3D打印的FDM、SLS、SLA三種打印技術講解

FDM打印技術

　　技術原理：

　　FDM(Fused Deposition Modeling，熔融沉積)。

　　FDM熔融層積成型技術是將絲狀的熱熔性材料加熱融化，同時三維噴頭在計算機的控制下，根據截面輪廓信息，將材料選擇性地涂敷在工作臺上，快速冷卻后形成一層截面。一層成型完成后，機器工作臺下降一個高度（即分層厚度）再成型下 一層，直至形成整個實體造型。

　　FDM技術的優點：

　　1） 操作環境干凈、安全，材料無毒，可以在辦公室、家庭環境下進行，沒有產生毒氣和化學污染的危險。

　　2） 無需激光器等貴重元器件，因此價格便宜。

　　3） 原材料為卷軸絲形式，節省空間，易于搬運和替換。

　　4） 材料利用率高，可備選材料很多，價格也相對便宜。

　　FDM技術的缺點：

　　1） 成形后表面粗糙，需后續拋光處理。最高精度只能為0.1mm。

　　2） 速度較慢，因為噴頭做機械運動。

　　3） 需要材料作為支撐結構。

SLS打印技術

　　技術原理：

　　SLS(Selective Laser Sintering，粉末材料選擇性激光燒結)。

　　該技術采用鋪粉將一層粉末材料平鋪在已成型零件的上表面，并加熱至恰好低于該粉末燒結點的某一溫度，控制系統控制激光束按照該層的截面輪廓在粉層上掃描，使粉末的溫度升到熔化點，進行燒結并與下面已成型的部分實現粘結。一層完成后，工作臺下降一層厚度，鋪料輥在上面鋪上一層均勻密實粉末，進行新一層截面的燒結，直至完成整個模型。

　　SLS技術的優點：

　　1）可用多種材料。其可用材料包括高分子、金屬、陶瓷、石膏、尼龍等多種粉末材料。特別是金屬粉末材料，是目前3D打印技術中最熱門的發展方向之一。

　　2）制造工藝簡單。由于可用材料比較多，該工藝按材料的不同可以直接生產復雜形狀的原型、型腔模三維構建或部件及工具。

　　3）高精度。一般能夠達到工件整體范圍內（0.05-2.5）mm的公差。

　　4）無需支撐結構。疊層過程出現的懸空層可直接由未燒結的粉末來支撐。

　　5）材料利用率高。由于不需要支撐，無需添加底座，為常見幾種3D打印技術中材料利用率最高的，且價格相對便宜。

　　SLS技術的缺點：

　　1）表面粗糙。由于原材料是粉狀的，原型建造是由材料粉層經過加熱熔化實現逐層粘結的，因此，原型表面嚴格講是粉粒狀的，因而表面質量不高。

　　2）燒結過程有異味。 SLS工藝中粉層需要激光使其加熱達到熔化狀態，高分子材料或者粉粒在激光燒結時會揮發異味氣體。

　　3）無法直接成型高性能的金屬盒陶瓷零件，成型大尺寸零件時容易發生翹曲變形。

　　4）加工時間長。加工前，要有2小時的預熱時間；零件構建后，要花5至10小時時間冷卻，才能從粉末缸中取出。

　　5）由于使用了大功率激光器，除了本身的設備成本，還需要很多輔助保護工藝，整體技術難度大，制造和維護成本非常高，普通用戶無法承受

SLA打印技術

　　技術原理：

　　SLA(Stereo Lithography Apparatus，光敏樹脂選擇性固化)。

　　在液槽中充滿液態光敏樹脂，其在激光器所發射的紫外激光束照射下，會快速固化（SLA與SLS所用的激光不同，SLA用的是紫外激光，而SLS用的是紅外激光）。在成型開始時，可升降工作臺處于液面以下，剛好一個截面層厚的高度。通過透鏡聚焦后的激光束，按照機器指令將截面輪廓沿液面進行掃描。掃描區域的樹脂快速固化，從而完成一層截面的加工過程，得到一層塑料薄片。然后，工作臺下降一層截面層厚的高度，再固化另一層截面。這樣層層疊加構成建構三維實體。

　　SLA技術的優點：

　　1） 發展時間最長，工藝最成熟，應用最廣泛。在全世界安裝的快速成型機中，光固化成型系統約占60%。

　　2） 成型速度較快，系統工作穩定。

　　3） 具有高度柔性。

　　4） 精度很高，可以做到微米級別，比如0.025mm。

　　5） 表面質量好，比較光滑：適合做精細零件。

　　SLA技術的缺點：

　　1） 需要設計支撐結構。支撐結構需要未完全固化時去除，容易破壞成型件。

　　2） 設備造價高昂，而且使用和維護成本都不低。SLA系統需要對液體進行操作的精密設備，對工作環境要求苛刻。

　　3） 光敏樹脂有輕微毒性，對環境有污染，對部分人體皮膚有過敏反應。

　　4） 樹脂材料價格貴，但成型后強度、剛度、耐熱性都有限，不利于長時間保存。

　　5） 由于材料是樹脂，溫度過高會熔化，工作溫度不能超過100℃。且固化后較脆，易斷裂，可加工性不好。成型件易吸濕膨脹，抗腐蝕能力不強。