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全方位解析對比3D打印SLA工藝和SLS工藝及其材料的特性 

通過3D打印在國內(nèi)多年的發(fā)展,現(xiàn)在這項新技術(shù)已經(jīng)在很多的行業(yè)都有所應(yīng)用,包括航空航天,汽車行業(yè),模具,動漫手辦,醫(yī)療等等;越來越多的人加入到了3D打印行業(yè),越來越多的3D打印機器被投入使用,服務(wù)行業(yè)發(fā)展。這里就給大家介紹下目前市面上使用較多的兩種3D打印技術(shù):SLA和SLS,對應(yīng)的材料分別是樹脂材料和粉末材料。大家就跟隨小編來具體了解下2者的區(qū)別,方便后期需要打印服務(wù)時可以做個參考。

我們先對這2種3D打印工藝做下對比分析:

SLA(Stereo Lithography Apparatus) 光固化成型
    SLA由Charles Hull于1984年獲得美國專利并被3D Systems 公司商品化,也是目前被世界上研究最深入、應(yīng)用最早的一種3D打印方法。
SLA3d打印技術(shù)原理是在液槽中充滿液態(tài)光敏樹脂,其在激光器所發(fā)射的紫外激光束照射下,快速固化。在成型開始時,讓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(qū)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,工作臺繼續(xù)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(gòu)成三維實體。


SLA3d打印機適合需要精密細節(jié)的復(fù)雜零件,但幾乎在所有情況下,都需要使用支撐結(jié)構(gòu)。清洗時需要使用工業(yè)酒精或者丙醇等刺激性化學(xué)品進行清潔,并且需要在UV烤箱中進行二次固化才能進行后續(xù)處理,由于使用了刺激性化學(xué)品,需要在通風良好的地方進行后處理。樹脂原料有刺鼻味、易燃且保存期限較短,新舊樹脂也不能混合使用,因此材料浪費較嚴重。

優(yōu)點
1.快速交付:給出文件,最快次日可以收到產(chǎn)品;
2.良好精度:打印層厚最低0.05mm,最高成型精度可達0.03/100mm;
3.多種表面效果:成型產(chǎn)品適合打磨、噴砂、噴涂、染色等多種表面處理工藝;
4.最大尺寸:最大單一成型尺寸可達800*800*550(mm),可通過無縫拼接方式實現(xiàn)。

缺點
1.中空零件必須準備好孔洞讓未固化的樹脂流出;
2.需要專業(yè)人士添加支撐,上機操作;
3.打印完成后處理繁瑣(清洗、去支撐、打磨、再固化等),耗費人工。

優(yōu)勢應(yīng)用
1.以展示為主要用途的快速樣件;
2.各類展示模型;
3.隱形正畸牙套模具;
4.復(fù)模原型件;
5.室內(nèi)美術(shù)陳列品;
6.快速精密鑄造熔模。

SLS(Selective Laser Sintering)選擇性激光燒結(jié)
    SLS最早是由美國德克薩斯大學(xué)奧斯汀分校的C.R.Dechard于1989年在其碩士論文中提出的,隨后C.R.Dechard創(chuàng)立了DTM公司并于1992年發(fā)布了基于SLS技術(shù)的工業(yè)級商用3D打印機Sinterstation。DTM公司于2001年被3D Systems公司收購。
    SLS技術(shù)原理是采用鋪粉棍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(jié)點的某一溫度,控制系統(tǒng)控制激光束按照該層的截面輪廓在粉末上掃描,使粉末的溫度升至熔化點,進行燒結(jié),并與下面已成型的部分實現(xiàn)粘結(jié)。當一層截面燒結(jié)完成后,工作臺下降一個層的厚度,鋪料輥又在上面鋪上一層均勻密實的粉末,進行新一層截面的燒結(jié),直至完成整個模型。

在成型過程中,未經(jīng)燒結(jié)的粉末對模型的空腔和懸臂部分起著支撐作用,不必像SLA工藝那樣需要另行生成支撐工藝結(jié)構(gòu),因此適合設(shè)計復(fù)雜、自由度較大且不需要支撐的作品,成品表面也不產(chǎn)生層積紋理。在初期設(shè)置和維護方面,SLS成本較高,設(shè)備的復(fù)雜性也需要熟練的操作者,建議使用最大體積進行列印以避免浪費粉末。由于使用高功率雷射光和及粉末原料,SLS需要考量較多的環(huán)境安全性。

優(yōu)點
1.無支撐:沒有支撐限制,幾乎可以制作任何造型,尤其內(nèi)部互相運動的一體成型部件;
2.良好機械性能:具有媲美注塑件的機械性能,良好的強度、韌性和熱變形溫度;
3.多材料可選:尼龍、尼龍玻纖、尼龍鋁粉等多種不同性能和用途的材料可選;
4.材料利用率高:未燒結(jié)的材料可重復(fù)使用,材料浪費少 。

缺點
1.設(shè)備維護較繁瑣,成本高;
2.加工成品須配戴口罩以防粉塵吸入;
3.需要處理后加工和回收粉末。

優(yōu)勢應(yīng)用
1.具有機械性能要求的功能性快速樣件;
2.小批量個性化需求的功能性產(chǎn)品;
3.輕量化設(shè)計需求的產(chǎn)品;
4.多零件組合成單個零件設(shè)計需求的產(chǎn)品。
    以上我們對SLA和SLS分別做了分析,這里再對它們做個對比:兩種技術(shù)各有所長,沒有好壞之分。SLA非常適合打印具有復(fù)雜細節(jié)的快速樣件、公仔、牙套模具、設(shè)計樣板等;SLS則是具有機械性、功能性及大型工業(yè)原型的理想選擇。工業(yè)用途的話SLS在材料方面兼容性更強,選擇更多,但精度以及表面光滑度略遜色于SLA。
全方位解析對比3D打印SLA工藝和SLS工藝及其材料的特性 (1).webp

我們接下來再對比下材料的特性,讓我們更詳細全面的了解這2種3d打印技術(shù)的不同。
這里從5個方面來詮釋對比光敏樹脂和尼龍材料:
     1.材料力學(xué)特性
尼龍材料比光敏樹脂材料強度更高,韌性更好,即同樣形狀的物體,尼龍比光敏樹脂更不易碎和破裂。另外,光敏樹脂打印物件存放一段時間后(通常是幾個月后),容易發(fā)生輕微形變和變色,而尼龍打印物件則不會有變化。
現(xiàn)有一種光敏樹脂黑料,耐溫高達90℃,適用于定制化的終端產(chǎn)品•堅固耐用的功能性原型,汽車機艙內(nèi)零部件,航空航天業(yè)功能性測試,電子電氣行業(yè)的小批量連接器等。

2.耐受溫度
尼龍的抗高溫強于光敏樹脂,163℃以上開始軟化變形,且不宜長期置于80℃以上環(huán)境。
光敏樹脂材料在60度左右開始軟化變形,一次夏季不宜長期置于太陽直射下,會發(fā)生形變。

3.表面特征
光敏樹脂材料比尼龍材料更光滑,且光敏樹脂材料表面更容易被打磨。光敏樹脂物體表面經(jīng)過簡單打磨后通常會比較光滑,較容易進行噴漆等表面處理。
尼龍物體表面會有輕微顆粒感,且打磨起來較為費時費力,因此做噴漆等表面處理時通常更為麻煩,且漆面相對更厚。

4.成型原理
光敏樹脂打印(SLA:光固化成型)的物體精度會略微高于尼龍打?。⊿LS:選擇性激光燒結(jié)成型)的物體精度。
而光敏樹脂打印過程中需要添加支撐,尼龍則不用,因此一些復(fù)雜鏤空或內(nèi)腔結(jié)構(gòu),往往尼龍比光敏樹脂打印效果更好。
因此,光敏樹脂材料打印的成品更適合用于效果展示或者驗證裝配的產(chǎn)品原型樣,而尼龍材料打印的成品除了產(chǎn)品原型展示樣件之外,還可以用于實際投入使用測試的試制產(chǎn)品甚至是最終產(chǎn)品。

5.打印精度
光敏樹脂打印的精度是多少?
打印最小層厚為 0.05毫米,標稱尺寸精度為±0.1毫米/ 100mm時,即100毫米內(nèi)誤差為±0.1mm時,每增加100毫米則累計誤差增加0.1毫米。
尼龍打印的精度是多少?
打印最小層厚為 0.12毫米,標稱尺寸精度為±0.2毫米/ 100mm時,即100毫米內(nèi)誤差為±0.2毫米,每增加100毫米則累計誤差增加0.2毫米。

最后通過2張圖片讓大家直觀的看下2種材料打印模型的不同
全方位解析對比3D打印SLA工藝和SLS工藝及其材料的特性 (2).webp
SLA光敏樹脂材料打印案例

全方位解析對比3D打印SLA工藝和SLS工藝及其材料的特性 (3).webp
SLS尼龍材料打印案例

全方位解析對比3D打印SLA工藝和SLS工藝及其材料的特性的介紹就到這里了,希望大家通過上面的內(nèi)容可以對2種常用的3d打印技術(shù)工藝及材料有一個清晰的了解,后面也可以根據(jù)自己的需要選擇工藝和材料。
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