FFF/SLA/SLS三大主流3D打印技术优劣势大PK

3D打印快讯
2019
07/11
09:24
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来源:威控睿博

增材制造(通常称为3D打印)是一种越来越有价值的商业工具。与传统的外包相比,内部制造可以显著的降低成本,并提供更大的自由来创建更多的设计迭代。目前市面上的三种主流的消费型3D打印技术是FFF(熔丝制造),SLA(光固化)和SLS(激光烧结)。每种技术都有其自身的优点和局限,但哪种技术最适合您的业务需求?
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所有3D打印技术都基于一个共同的原则 - 将3D CAD模型水平切割成单独的横截面,然后依次打印在彼此之上以形成三维物体。然而,FFF,SLA和SLS三项技术采用了不同的成型技术来打印这些横截面。

FFF(熔融沉积成型技术)
FFF是最常用的3D打印技术,因为它易于使用且不依赖于刺激性化学品。FFF使用的原料多以线轴的方式打印,通常称为线材。线材的宽度恒定为1.75mm或2.85mm,通常是在线轴上输送的热塑性塑料。FFF的打印工艺是通过加热喷嘴挤出线材,加热喷嘴通常安装在运动系统上,以此来实现其围绕构建区域移动。喷嘴通过高温将线材熔化沉积在构建平台上,在构建平台上冷却并固化以形成层。然后打印底板向下移动几分之一毫米以开始另一层打印,重复该过程直到形成完整的模型。
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优点
设备易操作,日常维护相对简单
设备和工艺比其他3D打印方法更经济实惠且成本更低
该工艺相对比较环保,不需要使用刺激性化学品
设备可直接放置在桌面上,或安装在机架上
整个过程处于独立的运作 - 无需提供额外的设备
材料多样化,具有各种工程特性
相对较低的设备价格意味着可多台打印机同时运行,灵活的可扩展制造和更短的交货时间

缺点
最终零件上的层纹通常是可见
层与层之间的粘合力会在一定程度上影响零件的机械强度(各向异性机械性能)

关键要点
FFF桌面3D打印机是办公环境的理想选择,此类设备易于操作和维护,并且打印过程不依赖于任何苛刻的化学品或后处理。与其他方法相比,存在各种各样的消耗品,这些消耗品相对便宜。消耗品以细丝的形式分布在线轴上,易于使用,并且可以长时间储存。

FFF 3D打印部件有时可能需要支撑结构,但如果CAD设计过程考虑到制造方法,则可以避免这种情况。双挤出系统使得可以在单个打印物体中使用两种材料,另外可以通过使用相同材料的多种颜色来达到美学目的。通过使用两种不同类型的兼容材料,还可用于机械性能的变化。另一种可能性是使用专用的支撑材料,例如水溶性 PVA支撑材料 可以打印可溶解的支撑结构,或者分离性支撑材料,可以打印易于从部件上剥离的支撑结构。通过使用专用支撑材料可确保最终零件光滑的表面光洁度,从而实现高质量零件,同时较少的后处理流程。

SLA(立体光固化成型技术)
另外一种主要的3D打印技术是SLA,它使用紫外线固化树脂作为原料。将树脂倒入玻璃容器中,将构建平台浸入其中。UV激光或DLP投影仪在树脂上照射UV光,以选择性地将其硬化成CAD数据的水平层。然后平台从容器中升起,使未固化的树脂平整,重复该过程直到形成完整的物体。
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优点
复杂几何形状,高质量的表面光洁度和高细节打印水平,使SLA成为三项打印技术中小型零件的理想选择
设备小巧且相对易于操作
不同属性的多材料使用这种方法进行打印

缺点
消耗品在没有手套的情况下操作不安全,气味难闻,易燃
后处理需要进一步固化
消耗品很粘,如果不能正确固化会导致工作场所污染
支撑结构总是有必要的,会在打印表面上留下残余
单个打印件中无法组合多种材料或颜色
与其他两种技术相比,桌面SLA打印机的构建体积相对较小
部件必须留孔,以便未固化的树脂可以排出闭合结构

关键要点
SLA非常适合打印具有复杂几何形状的零件,细节很精细,但几乎在所有情况下,打印部件都需要使用支撑结构。

与FFF相比,后处理是一个更复杂的过程:部件需要使用刺激性化学品(如异丙醇)进行清洁,并且需要在UV烤箱中进行固化才能进行处理。由于使用了刺激性化学品,因此需要通风良好的区域进行操作和后处理。

原料是树脂,易燃,闻起来令人不快,并且保质期有限。新旧树脂不能混合在一起,这意味着材料浪费会导致成本增加。与其他技术相比,原材料的价格相对较高。

SLS(选择性激光烧结技术)
第三种主要的打印技术是SLS,它使用粉末原料,通常是聚合物。将粉末储存在容器中,其中重涂覆刀片将薄层材料分布到构建区域上。高功率激光将小颗粒材料熔合在一起,以形成CAD数据的单个水平层。然后容器移动几分之一毫米以开始新的层,并且重涂刮刀在构建区域上滑动以沉积新的原材料层。通过筛分并将筛分的粉末与未使用的粉末混合来回收未熔化的粉末。重复该过程直到形成完整的模型。
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优点
成品部件没有可见的层隙,虽然它们具有“颗粒状”表面
成品部件在所有方向上具有相对高的机械性能(各向同性机械性能)
打印时不需要支撑材料


缺点
设备大,不适合用于办公环境
原材料是一种粉末,吸入后可能有危险
不易切换材料或颜色
设备和消耗品购买起来很昂贵,而且操作和维护需要熟练的劳动力,这会产生进一步的成本
过程中需要一个后处理站和粉末回收站,增加了额外的成本
如果不使用整个容器体积,不经济


关键要点
设计复杂形状且不需要支撑结构的自由度,实现了很多设计自由度,另外最终成品中不会出现打印层隙。成本是一个“拦路虎” - 在初始设置和维护方面,SLS是三种主要3D打印技术中最昂贵的解决方案。设备的复杂性质也需要熟练的劳动力来操作它,这增加了进一步的成本。

建议尽可能使用最大体积进行打印,以避免使用大量粉末,因此对于小批量生产的单个零件来说,它并不是理想的选择。由于使用高功率激光器和工艺产生的灰尘,SLS的过程可能是危险的,并且结合设备的尺寸,安装需要专门的空间。

结论
这三种主要打印技术各有其独特的用例。SLA非常适合具有复杂功能性和细节的小物件。SLS是大型,大批量生产和工业打印的理想选择,可以每次都填充整个构建体积。

FFF 3D打印技术经济实惠,易于打印且功能多样,这意味着实施内部3D打印解决方案不需要额外的空间或专业人员来操作。与传统方法相比,企业能够显著缩短开发时间和成本,并且流程更灵活,产品可以以迭代方式进行开发。FFF涉及所有主要打印技术中产生的最少量的后处理和脏乱,使其明显优于其他替代方案用于办公环境中。作为额外的奖励,FFF 3D打印技术的广泛应用意味着有大量免费提供的信息和资源渠道。

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