1.1.5　桌面级3D打印机的主流技术

目前桌面级3D打印机普遍采用熔融堆积成形(FDM)或立体激光固化成形(SLA)成形技术。

FDM(Fused Deposition Modeling),即熔融堆积成形,其原理如图1.6所示,主要采用丝状材料(石蜡、金属、塑料、低熔点合金)作为原材料,将加热的材料从喷头里挤出,在温度低于材料熔点的工作台上,迅速形成一层薄片轮廓截面,然后工作台下降一定高度(即层厚),喷头继续挤出加热材料,这样逐层堆积,最终成形三维产品零件。FDM的优势有:操作环境干净、安全,可以在办公室环境下进行,表面质量好,易于装配,可以快速构建实体或中空零件;原材料以卷轴丝的形式提供,易于搬运和快速更换,材料费用低,材料品种多(如可染色的ABS和PLA等),材料利用率高。存在的技术不足有:零件表面精度较低,成形速度相对较慢,不适合构建大型零件。目前FDM成形技术被广泛应用于桌面级3D打印机:如美国Maker Bot公司的Replicator2(如图1.7(a)所示),3D Systems公司的Cube X Duo(如图1.7(b)所示)和中国北京太尔时代公司的UP Plus 2(如图1.4所示)。

图1.6　熔融挤出成形原理

图1.7　FDM桌面级3D打印机

SLA(Stereo Lithography Appearance),即立体激光固化成形,其原理如图1.8所示,利用激光逐层照射液态光敏树脂使其固化,使之以由点到线、由线到面的顺序凝固,完成一个层面的成形,然后升降台在垂直方向移动一个层片高度,再固化另一个层面;这样层层叠加构成一个三维实体。立体激光固化成形是目前研究得最多的方法,也是技术上最为成熟的方法,它的优势在于技术成熟度高、精度高,但设备造价贵,使用和维护成本高,对工作环境要求苛刻(对温度和湿度要求严格)。目前采用SLA技术的桌面级3D打印机,主要为美国Form Labs公司的Form 1机型,如图1.9所示。

图1.8　光固化成形原理

图1.9　SLA桌面级3D打印机