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光与影的魅力 3D打印之光聚合成型技能

用途:

  光聚合成型类3D打印技能是一种运用光敏树脂资料在光照下固化成型的3D打印技能的总称,其首要包含三种技能道路DSystems开发并最早完结商业化的光固化成型技能(SLA);其二是由德国envisionTEC公司依据数字光处理(DLP)投影仪技能的根底上开发DLP3D打印技能;其三是由以色列Objet公司(2012年与Stratasys吞并)开发的聚合物喷发技能(PolyJet)。

  但运用的光源不同,在产品功用、运用规模等方面存在差异。接下来,详细从作业原理、优缺陷、典型设备、运用范畴以及耗材等几个便利对三种技能进行详细论说。

  光固化成型技能(SLA)由CharlesHull于1983年创造,并在1986年取得申请专利。是最早完结商业化的3D打印技能。SLA又叫“立体光固化成型法”或“激光光固化”。1986年,CharlesHull建立3DSystem公司,大力推进相关事务展开,1988年该公司依据SLA成型技能原理出产出国际上榜首台SLA3D打印机——SLA250,并将其商业化,经过多年的展开,3DSystem公司已成为全球最大的3D打印设备提供商。

  SLA首要运用液态光敏树脂在紫外激光束的照耀下快速固化的特性。详细作业原理能够这样来了解:

  榜首步:在树脂槽中盛满液态光敏树脂,能够升降作业台处于液面下一个截面厚的高度,聚集后的激光束,在计算机的操控下,依照截面概括要求,沿液面进行扫描,被扫描的区域树脂固化,然后得到该截面概括的树脂薄片。

  第二步:升降作业台下降一个层厚间隔,液体树脂再次暴露在光线之下,再次扫描固化,如此重复,直到整个产品成型。

  在现在运用较多的几种3D打印技能中,SLA因为具有成型进程自动化程度高、制作原型精度高、外表质量好以及能够完结比较精细的尺度成型等特色,使之得到较为广泛的运用。

  国内研讨SLA的组织和公司许多,国内有华中科技大学、珠海西通、智垒等,国外有3DSystems、Formlabs等,其间,3DSystems在技能范畴起步较早,所出产的机型也代表了该范畴最先进的技能。

  3DSystems是全球抢先的3D打印、印刷解决计划提供商,也是3D打印概念的缔造者。1986年,SLA技能创造者CharlesW.Hull建立建立3DSystems,并致力于将SLA技能商业化。展开至今,公司事务已包含3D打印全产业链,包含上游资料,中游设备以及下流运用服务,三块事务在2014年收入中的占比别离为24.30%、43.35%和32.35%。

  3DSystems技能实力微弱,经过自主研制、收买吞并等办法,公司相继建立了立体光固化成型(SLA)挑选性激光烧结(SLS)、五颜六色喷发打印(CJP)、多喷头打印(MJP)等3D打印机的商业化运作。一起,公司的MedicalModeling创始了虚拟手术技能(VSP),其服务到达国际抢先水平,协助了数以千计的患者。

  3DSystems的前史是一部3D打印全产业链的并购史,公司从建立至今,环绕整个3D打印产业链相继并购了数十家企业,特别是跟着近几年3D打印重视度的进步,公司并购的脚步不断加速。2011年,公司相继收买定制化零部件制作商Quickparts和多色喷墨3D打印范畴领导者ZCorporation。2013年8月,公司宣告收买英国的CRDM公司,后者专门从事航空航天、赛车运动、医疗设备职业的快速原型和快速模具服务,这一办法协助公司站稳了英国商场。

  同年,公司有相继收买了专门运用3D打印技能制作甜品的TheSugarLab公司、3D打印陶瓷技能的抢先供货商Figulo公司以及施乐公司旗下坐落威尔逊维尔,俄勒冈的产品规划、工程、化学组。2014年,公司并购到达巅峰,相继收买了俄克拉荷马州的姊妹公司AmericanPrecisionPrototyping和AmericanPrecisionMachining、MedicalModeling公司、美国先进制作产品开发和工程服务商LaserReproductions、拉美最大的3D打印服务商Robtec、仿真手术设备巨子Simbionix公司、比利时的直接金属3D打印和制作服务供货商LayerWise公司以及CAD/CAM软件厂商Cimatron公司。为加强在我国的事务展开,2015年3DSystems收买我国无锡易维及其全资子公司,并创立3DSystems我国。

  公司收入增速放缓,净利润转正为负,呈现亏本。2014年,公司完结营收6.54亿美元,同比增加27.3%,增速放缓,完结净利润1164万美元,同比下降73.6%。2015年上半年,公司营收同比增速进一步放缓至10.7%,而净利润为-2688万美元,呈现亏本。

  ProX950是3DSystems公司出产的出产级3D打印机,ProX950的成型尺度为1500x750x550mm,零件最大分量为150kg,比较之前的3D打印机,ProX950的速度更快,它摆脱了注塑制作或许CNC的规划约束,选用新的PloyRay技能,其打印速度能够到达其他3D打印机的10倍。制作出全尺度的仪表盘仅需2天。

  ProX950资料运用率较高,一切未运用的资料均保留在体系内,资料挑选广泛,可满意从类丙烯腈丁二烯苯乙烯的耐性到类聚碳酸脂的通明度等一系列零件特点。

  SLA具有加工速度快、成型精度高、外表质量好、技能老练等长处,在规划概念、单件小批量精细铸造、产品模型和模具等方面,被广泛运用于航空航天、轿车、消费品、电器以及医疗等范畴。

  就现在来看,光固化成型(SLA)技能未来将向高速化、节能环保、微型化方向展开,跟着加工精度的不断进步,SLA将在生物、医药、微电子等方面得到更广泛的运用。

  依据光固化成型技能(SLA)的3D打印机耗材一般为液态光敏树脂,比方光敏环氧树脂、光敏乙烯醚、光敏丙烯树脂等。光敏树脂是一类在紫外线照耀下凭借光敏剂的效果能产生聚吞并交联固化的树脂,由光敏剂和树脂组成。

  DLP是3D打印成型技能的一种,被称为数字光处理快速成型技能,DLP技能跟SLA有许多类似之处,其作业原理也是运用液态光敏聚合物在光照下固化的特征。DLP技能运用一种较高分辨率的数字光处理器(DLP)来固化液态聚合物,逐层对液态聚合物进行固化,如此循环往复,直到终究模型完结。DLP成型技能一般选用光敏树脂作为打印资料。

  DLP和SLA同归于光聚合成型,两者最大的不同在于照耀的光源:SLA选用激光点聚集到液态光聚合物,而DLP成型技能是先把印象信号经过数字处理,然后再把光投影出来固化光聚合物。

  在成型时,SLA一般是由点到线、再由线到面,而DLP则是一层一层地成型。因而,DLP成型的速度要比SLA快,因为造价高,依据DLP技能的3D打印机价格要比FDM机型高,乃至比SLA机型高。

  现在,出产研讨DLP技能的企业较多,其间最具代表性的是德国的envisionTEC,跟着DLP技能的不断老练,我国多家企业也相继推出自主研制的DLP3D打印机产品,如珠海西通、宁波智造科技等。

  DLP技能优势显着、操作简洁,使得Envision产品在许多范畴得到广泛的运用。在助听器商场,公司产品的全球商场占有率超越60%;在珠宝职业,公司perfactory系列产品的全球商场占有率超越50%。

  跟着DLP技能的不断老练,我国多家企业也相继推出自主研制的DLP3D打印机产品,如智维股份、宁波智造科技等。下面以智维股份的MoonRay3D打印机为例。

  DLP技能具有打印速度快、成型精度高、打印物体外表润滑等长处,一起,具有机型造价高、打印本钱贵的缺陷,因而首要被运用于对精度和外表光洁度要求高但对本钱相对不灵敏的范畴,如珠宝首饰、生物医疗、文明构思、航空航天、修建工程、高端制作。

  依据数字化光处理技能(DLP)的3D打印机耗材与SLA类似,一般也为液态光敏树脂。光敏树脂是一类在紫外线照耀下凭借光敏剂的效果能产生聚吞并交联固化的树脂,由光敏剂和树脂组成。

  聚合物喷发(PolyJet)技能由以色列Objet公司在2000年头推出的专利技能。PolyJet技能是现在3D打印技能中最为先进的技能之一,其成型原理与3DP类似,仅仅喷发资料不是粘合剂而是聚合物。

  聚合物喷发(PolyJet)技能的成型原理也是光敏树脂在紫外光照耀下固化。详细打印进程是:

  (1)喷头沿X/Y轴方向运动,光敏树脂喷发在作业台上,一起UV紫外光灯沿着喷头运动方向发射紫外光对作业台上的光敏树脂进行固化,完结一层打印。

  (2)之后作业台沿Z轴下降一个层厚,设备重复上述进程,完结下一层的打印。

  聚合物喷发(PolyJet)技能是一种强壮的增材制作办法,能够制作出润滑、精准的原型、部件和东西。可达可达16μm的层分辨率和高达0.1mm的精度使其能够运用规模极广的资料制作出薄壁和杂乱的几许形状。

  打印质量、精度高。高达16μm的层分辨率和0.1mm的精度,可保证取得润滑、精准部件和模型。

  清洁,适合于办公室环境。PolyJet技能选用非触摸树脂载入/卸载,支撑资料铲除和喷头替换都很简单。

  打印速度快。得益于全宽度上的高速光栅构建,可完结快速的流程,可一起构建多个项目,并且无需二次固化。

  用处广。因为打印资料品种多样,可适用于不同几许形状、机械功用及颜色的部件。此外,一切类型的模型均运用相同的支撑资料,因而可快速快捷地改换资料

  耗材本钱相对较高。虽然与SLA相同均运用光敏树脂作为耗材,但价格比SLA的高。

  Stratasys公司是一家全球抢先的3D打印和增材制作计划提供商,公司是由原StratasysInc和以色列Objet公司于2012年吞并而成,吞并后的公司沿袭Stratasys的称号,商场份额约为54.7%(2014年底)。Stratasys现有职工2800多人,总部别离设在美国明尼苏达州Minneapolis和以色列Rehovot.StratasysInc的创始人ScottCrump是FDM(熔融堆积成型)技能的创造者。

  Stratasys公司在全球具有600多项增材制作专利,首要的专利技能包含FDM、Polyjet和WDM(蜡堆积成型),Stratasys靠FDM技能发家,具有FDM专利和相应产品,经过与Objet吞并,引进其Polyjet相关技能,充分了工业级产品线月,Stratasys收买了主打桌面级3D打印商场的厂商MakerBot,进一步扩大了桌面级产品线。经过并购,Stratasys稳固了本身的职业位置,与另一职业巨子3DSystems平起平坐。

  装机量是考量3D打印职业公司的一个重要规范。2004至2012(吞并前),StratasysInc和Objet的装机量都阅历了快速增加,CAGR别离为29%和47%。

  截止2015年榜首季度,旗下一切品牌累计售出12.9万台打印机,在职业界排名榜首。因为3D打印机的运用进程中需求用到耗材,而耗材的利润率高于3D打印硬件,因而装机量是Stratasys的一大优势,比较装机量低的公司,Stratasys未来成绩增加更有保证。

  2014年,Stratasys收入7.5亿美元,净利润-1.2亿美元。2015榜首季度亏本达2.2亿美元,盈余情况不容乐观。其间一个重要的原因是2013年收买的MakerBot增加远不及预期,到现在已累计形成3亿美元的财物减值,约为最初收买价的73%。Stratasys现在市值14.7亿美元,较2014年9月的前史最高已缩水78.3%。到8月14日,公司卖空股数占流转股数份额为25.7%,较2014年9月底的10.8%大幅进步,必定程度上反映了投资者心情的改变。

  Objet1000Plus工业级3D打印机是现在国际上最大型的多资料3D打印机,装备从全份额原型到精细小零件的全封装托盘。该机打印尺度可达1000x800x500mm,可进行1:1打印,一起,该机直接依据CAD数据制作多资料零件,大部分时刻都在无人值守的情况下运转。

  与之前的体系比较,它的打印速度进步了40%,较其他PolyJet体系其单件打印本钱最低。Objet1000Plus可进行多资料打印,最大程度削减后期处理需求。Objet1000Plus单次最多可打印14种资料,从而避免了刚性资料难以钻削和安装的问题。一起,打印出的工件无需进行上漆、抛光或涂橡胶等处理,支撑资料可轻松处理。

  PolyJet3D打印技能具有快速加工和原型制作的许多优势。乃至能快速、高精度地生成具有杰出的精美细节、外表滑润的终究用处零件。依据许多优势,PolyJet技能运用广泛,在航空航天、轿车、修建、军工、商业品、消费品、医疗等职业具有很好的运用远景。

  PolyJet3D打印技能运用的光敏聚合物多达数百种,从橡胶到刚性资料,从通明资料到不通明资料,从无颜色料到五颜六色资料,从规范等级资料到生物相容性资料,以及用于在牙科和医学职业进行3D打印的专用光敏树脂。

  三种光聚合成型类3D打印技能基本原理都是运用液态光敏聚合物(树脂)在光照耀下固化的特征,仅仅运用的光源不同,其间,SLA运用的光源为紫外激光束,DLP运用的光源为数字光处理器,PolyJet运用的光源为紫外光。此外,三种技能运用的耗材均为光敏聚合物(树脂)。(数据来历:华融证券)

  咱们能够幻想一下这样的场景:一个有牙齿疾病的患者,走进医院,只见医师拿着仪器在患者口腔内照一下,一颗完好的牙齿就留在了患者口腔内,并且其形状、功用跟真实的牙齿无异。终究什么技能这般奇特?其实这是3D打印技能之一的光固化技能的创作,当牙医为患者补牙的时分,先用光敏树脂当成填充物,然后用UV光照耀填充物将其硬化,完结补牙的动作。那么,终究什么是光固化技能呢?今日咱们将从技能原理和实践运用的视点来做一下详细解析。

  3D打印(3DP),学名“增材制作”(AM)或“快速成型”(RPM),是在计算机操控下,以数字模型文件为根底,经过逐层打印的办法来结构实践产品的技能,打印进程首要包含:三维建模、模型切片和逐层打印。

  3D打印技能从诞生至今,已展开30余年,现在处于多种技能道路共存的状况。依据所用耗材形状和成型原理的差异,现在干流的3D打印技能大致分为挤出熔融成型和成型原理的差异,现在干流的3D打印技能大致分为挤出熔融成型、粒状物料成型、光聚合成型等三品种型。每品种型依照成型技能的不同,又演化出多种品种,其间,熔融层积(FDM)归于挤出成型类,粒状物料成型又包含直接金属激光烧结(DMLS)、电子束熔融(EBM)、挑选性激光烧结(SLS)、挑选性热烧结(SHS)、挑选性激光消融成型(SLM),光聚合成型技能则包含光固化成型(SLA)、数字光处理(DLP)、聚合物喷发(PI)。

  跟着技能展开和商场需求的不断进步,依据典型3D打印技能衍生出了一些新的技能,比方石膏3D打印(PP)、分层实体制作(LOM)、三维打印(3DP)、电子束自在成型制作(EBF)、激光净形制作(LENS)等。

  依照打印耗材品种的不同,3D打印技能又能够分为非金属3D打印技能和金属3D打印技能,其间,FDM、SLA、DLP、3DP等归于非金属3D打印技能,SLM、DMLS、EBM等归于金属资料3D打印技能。