中文

什么是3D打印？一份给初学者的指南

2024-03-07 15:00

增材制造是近年来最令人兴奋的技术进步之一，尤其是对发明家和设计师来说。虽然围绕3D打印的一些公众炒作已经减少，但这项技术一直在改进，快速制造的能力和可能性正在加速扩大。3D打印为企业家和发明家带来了巨大的潜力。但是，就像任何其他类型的尖端技术一样，3D打印涉及的所有术语和行话都会让新手望而生畏。如果您曾经想知道3D打印的全部内容，或者直接金属激光烧结与选择性激光烧结有何不同，那么请继续阅读!我们将介绍3D打印的基础知识和最常见的3D打印技术。

什么是3D打印？

3D打印是增材制造的另一个术语。有各种不同的3D打印技术，但他们都有一个共同的快速制造的新方法。下面我们将介绍一些最常见的增材制造类型，但它们的共同点是，它们都是通过在三维空间中逐渐铺上一层又一层的材料来制造零件，直到完成的物体出现。3D打印机实际上比你想象的更类似于普通的2D打印机。**不同的是，3D打印机不是在一张纸上只打印一层墨水，而是在上面打印成千上万层材料，每一层都在上一层之上。这就是3D打印区别于传统制造方法的地方，传统制造方法是通过从块上切割材料来制造物体（因此是减法与加法）。在3D打印中，连续的材料层由计算机控制的打印机进行布局，打印机读取CAD文件来创建部件。

重要的3D打印条款

准确度：指特定机器能够达到的精确度。这种精度是用打印机可以打印的层的厚度来衡量的。

支撑材料:由于零件是三维构建的，某些类型的3D打印机需要包括结构支撑，以在生产过程中保持零件的结构完整性。这些需要在结束阶段后移除。当设计中存在较大的间隙或悬挑时，通常需要使用支撑材料。

切片：制作中的单层3D打印模型。层的厚度不同，这取决于机器的精度。

喷嘴：挤出用于制造零件的材料的机器部件。

打印床/构建板：3D打印机内制造零件的内表面。

3D打印有两个主要优势。**个是构建时间。借助3D打印，您可以比传统制造技术更快地生产出高质量、功能性甚至最终用途的部件。您还可以生产更小批量的产品——即使是一个零件也可以通过3D打印完成，而不必批量生产数千个零件。另一个巨大的优势是3D打印机可以轻松处理几乎任何可以想象到的形状。对于3D打印机来说，制造一个复杂的、令人费解的几何形状并不比制造一个矩形更难。由于对象是由极薄的一层一层地构建而成的，因此，用其他方法无法制作或无法制作的形状变得容易。技术无论如何还没有发挥出它的全部潜力，它还不是所有项目的**解决方案。也就是说，3D打印现在适用于各种应用，从具有高公差要求的终端用户零件，到功能原型，再到演示模型，以及介于两者之间的一切。

熔融沉积成型（FDM）

熔融沉积成型（FDM）是应用最广泛的增材制造技术之一。大多数消费级3D打印机采用FDM技术。商业级打印机大同小异，但能够提供远超一般的表面光洁度，并能以更高的精度进行打印。FDM的工作原理是挤出各种不同的热塑性材料层。一根塑料线穿过加热的喷嘴，使材料熔化，以创建一个层（或切片）的部分。然后材料冷却并硬化。现代FDM打印机能够生产出机械性能接近，如果不是等同于，传统制造的零件。FDM打印机可以生产ABS、PC、UTEM和其他生产级材料的高质量热塑性部件。FDM使用与注塑相同的材料，但不需要昂贵和耗时的模具。由于热塑性塑料的质量不断提高，FDM印刷可用于制造最终用途零件和需要满足高公差的零件。高端FDM打印机还能够实现高度的表面精度，这使其成为创建演示模型以及功能原型和最终使用部件的合适技术。

选择性激光烧结（SLS）

SLS是用于3D打印的两种流行的激光烧结方法之一（更多详情见下文）。选择性激光烧结与FDM有很大的不同。SLS打印机不是从喷嘴中挤出材料来建立被打印物体的切片，而是将CO2激光发射到一层薄薄的粉末材料上，通常是（但不总是）某种尼龙聚合物。被激光击中的粉末被熔化，然后被另一层粉末覆盖。这样，对象就逐渐建立起来了。在工艺结束时，完成的部件必须从剩余粉末中筛选出来。该方法的一个很大的优点是未熔融的粉末在部件被构建时用作部件的支撑结构，这也允许在构建过程中将多个部件一个堆叠在另一个的顶部以提高效率。现在有许多不同的材料可用于SLS印刷，从柔性和刚性热塑性塑料到金属，以及软的橡胶类材料。SLS可以生产出具有相当耐久性的零件，因此它在原型设计和最终使用零件方面很有价值。SLS印刷的缺点在于，由于材料基本上是由激光加热的，因此特别薄的部分可能会有一些翘曲。

直接金属激光烧结（DMLS）

DMLS与SLS非常相似。DMLS是一种较新的技术，它的不同之处在于激光熔化金属粉末，从而产生与SLS相当不同的性能。DMLS允许固体金属部件的3D打印，这真的是相当惊人的。用这种技术，甚至可以打印出功能性的火箭发动机。DMLS可以生产由各种金属制成的部件，包括钛、不锈钢、铬、铝和钴。DMLS的**优势是可以替代劳动密集型铸造和机加工，后者对于小批量生产来说往往是不现实的。使用DMLS，您可以生产出高质量的金属零件，这些零件在功能上与压铸零件非常相似，而且成本低廉，而无需花费所有的人力和模具费用。这对发明家和企业家来说是一个巨大的福音，他们希望在预算的基础上生产定制的金属零件。与SLS相比，DMLS需要注意的一点是粉末不足以作为DMLS打印中的支持结构，因此可能需要在设计中包括支持结构。根据所用材料的不同，这些材料在加工后可能难以去除，因此与其他增材制造方法相比，可能需要花费更多的时间和精力来完成加工。这也意味着你不能像使用SLS那样通过在DMLS打印机中堆叠部件来提高效率。

光固化成形(SLA)

立体光刻，也被称为光学制造，可以说是最古老的3D打印技术（虽然，真的，它们都是在80年代早期到中期兴起的）。SLA使用紫外线激光器固化光聚合物树脂，因此有点类似于激光烧结工艺。与其他添加剂技术一样，立体光刻技术现在提供了一系列的选择，当涉及到可用的光聚合物。SLA树脂可以模仿ABS、聚丙烯和聚碳酸酯的特性，可以是透明的，也可以是不透明的。SLA提供的**优势是其极高的精确度。SLA可以生产厚度为0.002英寸（50微米）的层。这允许精确的细节和顺利完成从打印机，与尺寸精度在千分之一英寸。通过SLA生产的零件并不像通过上述其他方法生产的零件那样强硬。然而，该技术非常适合细节比耐用性更重要的应用。这包括模型，雕塑，形状和适合检查，以及成型的主模型。SLA可用于创建非常详细的主模式也许是它最有趣的应用。3D打印是近几年才真正开始兴起的。技术一直在进步，随着技术的进步，它为发明家、企业家和产品设计师带来的可能性将以我们无法完全预测的方式继续增长。这是一项真正有潜力改变制造业的技术，其改变程度是我们自工业革命启动以来从未见过的。