3D打印 | SLA、FDM、SLS一文看懂这些3D打印名词

目前主流的3D打印技术可以大致分为三类:挤出成型技术、光固化成型技术和烧结/粘结成型技术,每种门类下又包含不同的技术方式,下面分别选取FDM、SLA和SLS这三个典型进行介绍。

一、FDM

FDM为熔融挤出成型技术的一种。

FDM技术的用材为ABS(Acylonitrile Butadiene Styrene,丙烯睛、丁二烯和苯乙烯的共聚物)和PLA(Polylactice Acid,生物降解塑料聚乳酸),所以耗材价格较低,且材料利用率较高,从性价比上来说是有优势的。

而ABS材料与PLA材料也各有千秋,ABS塑料具有出色的综合性能,包括卓越的强度、柔韧性和机械加工性能,同时还具备更高的耐温性,因此被广泛应用于工程机械零部件的制造中。然而,ABS塑料在3D打印过程中存在一些缺点。首先,打印过程中会产生气味。其次,由于ABS具有冷收缩性,模型在打印过程中容易与打印平台脱离。PLA塑料是目前广泛应用于桌面式3D打印机的一种常见材料。它属于生物可降解材料,采用可再生的植物资源(例如玉米)制成淀粉原料后制造而成。

在3D打印机的工作过程中,首先将加热喷嘴加热至一定温度,然后材料通过X、Y和Z三个轴系统以长丝的形式依靠压力挤出,按照计算机预定的位置逐层熔化和沉积固化,并进行冷却。构建平台分别在每层填充完成后向下移动,然后重复此过程,直到完成物品的制作。在此过程中,需要设计和制作工件的支撑结构。

整体而言,FDM成型原理简单且操作过程方便。FDM技术具有高材料利用率和较小的环境污染影响,是一种性价比较高且易上手的技术。目前,FDM技术以其易于操作、高材料利用率和出色的线材机械性能等优势,在成品原型制作和研发模型制作领域得到广泛应用。

然而,要注意的是,在此过程中,由于物品需要经过加热和冷却过程,热胀冷缩的变化可能导致物品翘曲和缩小。且FDM技术制作的成品精度较低,表面可能会出现纹理,在打印高精度的配件时可以考虑其他技术。

二、SLA

SLA为光固化成型技术的一种。

SLA技术使用光敏聚合物进行工作,一般为树脂材料,耗材价格较高,材料利用率一般但成型速度快。

SLA技术的工作原理是这样的:首先,使用计算机辅助设计(CAD)软件绘制出三维模型,并确定好扫描路径和位置。在制作过程中,激光器发射紫外线激光束,逐点扫描光敏树脂材料的表面。这些被扫描的区域经过光聚合反应后会固化。工作台会逐层向下移动,每层完成扫描和固化的过程,直到最终成品形成。SLA技术的优势在于可以制造出精度高、结构复杂且尺寸精细的物体,且在制作过程中需要设计和制作工件的支撑结构。

但是,由于SLA技术使用的是树脂材料,所以成品的强度和耐热度都会有所受限,在长时的贮存性方面不如其他技术。同时,制作过程会产生一些污染,可能对人体存在风险。

三、SLS

SLS技术为烧结/粘接成型技术的一种。

SLS技术的用材范围相对广泛一些,可使用尼龙聚合物、铁、钛、合金、金属、陶瓷等材料,与FDM和SLA技术相比,耗材价格适中,且材料使用率高。

在该技术的操作过程中,首先使用辊筒将一层粉末材料均匀铺放在已成型零件的上表面,然后加热至适宜温度。接下来,通过计算机控制下的CO2激光器,根据零件几何形状在各层横截面上进行精确扫描。激光束选择性地烧结粉末层,使其温度达到熔点并与下方已成型部分实现粘结。完成一层后,工作台下降一层厚度,铺料辊在上方再次均匀密实铺上一层粉末,进行下一截面的烧结。这一过程重复进行,直到完成整个成品的制作。最终,清除未烧结的多余粉末,得到完整的成品。整个工艺简单,无需使用支撑结构。然而,由于烧结过程的存在,会产生异味,并且制作时间相对较长。

由SLS技术制作的成品强度与韧性较高,但由于其制作工艺的特点,所以表面会成粉粒状,光滑度较低。

四、总结

FDM技术采用熔融挤出成型,通过加热喷嘴将塑料材料逐层挤出,形成成品。它使用的材料包括ABS和PLA等工程塑料,具有较低的成本和高材料利用率。FDM技术相对简单易用,适合制作工程零部件和快速原型。

SLA技术采用光固化成型,利用激光束逐层扫描光敏树脂材料,固化形成成品。SLA技术可以实现高精度和表面质量,适用于制作精细模型和小型零件。然而,光敏树脂材料成本较高,制作过程可能产生气味和一定的污染。

SLS技术采用烧结/粘结成型,通过激光束扫描和烧结粉末材料,逐渐固化形成成品。SLS技术具有广泛的材料选择范围,包括尼龙聚合物、金属和陶瓷等。它可以制造强度高、复杂结构的零件,适用于功能性原型和批量生产。

总体而言,FDM技术适用于初学者和低成本应用,SLA技术适用于高精度和细节要求的应用,而SLS技术适用于功能性零件和特殊材料的应用。选择适合的技术取决于项目要求、预算和材料特性等因素。随着技术的进步和不断创新,3D打印技术在各个领域将继续发展和应用。