000三维快速成型打印机成型材料_王位

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3D打印快速成型制造原理及操作说明

3D打印快速成型制造原理及操作说明

快速成型的基本过程:
→→→首先设计出所需零件的计算机三维模型(数字模型、 CAD模型) →→→按照一定的规律将该模型离散为一系列有序的单元, 通常在Z向将其按一定厚度进行离散(习惯称为分 层),把原来的三维CAD模型变成一系列的层片 →→→再根据每个层片的轮廓信息,输入加工参数,自动生 成数控代码 →→→最后由成形系统成形一系列层片并自动将它们联接起 来,得到一个三维物理实体。
自1986年出现至今,短短十几年,世界上已有大约二十多种不同的成型方法和工艺,其中 比较成熟的有SLA、SLS、LOM和FDM等方法。其成形原理分别介绍如下: (1)SLA快速成形系统的成型原理: 成形材料:液态光敏树脂; 制件性能:相当于工程塑料或蜡模; 主要用途:高精度塑料件、铸造用蜡模、样件或模型。 (2)SLS快速成形系统的成型原理: 成形材料:工程塑料粉末; 制件性能:相当于工程塑料、蜡模、砂型; 主要用途:塑料件、铸造用蜡模、样件或模型。 (3)LOM快速成形系统的成型原理: 成形材料:涂敷有热敏胶的纤维纸; 制件性能:相当于高级木材; 主要用途:快速制造新产品样件、模型或铸造用木模。 (4)FDM快速成形系统的成型原理: 成形材料:固体丝状工程塑料; 制件性能:相当于工程塑料或蜡模; 主要用途:塑料件、铸造用蜡模、样件或模型。
快速成型原理 及PRINT 3D操作说明
傅长杰 abound@
快速成型技术简介
快速成型制造技术又叫快速原型制造技术;是指由CAD模 型直接驱动的快速制造任意复杂形状三维物理实体的技术总 称。 英文:RAPID PROTOTYPING,简称RP, 或 RAPID PROTOTYPING MANUFACTUREING,简称 RPM。 不同种类的快速成型系统因所用成形材料不同,成形原理和 系统特点也各有不同。但是,其基本原理都是一样的,那就是 “分层制造,逐层叠加“。形象地讲,快速成形系统就像是一台” 立体打印机"。

简述3d打印快速成型的工艺过程

简述3d打印快速成型的工艺过程

简述3d打印快速成型的工艺过程3D打印,也称为快速成型,是一种利用计算机辅助设计(CAD)数据构建物体的先进制造技术。

它通过逐层堆叠材料来创建实体模型或零件,具有高效、精确和定制化的特点。

下面将详细介绍3D打印的工艺过程。

3D打印的第一步是创建一个数字模型。

这可以通过使用CAD软件进行设计,或者使用三维扫描仪将现有的物体转换为数字模型。

无论是从头开始设计,还是对现有物体进行扫描,都需要确保数字模型的准确性和完整性。

接下来,将数字模型转换为可打印的文件格式。

通常使用的文件格式包括STL(标准三角面)和OBJ(对象文件)。

这些文件格式将数字模型分解为一系列小的三角形网格,以便打印机能够理解和处理。

然后,选择适当的3D打印技术和材料。

目前,有许多不同的3D打印技术可供选择,包括增材制造(AM)和熔融沉积建模(FDM)。

每种技术都有其独特的特点和适用范围。

根据所需的零件特性和打印要求,选择最适合的打印技术和材料。

在准备好数字模型和打印参数后,将文件上传到3D打印机。

3D打印机根据文件中的指令逐层堆叠材料来构建物体。

打印过程中,3D 打印机会根据指定的层高和填充密度逐层添加材料。

这些层叠起来,逐渐形成一个完整的物体。

打印完成后,将物体从3D打印机上取下。

根据所使用的材料和打印技术,可能需要进行一些后处理步骤。

例如,对于某些塑料材料,可能需要去除支撑结构或进行表面处理以达到所需的光滑度。

对于金属打印,可能需要进行热处理或精密加工。

进行质量检查和测试。

打印完成的物体应进行检查,以确保其尺寸、形状和性能符合要求。

可以使用测量工具和测试设备来评估打印件的质量。

如果存在任何问题或缺陷,可以进行修复或重新打印。

3D打印的工艺过程包括创建数字模型、转换文件格式、选择打印技术和材料、上传文件到打印机、打印物体、后处理和质量检查。

这种先进的制造技术为创造者和制造商提供了更高效、精确和定制化的生产方式,将在未来的制造领域发挥越来越重要的作用。

简述3d打印快速成型的流程

简述3d打印快速成型的流程

简述3d打印快速成型的流程3D打印,也被称为快速成型技术,是一项充满创新力的制造方法,它可以通过逐层构建物体来创建三维实体。

下面将介绍3D打印快速成型的完整流程。

1. 设计和建模:首先需要一个设计师或工程师来制作一个三维模型。

设计者可以使用计算机辅助设计(CAD)软件来创建模型,或者从现有的3D模型数据库中选择一个合适的模型。

设计人员还可以从零开始创建自己的模型,或者修改现有的模型以满足特定需求。

2. 准备打印:一旦模型完成,接下来需要将其转换为可被3D打印机读取的文件格式,通常使用的是.STL(Standard Tessellation Language)格式。

此文件格式将三维模型转化为一系列小的三维三角形,以便于打印机理解和执行。

3. 选择打印材料:根据打印对象的需求以及打印机的类型,选择适合的打印材料。

3D打印技术使用的材料种类繁多,包括塑料、金属、陶瓷等。

每种材料都有其特定的优势和限制,需要根据打印对象的用途和性能需求进行合理选择。

4. 设定打印参数:根据打印材料和模型的要求,设置打印参数。

这些参数包括打印温度、打印速度、层高、填充密度等。

正确设置这些参数,可以保证打印过程的顺利进行,并获得高质量的打印结果。

5. 开始打印:将准备好的模型文件加载到3D打印机中,并正确安装和调整打印材料和喷嘴。

确认一切准备就绪后,启动打印机开始打印。

3D打印机将按照预定的参数逐层将材料加热熔化并堆叠在一起,逐步构建出完整的物体。

6. 打印完成和后处理:一旦打印完成,取下打印好的物体,进行后处理。

后处理可以包括去除支撑结构、去除打印物体上的不必要材料、打磨和润滑等。

这些步骤的目的是使打印出来的物体达到预期的外观和性能要求。

通过以上几个步骤,我们可以完整地完成一次3D打印快速成型的流程。

快速成型技术为我们提供了一种灵活、高效、创新的制造方法,无论是在产品设计、原型制作、医疗器械、航空航天还是其他领域,都有着广泛的应用前景。

机械设计中的三维打印与快速成型

机械设计中的三维打印与快速成型

机械设计中的三维打印与快速成型近年来,随着三维打印技术的快速发展,它在机械设计领域中的应用越来越广泛。

三维打印技术,又称为快速成型技术,是一种将数字模型通过逐层堆积材料实现物理模型的先进制造工艺。

这一技术的出现,给机械设计师带来了许多新的可能性和挑战。

本文将探讨机械设计中的三维打印与快速成型的应用,并分析其优势与劣势。

一、三维打印技术在机械设计中的应用1. 原型制作:传统制作原型的方式通常是通过手工雕刻或者注塑等方法,无论从时间成本还是制作精度上都存在一定的缺陷。

而三维打印技术可以直接将数字模型转化为物理模型,大大加快了原型制作的速度,并且制作精度也能够得到保证。

2. 部件生产:在机械设计中,有些复杂零部件的制造通常非常困难,尤其是那些形状复杂、内部结构复杂或者空洞结构的部件。

而利用三维打印技术可以将设计好的数字模型直接打印成物理零部件,这样可以大大简化制造过程,提高生产效率。

3. 定制化生产:随着人们生活水平的提高,对于个性化定制产品的需求也日益增加。

而利用三维打印技术,可以根据不同客户的需求,个性化制造出符合他们要求的产品,满足他们的个性化需求。

二、三维打印技术的优势1. 精度高:由于是通过逐层堆积材料的方式来制造物理模型,所以能够实现很高的制造精度。

尤其是那些传统加工方法无法达到的细节部分,三维打印技术可以轻松实现。

2. 制造速度快:传统制造方式通常需要较长的时间来制造零部件或者产品,而三维打印技术可以大大缩短制造周期,提高生产效率。

3. 设计自由度高:在传统制造方式中,设计师受限于加工工艺和机器设备的限制,而三维打印技术可以打破这种限制,设计师可以更加自由地进行创新设计,实现更加复杂的结构和形状。

三、三维打印技术的劣势1. 材料选择有限:目前市场上的三维打印材料种类还相对较少,尤其是那些高性能的特殊材料。

这就限制了应用范围,无法满足一些特殊需求。

2. 制造尺寸限制:由于三维打印所用机器的尺寸限制,导致大尺寸物体的打印存在一定的困难。

机械制造中的3D打印与快速成型技术

机械制造中的3D打印与快速成型技术

机械制造中的3D打印与快速成型技术近年来,随着科学技术的不断发展,3D打印与快速成型技术逐渐在机械制造领域中得到应用。

该技术不仅提高了产品设计制造的效率和质量,还带来了创新和变革。

本文将介绍机械制造中的3D打印与快速成型技术,并探讨其在行业中的应用和未来发展前景。

1. 3D打印技术的基本原理3D打印技术是一种通过逐层堆积材料来制造物体的技术。

它基于计算机辅助设计(CAD)模型,通过分层制造来实现物体的三维构建。

该技术主要包括三个步骤:建模、切片和打印。

首先,用户使用CAD软件进行产品的设计与建模。

然后,将产品模型切片,生成一层层的制造路径。

最后,将材料逐层堆积,通过打印头进行熔融或固化,最终形成所需的产品。

2. 3D打印技术在机械制造中的应用2.1 快速原型制造3D打印技术能够快速创建产品的物理样本,具有快速制造的特点。

在产品开发的早期阶段,制造一个原型用于验证设计的可行性和功能性是非常重要的。

传统的制造方法通常需要较长的时间和高昂的成本,而3D打印技术能够快速制造出高质量的原型,并提供更多的设计自由度。

2.2 制造复杂结构传统的机械制造技术在制造复杂结构时常常面临许多困难,例如复杂空腔、内外复杂形状等。

而3D打印技术通过逐层构建的方式可以轻松制造出具有复杂结构的产品,实现了传统制造方法难以达到的设计要求。

2.3 节约材料和能源3D打印技术是一种减少浪费的制造方法。

与传统的制造方法相比,它只使用所需的材料,并且不需要进行大规模加工或切割。

这种精确控制材料使用量的能力使得能源消耗大大减少,并且可以降低材料的成本。

3. 快速成型技术在机械制造中的应用3.1 精密铸造快速成型技术在机械制造中的一个重要应用是精密铸造。

通过选择合适的铸造材料,通过快速成型技术可以制造出具有复杂内部结构和精密外形的铸件。

与传统的铸造方法相比,快速成型技术不需要制造模具,节省了时间和成本,并且可以实现更高的精度。

3.2 模具制造快速成型技术还可以用于制造模具。

简述3d打印快速成型的工艺过程

简述3d打印快速成型的工艺过程

简述3d打印快速成型的工艺过程3D打印,也称为快速成型技术,是一种通过逐层堆积材料来制造物体的先进制造技术。

它可以直接将数字模型转化为实体物体,具有高效、灵活、精确的特点。

本文将详细介绍3D打印的工艺过程。

1. 数字建模3D打印的第一步是数字建模,即使用计算机辅助设计(CAD)软件创建三维模型。

这个过程可以通过绘制、扫描或使用三维扫描仪来完成。

在数字建模过程中,设计师可以根据需求对模型进行调整和优化,以确保最终打印出的物体具有所需的形状和尺寸。

2. 切片处理一旦完成了数字建模,下一步是将模型切片。

切片是指将三维模型切割成一系列薄片,每个薄片的厚度通常为几毫米。

切片可以使用特定的切片软件完成。

在切片过程中,还可以选择打印参数,如层高、填充密度等。

3. 打印准备完成切片后,需要将切片转换为适合3D打印机使用的文件格式。

最常用的文件格式是.STL(Standard Tessellation Language)格式。

这个过程可以使用切片软件完成,将切片转化为3D打印机可以识别的指令。

4. 打印过程在打印准备完成后,将转换后的文件导入到3D打印机中,并设置打印参数。

3D打印机会根据文件中的指令逐层堆积材料来制造物体。

常用的打印技术包括熔融沉积建模(FDM)和光固化。

在FDM打印中,热塑性材料通过喷嘴加热熔化,并通过移动喷嘴在每一层上方堆积。

而在光固化打印中,液态光敏材料通过紫外线固化成为固体。

5. 后处理完成打印后,物体可能需要一些后处理步骤。

这取决于所使用的打印技术和材料。

例如,在FDM打印中,打印出的物体可能需要去除支撑结构,并进行表面处理,如打磨、喷漆等。

而在光固化打印中,打印出的物体可能需要进行清洗和固化。

通过以上步骤,3D打印技术可以实现快速成型,将设计师的创意转化为实体物体。

它在各个领域都有广泛的应用,如汽车制造、医疗、航空航天等。

3D打印的工艺过程简单明了,但在实际应用中仍然需要不断改进和优化,以满足不同行业的需求。

快速成型技术与试题-答案

快速成型技术与试题-答案

试卷一、填空题1.快速成型技术是由计算机辅助设计及制造技术、逆向工程技术、分层制造技术(SFF)、材料去除成形(MPR)、材料增加成形(MAP)技术等若干先进技术集成的;2.3.快速成型技术的主要优点包括成本低,制造速度快,环保节能,适用于新产品开发和单间零件生产等4.光固化树脂成型(SLA)的成型效率主要与扫描速度,扫描间隙,激光功率等因素有关5.快速成型技术的英文名称为:Rapid Prototyping Manufacturing(RPM),其目前也被称为:3D打印,增材制造;6.选择性激光烧结成型工艺(SLS)可成型的材料包括塑料,陶瓷,金属等;7.选择性激光烧结成型工艺(SLS)工艺参数主要包括分层厚度,扫描速度,体积成型率,聚焦光斑直径等;8.快速成型过程总体上分为三个步骤,包括:数据前处理,分层叠加成型(自由成型),后处理;9.快速成型技术的特点主要包括原型的复制性、互换性高,加工周期短,成本低,高度技术集成等;10.快速成型技术的未来发展趋势包括:开发性能好的快速成型材料,改善快速成形系统的可靠性,提高其生产率和制作大件能力,优化设备结构,开发新的成形能源,快速成形方法和工艺的改进和创新,提高网络化服务的研究力度,实现远程控制等;11.光固化快速成型工艺中,其中前处理施加支撑工艺需要添加支撑结构,支撑结构的主要作用是防止翘曲变形,作为支撑保证形状;二、术语解释1.STL数据模型是由3D SYSTEMS 公司于1988 年制定的一个接口协议,是一种为快速原型制造技术服务的三维图形文件格式。

STL 文件由多个三角形面片的定义组成,每个三角形面片的定义包括三角形各个定点的三维坐标及三角形面片的法矢量。

stl 文件是在计算机图形应用系统中,用于表示三角形网格的一种文件格式。

它的文件格式非常简单,应用很广泛。

STL是最多快速原型系统所应用的标准文件类型。

STL是用三角网格来表现3D CAD模型。

三维立体打印机的成形技术

三维立体打印机的成形技术

三维立体打印机的成形技术三维立体打印机是一种能够将数字模型转化为实体物体的制造设备。

本文将介绍三维立体打印机的成形技术,包括材料选择、打印头设计、喷嘴控制等方面,并分析其优势、不足以及未来可改进之处。

三维立体打印机基于数字建模技术和材料逐层堆积原理,通过精确的机械运动将原材料按照计算机中的三维模型数据进行逐层打印。

打印过程中,每一层材料都需经过精细的铺层和处理,以实现物件的精细结构和力学性能。

三维立体打印机的材料选择对于打印质量和应用领域具有重要影响。

目前,常见的打印材料包括塑料、金属、陶瓷、生物材料等。

不同材料具有不同的物理和化学属性,因此在选择材料时需要考虑其适用性和打印性能。

打印头是三维立体打印机最核心的部件之一,其设计直接影响到打印精度和速度。

打印头通常由喷嘴、加热器和控制系统组成。

喷嘴负责将原材料挤出,加热器使材料熔化,控制系统则确保材料按照预设路径流出。

喷嘴控制技术是三维立体打印机的关键技术之一,直接影响到打印精度和速度。

喷嘴控制包括喷嘴启闭、材料流量控制、定位精度等方面。

喷嘴启闭需要精确控制时间,以确保材料在正确位置流出;材料流量控制需要确保材料以稳定的速度流出,以避免打印过程中出现断层;定位精度则需要确保每一层材料都按照预设路径准确堆积。

通过实验,我们可以发现三维立体打印机的成形技术具有以下优点:可打印复杂结构:由于三维立体打印机采用数字建模技术,可以轻松打印出复杂的三维结构。

节省材料:通过精确的喷嘴控制技术,可以减少材料的浪费,实现材料的最大化利用。

高效灵活:三维立体打印机可以快速地制造出各种不同形状和尺寸的物体,因此适用于快速原型制作和小批量生产。

然而,目前三维立体打印还存在一些问题,如:打印速度较慢:目前三维立体打印机的打印速度还相对较慢,需要长时间才能完成较大规模的三维打印。

精度有待提高:尽管三维立体打印机的精度已经有了很大提升,但在打印复杂结构和细微特征时仍存在一定的挑战。

三维快速成型打印机成型材料概要

三维快速成型打印机成型材料概要

三维快速成型打印机成型材料王位 , 陆亚林 , 杨卓如(华南理工大学化学与化工学院, 广东广州 510640摘要 :三维快速成型打印技术作为新兴技术, 具有很大潜力。

简述了三维快速成型打印技术的发展和现状, 描述了三维打印技术的成型原理, 材料的选择后处理过程, 并提出了展望。

关键词 :3DP ; 成型原理; 材料选择; 后处理中图分类号 :TP391文献标识码 :A文章编号 :1000-8356(2012 01-0103-04Materials for Printing Shaping in 3D Rapid Prototyping TechnologyWANG Wei, LU Ya-lin , YANG Zhuo -ru(Schoolof Chemistry and Chemical Engineering, South China University of Technology, Guangzhou 510640, ChinaAbstract :The development of three-dimensional printing (3DPtechnology, a new rapid prototyping technology , was described, and the shaping principle was described, and something about the choice of materials and the post-processing was put forward. Key words :3DP; shaping principle; materials choice; post-processing快速成型技术是利用三维 CAD 数据 , 通过快速成型机 , 将材料堆积成实体原型的技术 , 可以自动、快速、直接、精确地将设计思想物化为具有一定功能的原型或制造零件。

3d打印成型工艺及材料

3d打印成型工艺及材料

3d打印成型工艺及材料
随着科技的进步,3D打印技术已成为一种生产加工的新型工艺,其具有快速成型、定制化生产的优点,得到了广泛的应用和发展。

3D
打印工艺涉及复杂的流程,主要包括建模、修建、切片和打印四个步骤。

建模过程是将三维设计文件转化为可供打印的STL文件,常用的
建模软件有SolidWorks、Pro/E等。

修建是优化设计文件,减少无效
构造并添加支承结构。

切片是将STL文件切割为数百层薄片,为后续
打印做准备。

打印阶段是将材料加热,逐层堆叠形成三维物体。

3D打
印材料主要包括ABS、PLA、TPU、PC等塑料材料以及金属和陶瓷等特
殊材料。

这些材料的物理和化学性质不同,需要根据具体的产品要求
进行选择。

3D打印技术的应用范围广泛,包括医疗模型制作、汽车零部件、工业设计、航空器零部件等。

在制造业方面,3D打印技术的出现极大
地缩短了产品的研发周期,提高了生产效率,减少了资源的浪费。

未来,随着3D打印技术的不断发展,它将在更多领域中得到应用和推广。

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三维快速成型打印机成型材料王位,陆亚林,杨卓如(华南理工大学化学与化工学院,广东广州510640)摘要:三维快速成型打印技术作为新兴技术,具有很大潜力。

简述了三维快速成型打印技术的发展和现状,描述了三维打印技术的成型原理,材料的选择后处理过程,并提出了展望。

关键词:3DP ;成型原理;材料选择;后处理中图分类号:TP391文献标识码:A文章编号:1000-8356(2012)01-0103-04Materials for Printing Shaping in 3D Rapid Prototyping TechnologyWANG Wei,LU Ya-lin ,YANG Zhuo -ru(School of Chemistry and Chemical Engineering,South China University of Technology,Guangzhou 510640,China)Abstract :The development of three-dimensional printing (3DP)technology,a new rapid prototyping technology ,was described,and the shaping principle was described,and something about the choice of materials and the post-processing was put forward.Key words :3DP;shaping principle;materials choice;post-processing快速成型技术是利用三维CAD 数据,通过快速成型机,将材料堆积成实体原型的技术,可以自动、快速、直接、精确地将设计思想物化为具有一定功能的原型或制造零件。

根据成型方法可分为两类:基于激光及其他光源的成型技术(Laser Technology)和基于喷射的成型技术(Jetting Technology)[1]。

三维快速成型打印机(three dimensional printing,3DP)技术作为目前快速成形行业中最有生命力之一的技术,主要是将原来只有XY 方向上的打印增加了Z 方向的纵向移动,最后将Z 向的各个截面结合起来得到立体模型。

此技术具有设备简单、材料便宜、材料类型广泛、工作过程中无污染、成形速度快等优点,制作速度比其他技术快5~10倍,不需要制作支承,成本远低于其他快速成型技术,广泛应用于成型工业、建筑设计、医用器械制备、气象等方面[2]。

3DP 技术由麻省理工学院Emanual Sachs 等人开发,近几年在国外得到了迅猛发展。

美国Z Cop 公司与日本Riken Institute 于2000年研制出基于喷墨打印技术的、能够做出彩色原型件的三维打印快速成型机。

2000年以色列的Object Geometries 公司推出了基于结合3Dink -Jet 与光固化工艺的三维打印快速成型机Quadra 。

美国3D System 、荷兰TNO 以及德国BMT 公司等都生产出自己研制的3DP 设备,但是此项技术在国内还处于研发阶段,打印机和原料均需进口,成本非常昂贵,因此,有很大发展潜力[3~5]。

13D 快速成型打印机原理三维快速打印技术是使用喷头喷出粘结剂,选择性地将零件的截面“印刷”在材料粉末上面,最后层层将各个截面粘结起来。

可用于制造复杂形状的模型、中空模型,或者制造复合材料或非均匀材料的模型等[6~7]。

图1是三维打印成型机的剖面示意图。

其工艺是先由铺粉辊从左往右移动,将供粉缸里的粉末在成型缸上均匀铺上一层,然后按照计算机上设计好的零件模型,由打印头在第一层粉末上喷出零件底层截面的形状,然后成型缸平台向下移动一定距离,再由铺粉辊从供粉缸中平铺一层粉末到刚才打印完的粉末层上,然后再由打印头按照第二层截面的形状喷洒粘结剂,层层递进,最后得到的零件整体是由各个横截面层层重叠起来的。

这种技术将原本只能在成型车间才能进行的工艺搬到了普通办公室,增加了应用面。

收稿日期:2011-05-17;修订日期:2011-06-26作者简介:王位(1986-),重庆人,硕士研究生.主要从事3D 快速成型技术材料研究.图1三维快速打印技术工作原理示意图Fig.1The working principle schematic of3DP铸造技术FOUNDRY TECHNOLOGYVol.33No.1Jan.2012103··2材料选择目前此技术发展的最大阻碍就在于成型所需的材料,主要包括粉末和粘结剂两部分。

2.1粉末材料选择从三维打印技术的工作原理可以看出,其成型粉末需要具备材料成型性好、成型强度高、粉末粒径较小、不易团聚、滚动性好、密度和孔隙率适宜、干燥硬化快等性质,可以使用的原型材料有石膏粉末、淀粉、陶瓷粉末、金属粉末、热塑材料或者是其他一些有合适粒径的粉末等。

成型粉末部分由填料、粘结剂、添加剂等组成。

相对其他条件而言,粉末的粒径非常重要。

径小的颗粒可以提供相互间较强的范德瓦尔兹力,但滚动性较差,且打印过程中易扬尘,导致打印头堵塞;大的颗粒滚动性较好,但是会影响模具的打印精度。

粉末的粒径根据所使用打印机类型及操作条件的不同可从1μm到100μm[8~10]。

其次,需要选择能快速成型且成型性能较好的材料。

可选择石英砂、陶瓷粉末、石膏粉末、聚合物粉末(如聚甲基丙烯酸甲酯、聚甲醛、聚苯乙烯、聚乙烯、石蜡等),金属氧化物粉末(如氧化铝等)和淀粉等作为材料的填料主体[11~18],选择与之配合的粘结剂可以达到快速成型的目的。

加入部分粉末粘结剂可起到加强粉末成型强度的作用,其中聚乙烯醇、纤维素(如聚合纤维素、碳化硅纤维素、石墨纤维素、硅酸铝纤维素等)、麦芽糊精等可以起到加固作用,但是其纤维素链长应小于打印时成型缸每次下降的高度[9,19,20],胶体二氧化硅的加入可以使得液体粘结剂喷射到粉末上时迅速凝胶成型[16]。

除了简单混合,将填料用粘结剂(聚乙烯吡咯烷酮等)包覆并干燥可更均匀地将粘结剂分散于粉末中,便于喷出的粘结剂均匀渗透进粉末内部。

或者将填料分为两部分包覆,其中一部分用酸基粘结剂包覆,另一部分用碱基粘结剂包覆,当二者通过介质相遇时,便可快速反应成型。

包覆方法也可有效减小颗粒之间的摩擦,增加其滚动性,但要注意包覆厚度要很薄,介于0.1~1.0μm之间[8,21,22]。

成型材料除了填料和粘结剂两个主体部分,还需要加入一些粉末助剂调节其性能,可加入一些固体润滑剂增加粉末滚动性,如氧化铝粉末、可溶性淀粉、滑石粉等,有利于铺粉层薄均匀[23,24];加入二氧化硅等密度大且粒径小的颗粒增加粉末密度,减小孔隙率,防止打印过程中粘结剂过分渗透;加入卵磷脂减少打印过程中小颗粒的飞扬以及保持打印形状的稳定性等[9]。

另外,为防止粉末由于粒径过小而团聚,需采用相应方法对粉末进行分散[25]。

2.2粘结剂选择用于打印头喷射的粘结剂要求性能稳定,能长期储存,对喷头无腐蚀作用,粘度低,表面张力适宜,以便按预期的流量从喷头中挤出,且不易干涸,能延长喷头抗堵塞时间,低毒环保等。

液体粘结剂分为几种类型:本身不起粘结作用的液体,本身会与粉末反应的液体及本身有部分粘结作用的液体。

本身不起粘结作用的粘结剂只起到为粉末相互结合提供介质的作用,其本身在模具制作完毕之后会挥发到几乎不剩下任何物质,对于本身就可以通过自反应硬化的粉末适用,此液体可以为氯仿、乙醇等[26]。

对于本身会参与粉末成型的粘结剂,如粉末与液体粘结剂的酸碱性的不同,可以通过液体粘结剂与粉末的反应达到凝固成型的目的[16]。

而目前最常用的是以水为主要成分的水基粘结剂,对于可以利用水中氢键作用相互连接的石膏、水泥等粉末适用,粘结剂为粉末相互结合提供介质和氢键作用力,成型之后挥发[27]。

或者是相互之间能反应的,如以氧化铝为主要成分的粉末,可通过酸性粘结剂的喷射反应固化[23]。

对于金属粉末,常常是在粘结剂中加入一些金属盐来诱发其反应[28]。

对于本身不与粉末反应的粘结剂,还有一些是通过加入一些起粘结作用的物质实现,通过液体挥发,剩下起粘结作用的关键组分。

其中可添加的粘结组分包括缩丁醛树脂、聚氯乙烯、聚碳硅烷、聚乙烯吡咯烷酮以及一些其他高分子树脂等[6,8,25,28,29]。

选择与这些粘结剂相溶的溶液作为主体介质可应用,虽然根据粉末种类不同可以用水、丙酮、醋酸、乙酰乙酸乙酯等作为粘结剂溶剂,但目前均以水基粘结剂报道较多[9]。

如前所述,要达到液体粘结剂所需条件,除了主体介质和粘结剂外,还需要加入保湿剂、快干剂、润滑剂、促凝剂、增流剂、pH调节剂及其他添加剂(如染料、消泡剂)等,所选液体均不能与打印头材质发生反应。

加入的保湿剂如聚乙二醇、丙三醇等可以起到很好的保持水分的作用,便于粘结剂长期稳定储存[9]。

可加入一些沸点较低的溶液如乙醇、甲醇等来增加粘结剂多余部分的挥发速度,另外,丙三醇的加入还可以起到润滑作用,减少打印头的堵塞[16]。

对于一些以胶体二氧化硅或类似物质为凝胶物质的粉末,可加入柠檬酸等促凝剂强化其凝固效果[16]。

添加少量其他溶剂(如甲醇等)或者通过加入分子量不同的有机物可调节其表面张力和粘度以满足打印头所需条件[30,31]。

表面张力和粘度对打印时液滴成型有很大影响,合适的形状和液滴大小直接影响打印过程成型精度的好坏[10]。

为提高液体粘结剂流动性,可加入二乙二醇丁醚、聚乙二醇、硫酸铝钾、异丙酮、聚丙烯酸钠等作为增流剂,加快打印速FOUNDRY TECHNOLOGY Vol.33No.1 Jan.2012104··度[11,32]。

另外,对于那些对溶液pH值有特殊要求的粘结剂部分,可通过加入三乙醇胺、四甲基氢氧化氨、柠檬酸等[16]调节pH为最优值。

加入百里酚蓝指示,以保持粘结剂条件的最优化,对打印头液滴的形状也有影响,挥发剩下的物质还可以起到一定的固化作用。

另外,出于打印过程美观或者产品需求,需要加入能分散均匀的染料等[9]。

要注意的是,添加助剂的用量不宜太多,一般小于质量分数的10%,助剂太多会影响粉末打印后的效果及打印头的机械性能。

3后处理过程打印过程完成之后,需要一些后续处理措施来达到加强模具成型强度及延长保存时间的目的,其中主要包括静置、强制固化、去粉、包覆等。

打印过程结束之后,需要将打印的模具静置一段时间,使得成型的粉末和粘结剂之间通过交联反应、分子间作用力等作用固化完全,尤其是对于以石膏或者水泥为主要成分的粉末。

成型的首要条件是粉末与水之间作用硬化,之后才是粘结剂部分的加强作用,一定时间的静置对最后的成形效果有重要影响[28]。

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