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§3D打印技术解密
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3D打印的学术名称是增材制造(Additive Manufag, AM),或者快速成型技术(RP Rapid Prototyping)。
考虑到本节主要介绍技术,后续文字将主要采用学术名称。
现有的制造技术主要包括四种,分别是:受压成型、减材成型、生长成型和增材制造。
受压成型,是指基于材料的可塑性原理,通过模具控型转换材料形态,使其变为某种零件或者产品,例如粉末冶金、铸造和锻压等。
减材成型,是指利用电化学或者刀具等办法,剔除毛胚材料中不需要的部分,则剩下的部分就是想要加工的产品或者零件,如车、磨、铣、刨、激光切割和电火花等。
生长成型,指的是利用各种材料的活性,成型为需要的产品或者零件,比如动植物的个体发育等。
增材制造,是指通过化学、物理、机械等方法,有序添加材料,从而像搭积木一样,使其堆积成型。
增材制造技术,可以迅速、精确地制造零件或者产品,却不使用传统的加工方法或者加工设备,从而能够有效减少研发周期,降低开发成本,提高产品质量。
它改变了过去的流水线生产模式,降低了企业对劳动力和生产空间的依赖,对零件或产品的加工模型产生革命性的影响。
下文将逐一介绍增材制造技术的原理、典型技术并进行比较分析。
3D打印的技术原理
1.增材制造技术的原理和分类
(1)增材制造技术原理
增材制造技术由CAD数据模型驱动,从而快速制造出各种形状的三维实体。
该技术集成了机械工程技术、激光技术、数控技术、材料科学和计算机技术等,将三维几何CAD模型分层离散化,采用粘结、烧结或熔融等特殊加工技术,逐层堆积材料,从而形成各种实体零件或者产品。
该技术的成型过程是:①通过计算机绘图软件设计数字模型。
②对模型进行分层切割,得到每一层的二维轮廓。
③对每一层的二维轮廓进行处理,形成二维平面轮廓形状。
这里涉及的技术有很多,例如:采用激光束,固化每一层的液态光敏树脂,烧结每一层的粉末材料,或者用喷射源处理每一层的热溶性或者粘结剂等材料。
④将所有层叠加在一起,最终得到三维实体。
(2)增材制造成型材料
快速成型技术的研发基础是成型材料。
成型材料一方面影响成型速度,形状精度,另一方面还影响着成型实体的应用领域和设备选用。
可以说,成型材料既推动成型技术的发展,又制约着成型技术的研究。
在各种成型技术涌现的背后,其实质是成型材料的不断被发现。
成型材料按照技术目标来分,主要分为模具型、功能测试型、概念型等。
模具型指的是成型材料可以使用具体的模型进行制造。
以消失模铸造用到的原型材料为例,其要求加工成型之后,能够便捷地取出零件之外的废弃部分。
功能测试型,要求成型材料具有一定的刚度、强度、抗腐蚀性、耐热性等。
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