3D打印技術自誕生至今,經過幾十年的發展已出現了多種不同的制造技術,其中具有代表性的技術有以下幾種:原材料為光敏樹脂的光固化成型技術(stereolithography apparatus,SLA)、原材料為熱熔型樹脂的熔融沉積制造技術( fused deposition modeling,FDM)、原材料為非金屬粉末的選區激光燒結技術(selective laser sitering,SLS)和原材料為金屬粉末的選區激光熔化技術(selective laser melting,SLM). 這其中以光固化快速成型技術發展最早、最成熟,從最初使用激光振鏡掃描技術實現光固化成型,逐步發展出利用數字光處理( digital light processing,DLP)技術和噴墨印刷技術實現的新型光固化技術. 基于DLP 的光固化成型技術因其成型精度高、價格低廉而發展迅速,受到廣泛關注。
1 3D 打印技術
1.1 3D 打印
3D打印即快速成型(rapid prototyping,RP)技術是一種自20 世紀80 年代末90 年代初發展起來的先進制造技術. 它是一種基于離散堆積思想的增材制造技術,一種“自下而上”的材料累加制造方法.其概念定義為通過計算機技術,根據零件的三維數字模型把材料逐層連接累加,從而制造出實體零件.將制造過程由復雜的三維加工降低為一系列簡單的二維層片的加工,由于二維層片的加工難度與零件實體結構的復雜程度基本無關,因此大大降低了零件實體的加工難度,從而能夠以一種統一的、自動的方法來完成形狀結構各異的三維實體模型.
3D 打印技術在原理上與傳統的減材制造方式全然不同,其優勢主要體現在以下幾個方面:1) 3D打印技術可加工內部結構復雜的三維實體,比如具有奇異不規則結構的零件或鏤空結構較多的零件,3D 打印技術依據逐層累加原理實現三維制造,復雜結構在進行分層切片后,并不會體現在二維層片信息上,因此加工難度較低;2) 3D 打印技術可在較短時間內完成三維實體的制造,能快速地制作處在研發階段的新產品樣機,縮短產品研發的周期;3) 相比于傳統減裁制造方式,3D 打印的加工原材料用量需求大大減少且具有很高的利用率. 以上3 點優勢保證了3D 打印技術在今后的制造業中具有一席之地. 目前3D 打印技術已在制造、醫療、教育、藝術設計等領域具有相關應用.
1.2 光固化快速成型技術
光固化快速成型技術是發展最早、現階段最成熟、應用最廣泛的一種3D 打印技術. 該技術以光敏樹脂液體為原材料,樹脂的光敏特性使得材料在受到特殊波段的光(多為紫外波段)照射后,會發生聚合反應出現固化. 光固化技術一般通過振鏡掃描技術或掩模版技術控制光照區域,使樹脂在可控的光照區域內聚合固化,通過逐層固化疊加后生成三維實體模型. 由于材料特性等方面的影響,光固化技術大多由紫外激光器配合振鏡掃描系統組成,聚焦后光斑直徑非常小,且樹脂材料處于液態分子排布相對緊密,因此這樣的光固化系統做出的三維模型普遍具有較高精度。
2 DLP 型3D 打印系統
2.1 DLP 技術
DLP 技術于1993 年由美國TI 公司發明. 該技術最初應用在投影顯示方面,相比CRT、LCD 技術的投影機,具有圖像更加清晰、色彩更加豐富、圖像亮度及對比度更高等優勢. 現如今,DLP 技術拓展出各類顯示和高級照明控制方面的應用,可用于三維機器視覺測量、PCB 平板印刷、光譜分析、光通信網絡組成、多光譜成像、近眼顯示器、汽車平視顯示及3D 打印等方向.3D 打印應用和PCB 平版印刷具有相似的原理,在近2 年內首次誕生并得到快速發展,以DLP技術發展出的3D 打印技術具有打印速度快、打印精度高等特點。
未完待續；
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