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三维印刷工艺

发布日期:2015-06-18 10:12   来源:3D打印之家   编辑:小印子 29340
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3DP技术


3DP技术概念

3DP技术,全称为三维印刷工艺(Three-Dimensional Printing),该技术通过使用液态连结体将铺有粉末的各层固化,以创建三维实体原型。


3DP技术历史简介

三维印刷(3DP)工艺是美国麻省理工学院Emanual Sachs等人研制的。E.M.Sachs于1989年申请了3DP(Three-Dimensional Printing)专利,该专利是非成形材料微滴喷射成形范畴的核心专利之一


3DP技术的成型原理

3DP工艺是采用粉末材料成形,如陶瓷粉末,金属粉末。制作时通过喷头用粘接剂(如硅胶)将零件的截面印刷在材料粉末上面,这样逐层打印成型。


3DP技术所需耗材

3DP技术目前可以使用的打印耗材有石膏粉末、陶瓷粉末、金属粉末等。


3DP技术应用范围

3DP技术不光可以运用于制作概念模型、内部复杂的模型以及制作颜色多样的模型。


3DP技术的优缺点

1.3DP技术的优点

    ①成型速度快,材料价格低;

    ② 可制作彩色原型;

    ③制作过程中无需支撑,多余粉末去除方便,后处理方便;

2.3DP技术的缺点

    ①强度较低,只能做概念型模型,而不能做功能性试验。



3DP技术制造过程

3DP技术的制造过程分为三个步骤:即模型设计、打印、后处理。

首先,工作人员利用CAD等制作软件设计出所需要打印的模型,将设计的模型格式转换为STL格式,然后切片,把数据输入打印机中,进行打印。

其次,在打印开始时,在成型室工作台上,均匀的铺上一层粉末材料,然后喷头按照原型截面形状,将粘结材料有选择性的打印到已铺好的粉末上,使原型截面有实体区域内的粉末粘结在一起,形成截面轮廓,一层打印完后,工作台下降到一个截面的高度,然后重复上面的步骤,直至原型打印完成。

最后,在原型打印完毕后,工作人员把原型从工作台上拿出,并经过高温烧结、热等静压等工艺,进行后处理。


影响3DP打印原型精度的因素

    ①由模型通过软件数据接口转换成STL格式文件时产生;

    ②进行分层处理产生的误差,最常见的是阶梯误差;

    ③打印过程中变形以及后期处理时,粘结剂未干燥、温度等造成的变形。


如何避免3DP打印原型精度变差

    ①减少分层带来的阶梯误差。降低每层的厚度以降低尺寸误差,提高原型表面质量;

    ②针对原型,选择适合的分层角度和方向,以减少变动降低误差。

    ③研究无需STL格式转换的三维CAD软件;

    ④研究能按照三维零件曲率和斜率自动调整分层厚度的软件。

    ⑤研究新的成型方法、成型材料以及后处理方法。


3DP技术的发展前景

3DP快速打印成型技术除了在产品的概念原型和功能原型件的制造外,还在生物医学工程、制药工程和微型机电制造等领域有着广阔的发展前景。

1.概念原型和功能原型件制造

3DP技术是概念原型从原型设计图到实物的最直接的成型方式。概念原型一般应用于展示产品的设计理念、形态,对产品造型和结构设计进行评价,从而得到更加精良的产品。这一过程,不仅节约了时间也节约了成本。

2.生物医学工程

3DP技术不需要激光烧结或加热,所以可以打印出生命体全部或部分功能具有生物活性的人体器官。首先需利用3DP技术将能参与生命体代谢可降解的组织工程材料制成内部多孔疏松的人工骨,并在疏松孔中填活性因子,置入人体,即可代替人体骨骼,经过一段时间,组织工程材料被人体降解、吸收、钙化形成新骨。

3.制药工程

服药主要是通过粉末压片和湿法造粒制片两种方法制造,在人服用后,很难达到需要治疗的区域,降低了药效发挥的作用。所以为了更好的发挥药效,就需要药物在体内的消化、吸收和代谢规律,以及治疗所需要的药物浓度,合理设计药物的微观结构、组织成分和药物三维控件的分布等。传统制药难以达到这个要求,而新兴的3DP技术因为其材料多样性、成型过程中的可控性等特点,可以很容易的实现多种材料的精确成型和微观结构的精确成型,很满足制药的需要。近年,华中科技大学的余灯广等人利用3DP技术成功的制作了药物梯度控释给药系统。

4.微型机电制造

是指集微型机构、微型传感器、微型执行器以及信号处理和控制电路、甚至外围接口通讯电路和电源等于一体的微型器件或系统。目前微型机电的加工方法有光刻、光刻电铸、精密机械加工、精密放电加工、激光微加工等。这些制造方法只能适合平面,很难加工出三维复杂结构。如果非要制造,则成本高工艺复杂。如果把材料支撑可以打印的悬浮液体,就可以用3DP技术制造,如果安装多个喷头,就可以制造出具备多种材料和复杂形状的微型机电。近年,随着3DP技术的成型精度的提高,其将在微机械、电子元器件、电子封装、传感器等微型机电制造领域有着广泛的发展前景。


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