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第3章 快速成型材料及设备
快速成型技术及应用
第3章 快速成型材料及设备
3.1 熔融沉积成型(FDM)材料及设备
3.2 立体光固化成型(SLA)材料及设备
3.3 选择性激光烧结(SLS)材料及设备
3.4 三维印刷成型(3DP)材料及设备
3.5 分层实体制造成型(LOM)材料及设备
主要内容
3.6 其他快速成型技术的材料及设备
3.1 熔融沉积成型(FDM)材料及设备
丝状材料选择性熔覆快速成型,又称为融沉积成型技术,
英文名称Fused Deposition Modeling,简称FDM。该技术
是利用石蜡或者热塑性材料的热熔型、粘结性,在计算机
控制下,按分层路径挤压、逐层沉积并凝固成型,是最早
开源的3D打印技术之一。
3.1 熔融沉积成型(FDM)材料及设备
3.1.1 熔融沉积成型(FDM)材料
熔融沉积成型所使用的材料可分为成型材料和支撑材料。
1. FDM成型材料的性能要求
(1)材料的粘度
(2)材料的熔融温度
(3)材料的粘结性
(4)材料的收缩率
FDM工艺对成形材料的要求是熔融温度低、粘度低、粘
结性好且收缩率小。
3.1 熔融沉积成型(FDM)材料及设备
2. FDM成型材料的种类及特点
FDM工艺的成型材料基本上是聚合物,主要包括PLA、ABS、PPSF/PPSU、ULTEM、PC(聚碳酸酯)、PA(聚酰胺、尼龙)、低熔点合金、石蜡、陶瓷甚至食用材料等。在3D打印领域,塑料是最常用的打印材料,具有相对密度小、电绝缘性、耐磨性、耐蚀性、消声吸振性和良好的工艺性等优点。
3.1 熔融沉积成型(FDM)材料及设备
(1)PLA材料
聚乳酸(Polylactic Acid,PLA)材料是一种生物聚合塑
料。PLA材料的打印温度一般在180~220℃,冷却后又非常
坚硬,具有良好的热稳定性和抗溶剂性。PLA材料拥有良好
的光泽性和透明度,与聚苯乙烯所制的薄膜相当,是一种
可降解的高透明性聚合物。同时,该材料还具有良好的抗
拉强度及延展度,可加工性强,适用于各种加工方式,如
熔融挤出成型、发泡成型、射出成型及真空成型等。
3.1 熔融沉积成型(FDM)材料及设备
(2)ABS材料
ABS(Acrylonitrile Butadiene Styrene)是丙烯腈、丁
二烯和苯乙烯三种化学单体合成的三元共聚物,是一种非
结晶性材料。ABS材料属于热塑性材料,耐热性好,可以被
打磨、上色和黏合,可溶于丙酮。相对于PLA,ASB价格便
宜,但是熔点温度比PLA高,ABS材料的打印温度一般在
210~240℃,比较容易打印,一般很顺利地从喷嘴里面挤
出,不必担心喷头堵塞。
3.1 熔融沉积成型(FDM)材料及设备
(3)PPSF/PPSU材料
聚亚苯基砜(Polyphenylsulfone,PPSF/PPSU)材料为略
带琥珀色的线型聚合物。是所有热塑性材料里面强度最高、
耐热性最好、抗腐蚀性最高、韧性最强的材料。且其抗蠕
变性能优良,耐无机酸、碱、盐溶液的腐蚀,耐离子辐射,
无毒,绝缘性和自熄性好,容易成型加工。服务领域涉及
汽车、航天、商业交通和医疗产品等。
3.1 熔融沉积成型(FDM)材料及设备
(4)ULTEM材料
ULTEM树脂是一种无定形热塑性聚醚酰亚胺。具有优良的机
械性能、电绝缘性能、耐辐照性能、耐高低温及耐磨性能,
并可透过微波。加入玻璃纤维、碳纤维或其他填料可达到
增强改性的目的。聚醚酰亚胺具有优良的综合平衡性能,
可应用于电子、电汽和航空等工业部门,并用作传统产品
和文化生活用品的金属代用材料。
3.1 熔融沉积成型(FDM)材料及设备
(5)低熔点合金材料
低熔点合金通常指熔点在300℃以下的金属及其合金,通常
含有Bi、Sn、Pb、In等金属的二元、三元、四元等合金,
又称“易熔合金”。这些合金常用来制造塑料模、拉深模
和成形模,一般应用于封装模具、工装夹具、电铸顶头和
电子工业(如PCB制版)等领域。
3.1 熔融沉积成型(FDM)材料及设备
(6)食用材料
食品材料是指烹饪食物前所需要的一些东西。可以包括巧
克力汁、奶酪和面糊等。人们可以充分发挥自己的想象,
根据自己的不同需求,利用3D食物打印机以食品材料为原
料“打印”出各种造型奇特的食品。
3.1 熔融沉积成型(FDM)材料及设备
3. FDM支撑材料的性能要求
(1)设计支撑的原因
根据FDM的工艺特点,切片软件须对复杂产品三维CAD模型做支撑处理。
因为在FDM成形过程中,是逐层堆积成型的,上一层对前一层起到定位
和支撑的作用。随着高度的增加,上层轮廓给当前层提供的定位和支撑
作用会有所减弱,可能导致截面部分发生塌陷或变形,最终影响成型零
件的成型精度。若设计一些辅助结构——“支撑”,给制造过程提供一
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