材料很貴，種類不多。光固化設(shè)備的零件制作完成后，還需要在紫外光的固化箱中二次固化，用以保證零件的強(qiáng)度。液漕內(nèi)的光敏樹脂經(jīng)過(guò)半年到一年的時(shí)間就要過(guò)期，所以要有大量的原型服務(wù)以保證液漕內(nèi)的樹脂被及時(shí)用完，否則新舊樹脂混在一起會(huì)導(dǎo)致零件的強(qiáng)度下降、外形變形。如需要更換不同牌號(hào)的材料就需要將一個(gè)液漕的光敏樹脂全部更換，工作量大、樹脂浪費(fèi)很多。一年內(nèi)液漕光敏樹脂必須用完否則將會(huì)變質(zhì)，用戶需要重新投入近十萬(wàn)元采購(gòu)光敏樹脂。三十萬(wàn)的端面泵浦固體紫外激光器只能用1萬(wàn)小時(shí)，使用兩年后激光器更換需要二次投入三十萬(wàn)的費(fèi)用。振鏡系統(tǒng)也是有易損件，再次更換需要十幾萬(wàn)元的投入。由于設(shè)備的運(yùn)行費(fèi)用高，這種設(shè)備一般被大型集團(tuán)或有足夠資金的企業(yè)采購(gòu)。

二、熔融擠出成型（簡(jiǎn)稱FDM）蠟、ABS、PC、尼龍等為原料

    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(nèi)被加熱熔化。噴頭沿零件截面輪廓和填充軌跡運(yùn)動(dòng)，同時(shí)將熔化的材料擠出，材料迅速固化，并與周圍的材料粘結(jié)。每一個(gè)層片都是在上一層上堆積而成，上一層對(duì)當(dāng)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(huì)發(fā)生變化，當(dāng)形狀發(fā)生較大的變化時(shí)，上層輪廓就不能給當(dāng)前層提供充分的定位和支撐作用，這就需要設(shè)計(jì)一些輔助結(jié)構(gòu)－“支撐”，對(duì)后續(xù)層提供定位和支撐，以保證成形過(guò)程的順利實(shí)現(xiàn)。

熔融擠出成型原理圖

    這種工藝不用激光，使用、維護(hù)簡(jiǎn)單，成本較低。用蠟成形的零件原型，可以直接用于失蠟鑄造。用ABS制造的原型因具有較高強(qiáng)度而在產(chǎn)品設(shè)計(jì)、測(cè)試與評(píng)估等方面得到廣泛應(yīng)用。近年來(lái)又開發(fā)出PC，PC/ABS，PPSF等更高強(qiáng)度的成形材料，使得該工藝有可能直接制造功能性零件。由于這種工藝具有一些顯著優(yōu)點(diǎn)，該工藝發(fā)展極為迅速，目前FDM系統(tǒng)在全球已安裝快速成形系統(tǒng)中的份額大約為30％

●附錄：選擇性激光燒結(jié)與分層實(shí)體制造

三、選擇性激光燒結(jié)（簡(jiǎn)稱SLS）不同材料的粉末為原料

    SLS工藝又稱為選擇性激光燒結(jié)，由美國(guó)德克薩斯大學(xué)奧斯汀分校的C.R. Dechard于1989年研制成功。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，并刮平；用高強(qiáng)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(qiáng)度的激光照射下被燒結(jié)在一起，得到零件的截面，并與下面已成形的部分粘接；當(dāng)一層截面燒結(jié)完后，鋪上新的一層材料粉末，選擇地?zé)�結(jié)下層截面。

選擇性激光燒結(jié)原理圖

    SLS工藝最大的優(yōu)點(diǎn)在于選材較為廣泛，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(jié)對(duì)象。粉床上未被燒結(jié)部分成為燒結(jié)部分的支撐結(jié)構(gòu)，因而無(wú)需考慮支撐系統(tǒng)（硬件和軟件）。SLS工藝與鑄造工藝的關(guān)系極為密切，如燒結(jié)的陶瓷型可作為鑄造之型殼、型芯，蠟型可做蠟?zāi)＃瑹崴苄圆牧蠠�結(jié)的模型可做消失模。

四、分層實(shí)體制造(LOM)－沒(méi)落的快速成型工藝

    LOM工藝稱為分層實(shí)體制造，由美國(guó)Helisys公司的Michael Feygin于1986年研制成功。該公司已推出LOM-1050和LOM-2030兩種型號(hào)成形機(jī)。LOM工藝采用薄片材料，如紙、塑料薄膜等。片材表面事先涂覆上一層熱熔膠。加工時(shí)，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，并在截面輪廓與外框之間多余的區(qū)域內(nèi)切割出上下對(duì)齊的網(wǎng)格；激光切割完成后，工作臺(tái)帶動(dòng)已成形的工件下降，與帶狀片材(料帶)分離；供料機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)收料軸和供料軸，帶動(dòng)料帶移動(dòng)，使新層移到加工區(qū)域；工作臺(tái)上升到加工平面；熱壓輥熱壓，工件的層數(shù)增加一層，高度增加一個(gè)料厚；再在新層上切割截面輪廓。如此反復(fù)直至零件的所有截面粘接、切割完，得到分層制造的實(shí)體零件。

分層實(shí)體制造原理圖

    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(xué)、華中理工大學(xué)等。但因?yàn)長(zhǎng)OM工藝材料僅限于紙，性能一直沒(méi)有提高，以逐漸走入沒(méi)落，大部分廠家已經(jīng)或準(zhǔn)備放棄該工藝。

(責(zé)任編輯：admin)

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