主要3D Printer 原理技術有哪幾種?

3D Printing技術種類

最多人認識的3D Printer 原理技術相信是FFF/FDM 3D打印技術,但其實3D Printing 技術還有很多款包括DLP, SLA, Binder Jetting, SLM 等等,每一款都有它的特點,今次就逐一介紹一下啦。

FFF(FDM) 3D Printer 原理技術

首先是熔絲製造技術(FFF:Fused Filament Fabrication) ,這個3D Printing 技術最為廣泛應用。它的原理是FFF 3D打印機 把膠絲熱熔,然後從加熱噴嘴擠出來,並以層層疊起的方式把物件從底部開始打印上去,所以當仔細看看以FFF 3D Printer 原理技術打印出來的物件,會擦覺到物件表面有一層層的橫線,這些橫線厚度越厚,橫線就會越明顯,打印所需時間少,而當這些橫線厚度越細,橫線就會越不明顯,物件表面就越細緻,但打印所需時間相對較長。

3D model

image source: thingiverse

SLA 光固化3D Printer 原理技術

SLA 光固化3d printing (Stereolithography )原理技術主要使用液態光敏樹脂作爲3D printing材料,當激光照射到液態光敏樹脂時,光敏樹脂就會從液體轉化成固體,最後整個模型就會成型。光固化3d printing 技術 同樣以一層一層的方式把物件3D print 出來。

利用SLA 3D Printer 原理技術打印出來的物件細緻度比利用FFF 3D Printer 原理技術為高,打印出來的物件也較光滑。利用SLA 3D打印機打印時,用家每次都需要在模型加上支撐承托著3D模型才能3d print 出來。

DLP 3D Printer 原理技術

DLP 3D Printing (Digital Light Processing)技術與SLA 3D Printer 原理技術十分相似,打印仔細度都是十分高,與SLA 3D打印機一樣都是以逐層方式打印出來。DLP利用液態光敏樹脂作爲3D printing 材料,打印時也需要把支撐加到3D模型上作承托才能進行打印。 跟SLA 有點不一樣的是,DLP 3D Printing 打印機 不是用激光而是用投影機投影LED燈光方式把光敏樹脂從液態轉為固態。每次投影時把其中一層3D模型的形狀圖案投射到光敏樹脂上,另他固化變成打印成品的其中一層,然後重複投影步驟直至將整整個模型打印出來。

DLP 3D打印技術

image source:cadjewelryschool

另外一個與SLA 3d printing 技術不一樣的是,DLP 3D打印機在3D Printing速度相對較快,因為每次投射光線時都會將一整層光敏樹脂固化。而SLA的激光則逐點把光敏樹脂固化。

以下片段就是DLP 3D Printer 原理技術的過程:

噴射粘合 Binder Jetting ( Inkjet Powder)3D Printer 原理技術

Binder Jetting 噴射粘合( Inkjet Powder)3D Printer 原理技術所用的打印物料是一些粉末狀物料,透過噴射粘合劑讓粉末結合成型。當粘合劑打印噴頭將粘合劑噴到粉末的時候,其中一層的粉就會粘合起來,而每一層粘合了粉末又會同之前一層已粘合粉末結合起來稱為最終成品的一部分,如此類推層層粘合把整個模型3D Printing 出來。 另外,Binder Jetting 3D打印機的3D Printing途中同時會有彩色噴墨頭基於模型的顏色要求噴到這些粘合的粉末上,所以Binder Jetting 能夠 3D Printing 全彩色的模型。

主要3D Printing技術有哪幾種?2

SLS 3D Printer 原理技術

SLS 激光燒結(Selective laser sintering )3D Printing技術所用的打印物料是一些粉末狀的物料,如石膏粉末,尼龍粉末等等。SLS 3D Printing  也是以層層疊的形式的把物件3D Printing出來。當把激光照射到粉末上的時候,粉末由於高溫而燒結或融化,當粉末燒結或融化時,粉末就會互相黏在一起稱為固體,並形成了3D打印成品的其中一層。當完成其中一層粉末的燒結後,SLS 3D打印機的打印平台就會下降,然後會有一個滾筒的裝置把新的粉末蓋到打印平台上,之後激光會把新一層的粉末進行燒結及溶化,以層層疊的方式如此類推,最後把整個3D模型 3D Printing出來。

SLS 3D打印

以下片段就示就是SLS 3D Printing  的過程:

SLM 3D Printer 原理技術

與SLS 3D Printing 類似的就是SLM  (Selective laser melting)3D Printing 原理技術,它們的原理大致一樣,不過 SLM 使用的3D Printing材料是 金屬粉末,所以進行激光燒結時的溫度需要更高,才能把金屬粉末燒結起來。

SLM 3D打印機可以使用多種金屬和金屬合金生產零件,包括鋁,不銹鋼,鈦,鈷鉻合金和鉻鎳鐵合金。這些材料滿足從航空航天到醫療等大多數工業應用的需求。也可以加工貴金屬,例如金,鉑,鈀和銀。

金屬粉末的成本非常高。例如,一公斤316L不銹鋼粉末的成本約為美金$350-$450。因此,使零件利用最少的物料和減少利用支撐是降低成本的關鍵。

金屬3D打印的關鍵優勢在於其與高強度材料(例如鎳或鈷鉻合金)的相容性,而傳統製造方法很難加工這些材料。通過使用金屬3D打印製作接近最終形狀的零件,可以將其後期加工成非常高的表面光潔度,從而節省大量成本和時間。

SLM 3D打印技術

以下就示就是示範SLM 3D Printing  的片段:

Polyjet 3D Printer 原理技術

主要3D Printing技術有哪幾種

image source: stratasys

PolyJet 這個3D printing 技術可通過將數千個光敏聚合物液體點滴噴射到打印平台上並使用UV固化來打印零件。它是目前可用的最快,最準確的3D打印技術之一。PolyJet基本上只是Statasys為其 material jettng MJ 3D打印機提供的名稱。同樣,3D Systems將其MJ打印機稱為MultiJet。在3D打印行業中,名稱有時可能會很棘手,同一技術或產品會使用多個名稱。 (例如FDM vs FFF或DMLS vs SLM。)主要原因是許多公司試圖獲得專利。那麼PolyJet名稱從何而來?這背後也有一個故事。

2000年,一家名為Objet-Geometries的公司開發出了第一台噴射光敏聚合物液體點滴並用UV光固化的3D打印機。它們隨這項技術的發展而發展起來,被稱為PolyJet,並擁有多項專利。
2011年,Stratasys收購了該公司,目標是將其產品範圍擴展到MJ解決方案。因此,名稱PolyJet保持不變,現在用於Statasys的打印機。因此,MJ和PolyJet(以及MultiJet)是相同的技術,但名稱不同。當然,由於技術的開發是在兩家公司之間進行的,因此它們各自的設備之間存在一些細微的差異。但是,基本3D printing 技術原理保持不變。

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