煎炸烹煮各显其能——盘点全球主流3D打印技术

Post by 橡皮泥 on 2016-11-18

小编按:在之前的文章中,小编曾提到过,3D打印就像捏橡皮泥一样,电脑就是大脑,图形设计就是大脑思考的过程,3D打印机就是双手,把脑海中的样子捏成实物。后来有小伙伴问我:“你说3D打印就像捏橡皮泥,但有好多种不同的打印技术,难道都像捏橡皮泥一样吗?”小编想了想,装作听不懂的样子,然后瞄了他一眼,“哼哼,其实吧,跟咱大吃货帝国的煎炸烹煮十八般厨艺一样,你把不同的3D打印技术想象成摊煎饼、蒸馒头、裱花蛋糕不就完事儿了?”后来小编一琢磨,作为一个优(zhuo)秀(lie)的厨子,有必要写一个3D打印食谱,讲解一下不同3D打印技术的烹(da)制(yin)过程。

现在市面上已经有十几种不同的烤面包方法,哦不,是十几种不同的3D打印机的技术,其中比较主流的有SLA、LOM、SLS和FDM等方法。我们将在下面介绍4种目前使用比较广泛的技术。

一、SLA技术

SLA是“Stereo lithography Appearance”的缩写,即立体光固化成型法。SLA是最早实用化的3D打印技术,采用液态光敏树脂原料。其工作原理是,通过CAD设计出三维模型,利用离散程序将模型进行切片处理,设计扫描路径,产生的数据将精确控制激光扫描器和升降台的运动;激光光束通过数控装置控制的扫描器,按设计的扫描路径,照射到液态光敏树脂表面,使表面特定区域内的一层树脂固化,加工完毕就生成零件的一个截面;然后升降台下降一定距离,固化层上覆盖另一层液态树脂,再进行第二层扫描,第二层牢固地粘结在前一层上,这样一层层叠加而成三维工件原型。将原型从树脂中取出后,进行最终固化,再经打光、电镀、喷漆或着色处理即得到要求的产品。

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小编按:药药,切克闹,煎饼果子来一套。是不是感觉看完上面这段儿就跟饿得眼晕一样?没事,来个煎饼垫垫饥。好,吃完了煎饼,是不是发现了,这SLA技术其实就像摊煎饼一样。就是把液态的面糊(光敏树脂)在平底锅(升降台)上薄薄地摊开来,然后加热,一层就摊好了。通常这个时候我们就让老板加鸡蛋加葱花了,但是SLA的煎饼是要在煎熟的这层上继续摊继续加热,一层一层这样摞起来的。

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SLA 技术的优点:

1、是最早出现的3D打印技术,成熟度高,经过时间的检验。

2、由CAD数字模型直接制成原型,加工速度快,产品生产周期短,无需切削工具与模具。

3、可以加工结构外形复杂或使用传统手段难于成型的原型和模具。

4、使CAD数字模型直观化,降低错误修复的成本。

5、为实验提供试样,可以对计算机仿真计算的结果进行验证与校核。

6、可联机操作,可远程控制,利于生产的自动化。

SLA 技术的缺点:

1、SLA系统造价高昂,使用和维护成本过高。

2、SLA系统是要对液体进行操作的精密设备,对工作环境要求苛刻。

3、成型件多为树脂类,强度,刚度,耐热性有限,不利于长时间保存。

4、预处理软件与驱动软件运算量大,与加工效果关联性太高。

5、软件系统操作复杂,入门困难;使用的文件格式不为广大设计人员熟悉。

6、立体光固化成型技术被单一公司所垄断。

二、LOM技术

LOM是“Laminated Object Manufacturing”的缩写,即分层实体制造法,又称层叠法成形。箔材叠层实体制作是根据三维CAD 模型每个截面的轮廓线,在计算机控制下,发出控制激光切割系统的指令,使切割头作X 和Y 方向的移动。供料机构将地面涂有热溶胶的箔材(如涂覆纸、涂覆陶瓷箔、金属箔、塑料箔材)一段段的送至工作台的上方。激光切割系统按照计算机提取的横截面轮廓用二氧化碳光束对箔材沿轮廓线将工作台上的箔材割出轮廓线,并将无轮廓区切割成小碎片。然后,由热压机构将一层层箔材压紧并粘合在一起。可升降工作台支撑正在成型的工件,并在每层成型之后,降低一个层厚,以便送进、粘合和切割新的一层箔材。最后形成由许多小废料块包围的三维原型零件。取出并将多余的废料小块剔除,最终获得三维产品。

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小编按:药药,切克闹,煎饼果子来一套,不要葱花不要蛋,光板饼子来一套。如果说SLA是摊煎饼的话,那么LOM就是切煎饼压煎饼了。就是把摊好的白饼(箔材)放案板(工作台)上,拿菜刀(激光器)切出一块儿,上面再放一块儿白饼,拿擀面杖(热压滚筒)擀瓷实咯,照着底下的样儿继续切,就这么一层层摞起来。

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LOM技术的优点:

1、成型速度较快。由于只需要使用激光束沿物体的轮廓进行切割,无须扫描整个断面,所以成型速度很快,因而常用于加工内部结构简单的大型零件。

2、原型精度高,翘曲变形小。

3、原型能承受高达200摄氏度的温度,有较高的硬度和较好的力学性能。

4、无需设计和制作支撑结构。

5、可进行切削加工。

6、废料易剥离,无须后固化处理。

7、可制作尺寸大的原型。

8、原材料价格便宜,原型制作成本低。

LOM技术的缺点:

1、不能直接制作塑料原型。

2、原型的抗拉强度和弹性不够好。

3、原型易吸湿膨胀,因此,成型后应尽快进行表面防潮处理。

4、原型表面有台阶纹理,难以构建形状精细、多曲面的零件,成型后需进行表面打磨。

三、SLS技术

SLS是“Selective Laser Sintering”的缩写,即选择性激光烧结。SLS打印机工作面由粉末缸和成型缸组成,粉末缸活塞(送粉活塞)上升,由铺粉辊将粉末在成型缸活塞(工作活塞)上均匀铺上一层,计算机根据原型的切片模型控制激光束的二维扫描轨迹,有选择地烧结固体粉末材料以形成零件的一个层面。粉末完成一层后,工作活塞下降一个层厚,铺粉系统铺上新粉。控制激光束再扫描烧结新层。如此循环往复,层层叠加,直到三维零件成型。最后将未烧结的粉末回收到粉末缸,并取出成型件。在烧结之前,整个工作台被加热至一定温度,可减少成型中的热变形,并利于层与层之间的结合。

SLS原理.jpg

小编按:这会儿煎饼已经摊了一大摞,切了一大摞了,面糊眼瞅着也要见底了,想再和点面吧,发现袋子里面的面粉结块了。呐,你去把这疙瘩面块取出来,我给你讲讲这面块是怎么结成的。哦,不用啊,你知道啊。对,这面粉结块是因为水一层层渗过去,面粉吸水粘结成块了。不过SLS不是渗水,而是直接用激光烧结粉末层层叠加的。你说什么?炒面?Sorry, I don’t understand.

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SLS技术的特点:

与其它3D打印机技术相比,SLS最突出的优点在于它所使用的成型材料十分广泛。从理论上说,任何加热后能够形成原子间粘结的粉末材料都可以作为SLS的成型材料。目前,可成功进行SLS成型加工的材料有石蜡、高分子、金属、陶瓷粉末和它们的复合粉末材料。由于SLS成型材料品种多、用料节省、成型件性能分布广泛、适合多种用途以及SLS无需设计和制造复杂的支撑系统,所以SLS的应用越来越广泛。

四、FDM技术

FDM是“Fused Deposition Modeling”的缩写,即熔积成型法,是一种将各种丝材(如工程塑料ABS、聚碳酸酯PC 等)加热熔化进而堆积成型方法。FDM工作原理是:加热喷头在计算机的控制下,根据产品零件的截面轮廓信息,作X-Y 平面运动,热塑性丝状材料由供丝机构送至热熔喷头,在喷头中加热和熔化成半液态,然后被挤压出来,有选择性的涂覆在工作台上,快速冷却后形成一层大约0.127mm 厚的薄片轮廓。一层截面成型完成后工作台下降一定高度,再进行下一层的熔覆,好像一层层"画出"截面轮廓,如此循环,最终形成三维产品零件。

FDM原理.jpg

小编按:好了好了,我不要Coffee、Tea or Coca-Cola,也不要橙汁儿,你能把手里面举着的那块面疙瘩放下来了吗?咱不炒面了行不,我教你裱花好吧。对,就是裱花。其实吧,FDM用拼音展开了就是F发面、D蛋糕、M描花,装置好裱花袋(供丝机构),把奶油从裱花嘴(喷头)挤压出来,一层一层描花,你看,这样就成型了是吧。

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FDM技术的优点:

1、成本低。FDM技术用液化器代替了激光器,设备费用低;原材料的利用效率高且没有毒气或化学物质污染,使得成本大大降低。

2、采用水溶性支撑材料,使得去除支架结构简单易行,可快速构建复杂的内腔、中空零件以及一次成型的装配结构件。

3、原材料以材料卷得的形式提供,易于搬运和快速更换。

4、可选用多种材料,如各种色彩的工程塑料ABS、PC、PPS及医用ABS等。

5、原材料在成型过程中无化学变化,制件的翘曲变形小。

6、用蜡成型的原型零件,可以直接用于熔模铸造。

FDM技术的缺点:

1、原型的表面有较明显的条纹,成型精度相对较低,最高精度0.127mm。

2、沿着成型轴垂直方向的强度比较强。

3、需要设计和制作支撑结构。

4、需要对整个截面进行扫描涂覆,成型时间较长,成型速度相对SLA 慢7%左右。

5、原材料价格昂贵。

SLA、LOM、SLS、FDM对比:

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综上所述,鲁、川、苏、粤、闽、浙、徽、湘等菜系各有特色,煎炸烹煮炖炒各自不同。但每一个菜系都是我们深爱着的舌尖上的中国神圣而不可分割的一部分。SLA、LOM、SLS、FDM等3D打印技术,虽然是对应不同状态的原材料,应用不同的成型技术,各有其优缺点,但这些优缺点的互补,便构成了完整的3D打印世界。这个世界里没有任何一个单项技术是完美的,我们把所有的不完美的单体组合协作起来,那才是

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