Tujuh Jenis Utama Teknologi Percetakan 3D

Percetakan 3D, juga dikenali sebagai pembuatan tambahan, meliputi beberapa proses yang berbeza . Walaupun berbeza, mereka semua berkongsi langkah utama yang sama . misalnya, semua percetakan 3D bermula dengan model digital, kerana ia adalah teknologi berasaskan {{4} Perisian Persiapan Mengiris fail reka bentuk ke dalam lapisan untuk membuat arahan jalan untuk pencetak 3D untuk mengikuti .

Mengapa tujuh jenis?

Pembuatan tambahan boleh dikategorikan berdasarkan produk yang dihasilkannya atau bahan yang digunakannya . ISO telah mengklasifikasikannya ke dalam tujuh jenis umum . Walau bagaimanapun, tujuh kategori percetakan 3D ini juga berjuang untuk menampung peningkatan jumlah jenis teknikal dan teknologi hibrid .

Percetakan 3D Penyemperitan Bahan

Penyemperitan bahan hidup sehingga namanya: bahan -bahan ditolak melalui muncung . Bentuk percetakan 3D yang paling biasa . Walaupun kedengarannya mudah, memandangkan pelbagai bahan yang boleh diekstrusi, termasuk plastik, logam, konkrit, gel bio, dan pelbagai makanan, ini sebenarnya adalah kategori yang sangat luas . 3

 Subtipe penyemperitan bahan: pemodelan pemendapan bersatu (FDM), percetakan 3D pembinaan, percetakan 3D mikro, percetakan bio 3D .
 Bahan: Plastik, Logam, Makanan, Konkrit, dan lain -lain .
 Ketepatan dimensi: ± 0 . 5% (had bawah ± 0.5mm).
 Aplikasi biasa: prototaip, kandang elektrik, ujian dan ujian yang sesuai, jig dan lekapan, corak untuk pemutus, bangunan, dan lain -lain .
 Kelebihan: Kaedah percetakan 3D kos terendah dengan pelbagai bahan .
 Kekurangan: prestasi bahan yang lebih rendah (kekuatan, ketahanan, dan lain -lain .) dan biasanya ketepatan dimensi yang lebih rendah .

1. pemodelan pemendapan yang disalurkan (FDM)
 

Bahagian FDM boleh dibuat pada pelbagai pencetak 3D menggunakan logam atau plastik

Terdapat pasaran berbilang bilion dolar untuk pencetak 3D FDM, dengan beribu -ribu mesin dari asas ke model perindustrian kompleks . mesin FDM juga dipanggil fabrikasi filamen yang bersatu (FFF) Ikut . Dalam fdm, anda memuatkan jet filamen (atau beberapa sekaligus) ke dalam pencetak 3D, yang memakannya ke dalam muncung extruder pencetak . pencetak memanaskan muncung atau muncung ke suhu yang diperlukan untuk melembutkan filamen,

Apabila pencetak menggerakkan extruder di sepanjang koordinat pesawat XY yang ditetapkan, ia meletakkan lapisan pertama . extruder kemudian naik ke ketinggian seterusnya (z satah), mengulangi lapisan proses dengan lapisan sehingga objek dibentuk sepenuhnya . Beberapa bahan yang boleh dibubarkan dalam air atau penyelesaian lain .

Pencetak 3D FDM menawarkan pelbagai mesin untuk penggemar, perniagaan kecil, dan pengeluar (sumber: Creality, Raise3D, Stratasys) .

2. 3 D Bioprinting

Bioprinting 3D adalah serupa dengan percetakan 3D tradisional, tetapi bahan yang digunakan adalah berbeza .

Bioprinting 3D, atau percetakan bio 3D, adalah proses pembuatan bahan tambahan yang menggabungkan bahan -bahan organik atau biologi, seperti sel -sel hidup dan nutrien, untuk mewujudkan tisu tiga dimensi semulajadi seperti struktur. Terapi . Definisi sebenar bioprinting 3D masih berkembang . pada dasarnya, ia berfungsi sama dengan percetakan 3D FDM dan jatuh di bawah kategori penyemperitan bahan (walaupun penyemperitan bukan satu -satunya kaedah bioprinting) .

Dalam bioprinting 3D, bahan (dakwat bio) diekstrusi dari jarum untuk membuat lapisan cetak . dakwat bio terutamanya terdiri daripada bahan -bahan hidup, seperti sel -sel dalam bahan pembawa . sebagai collagen, gelatin, asid hyaluron, Sokongan .

3. Percetakan 3D Pembinaan

Percetakan 3D Pembinaan

Percetakan 3D Pembinaan adalah sub medan penyemperitan bahan yang berkembang pesat . Teknik ini melibatkan menggunakan pencetak 3D yang besar (biasanya sehingga puluhan meter tinggi) untuk mengeluarkan bahan binaan seperti konkrit dari muncung . mulai dari telaga air ke dinding . Sesetengah penyelidik mengatakan ia dapat mengubah industri pembinaan dengan mengurangkan keperluan buruh dan sisa pembinaan .

Terdapat berpuluh -puluh rumah bercetak 3D di Amerika Syarikat dan Eropah . pembangunan teknologi pembinaan 3D sedang dijalankan untuk menggunakan bahan -bahan yang terdapat di bulan dan Marikh untuk membina habitat untuk ekspedisi masa depan . percetakan dengan tanah tempatan sebagai kaedah pembinaan yang lebih mampan juga mendapat perhatian .

Percetakan 3D berasaskan resin, atau photopolymerization, menggunakan cahaya untuk secara selektif menyembuhkan resin cecair . selepas setiap lapisan disembuhkan, platform binaan beralih sedikit (0.01 0.05 mm), dan prosesnya berulang sehingga objek selesai .

Bentuk umum proses ini termasuk stereolitografi (SLA), pemprosesan cahaya digital (DLP), dan paparan kristal cecair (LCD)/SLA bertopeng (MSLA) . Perbezaan utama antara teknologi ini terletak pada sumber cahaya mereka dan kaedah pengawetan {{1}

Polimerisasi baldi menggunakan lapisan resin fotosensitif cahaya untuk mengeras lapisan .

Sesetengah pengeluar pencetak 3D, terutamanya yang membuat mesin gred profesional, telah membangunkan varian photopolymerization yang unik dan dipatenkan . Oleh itu, teknologi bernama yang berbeza dapat dilihat di pasaran . karbon, pengeluar pencetak 3d} Nama -nama fotopolimerisasi yang boleh diprogramkan tekniknya (P3), Formlabs menawarkan stereolitografi kuasa rendah (LFS), dan AZUL 3D pertama yang dikomersialkan fotopolimerisasi VAT dalam bentuk percetakan pesat kawasan yang tinggi (Harp) {7} Pembuatan (DCM), yang memperkenalkan bahan tambahan berfungsi ke dalam resin cecair .

Jenis Teknologi Percetakan 3D: Stereolithography (SLA), Paparan Kristal Cecair (LCD), Pemprosesan Cahaya Digital (DLP), Stereolithography Mikro (μSLA), dan lain -lain .
Bahan: Photopolymers (Castable, telus, perindustrian, biokompatibel, dan lain -lain .)
Ketepatan dimensi: ± 0.5% (had lebih rendah ± 0.15mm atau 5nm dengan μSLA)
Aplikasi biasa: prototaip dan akhir menggunakan bahagian polimer, perhiasan, pergigian, produk pengguna
Kelebihan: Permukaan lancar, perincian halus

1 Stereolitografi (SLA)

Contoh stereolithography (SLA) dari sistem 3D, DWS, dan FormLabs .

Stereolithography (SLA), teknologi percetakan 3D pertama di dunia, dicipta oleh Chuck Hull dalam 1986. dia mematenkannya dan menubuhkan sistem 3D untuk mengkomersialkannya . sekarang, ia digunakan oleh penggemar dan profesional melalui banyak pengeluar pencetak 3D .

SLA menggunakan laser untuk menguatkan lapisan resin . kebanyakan pencetak SLA menggunakan laser pepejal . berbanding dengan dlp, laser titik SLA mengambil masa yang lebih lama untuk mengesan lapisan objek, manakala dlp mengeras seluruh lapisan dengan flash {{3} memerlukan .

Mikro - Stereolithography (μSLA)

Ia boleh mencetak komponen skala mikro dengan resolusi 2 - 50 mikron . untuk perbandingan, rambut manusia purata 75 mikron dalam lebar . sebagai teknologi percetakan "mikro Kanta untuk membuat titik fokus yang sangat kecil .
 

NanOscribe dan Microlight3D adalah dua pengeluar terkemuka dua pencetak 3D pempolimeran foton (TPP) (sumber: nanoscribe, microlight3d) .

Dua - pempolimeran foton (TPP)

2pp, adalah teknologi percetakan mikro - 3 d dan satu bentuk sla . menggunakan laser femtosecond berdenyut pada tempat resin khas, TPP Lapisan bahagian oleh lapisan . Ia digunakan dalam penyelidikan, aplikasi perubatan, dan pembuatan komponen mikro, seperti elektrod mikro dan sensor optik.
 

2 Pemprosesan Cahaya Digital (DLP)

Percetakan DLP 3D menggunakan projektor cahaya digital untuk memancarkan imej setiap lapisan ke resin dalam satu perjalanan (atau berbilang kali untuk bahagian yang lebih besar) . lebih biasa daripada SLA, DLP adalah efisien untuk menghasilkan bahagian yang lebih besar dalam satu batch, kerana setiap masa pendedahan adalah seragam Voxels . cahaya diproyeksikan ke resin melalui skrin LED atau lampu UV, dengan peranti micromirror digital (DMD) mengarahkan cahaya ke permukaan membina .

Projektor DLP moden menggunakan beribu -ribu LED bersaiz mikrometer sebagai sumber cahaya, secara individu dikawal untuk meningkatkan resolusi XY . DLP 3D pencetak berbeza -beza berdasarkan kuasa sumber cahaya, kanta, kualiti DMD, dan komponen lain, dengan harga dari $ 300 hingga lebih dari $ 200,}

Dalam percetakan DLP "Top - Down", sumber cahaya berada di bahagian atas pencetak, bersinar ke vat resin . pencetak ini memancarkan imej dari atas, menyembuhkan lapisan, dan kemudian tenggelam lapisan yang sembuh ke dalam vat . Kaedah ini, yang tidak melawan graviti, menghasilkan hasil yang lebih stabil untuk bahagian yang lebih besar . sebaliknya, pencetak DLP "bawah" mempunyai kapasiti berat terhad untuk menggantung bahagian dari plat binaan . VAT resin menyokong cetakan semasa pencetakan "atas - bawah"

Mikro Unjuran - Stereolithography (PμSL)
 

Sebagai jenis photopolymerization VAT yang unik, PμSL adalah subkategori DLP dan mikro - 3 d - Teknologi percetakan . Ia menggunakan cahaya UV dari projektor untuk menyembuhkan lapisan resin yang ditambah secara khusus {{3} Teknik berkembang kerana kos rendah, ketepatan, kelajuan, dan kepelbagaian material (polimer, biomaterial, seramik) . Ia menunjukkan potensi dalam mikrofluid, kejuruteraan tisu, optik mikro, dan aplikasi peranti mikro bioperubatan {{10}

Pembuatan logam berasaskan litografi (LMM)

Teknologi lain yang berkaitan dengan DLP, LMM mencipta bahagian logam kecil untuk alat pembedahan dan komponen mekanikal mikro . Dalam LMM, serbuk logam disebarkan dalam resin photopolymer dan dipilih secara terpilih melalui pendedahan projektor biru {{4} Bahan -bahan bahan makanan . termasuk keluli tahan karat, titanium, tungsten, tembaga, tembaga, perak, dan emas .

Bahagian bercetak 3D logam mikro yang dibuat menggunakan teknologi LMM pada pencetak 3D Incus .

LCD, atau MSLA, seperti DLP tetapi menggunakan skrin LCD dan bukannya DMD, menjadikan pencetak lebih berpatutan . LCD menentukan bijirin cetak, menetapkan ketepatan xy . penggunaan industri .

LCD boleh mencetak lebih cepat daripada SLA dalam beberapa kes kerana pendedahan lapisan keseluruhan . kos unit LCD yang rendah menjadikannya popular untuk pencetak resin desktop bajet . bagaimanapun, ia juga digunakan secara profesional, dengan beberapa pengeluar pencetak 3D industri yang menolak hadnya dan mencapai hasil yang mengagumkan {}}

Fusion Bed Serbuk (PBF) adalah proses percetakan 3D di mana sumber haba secara selektif mencairkan zarah serbuk (plastik, logam, atau seramik) di kawasan binaan, mewujudkan lapisan objek pepejal dengan lapisan . dalam pencetak 3d Mata pada lapisan serbuk . lapisan serbuk lain kemudian disimpan dan disatu dengan yang terdahulu . proses ini berulang sehingga keseluruhan objek dibina, dengan menyokong serbuk yang tidak digunakan dan melampirkan produk akhir .

Panduan Komprehensif untuk 7 Teknologi Percetakan 3D Utama dan Aplikasi mereka (SEO Dioptimumkan)

Oleh kerana teknologi pembuatan bahan tambahan (percetakan 3D) terus matang, lebih banyak industri mengamalkan pelbagai kaedah percetakan untuk memenuhi permintaan untuk struktur kompleks, bahan-bahan berprestasi tinggi, dan penyesuaian kecil-batch {{3} Kaedah yang betul .

1. Teknologi Serbuk Bed Fusion (PBF)

PBF membolehkan pengeluaran kekuatan tinggi, tahan haus, dan tahan lama, biasanya digunakan dalam produk pengguna, alat perindustrian, dan komponen berfungsi .

Bahan biasa: serbuk plastik, serbuk logam, serbuk seramik
Ketepatan dimensi: ± 0.3% (minimum ± 0.3mm)
Teknologi Wakil:
SLS (sintering laser selektif)
LPBF (Fusion Bed Powder Laser)
EBM (peleburan rasuk elektron)

 1.1 Sintering Laser Selektif (SLS)

SLS menggunakan laser untuk serbuk polimer sinter (e . g ., nilon pa12) lapisan, yang memerlukan struktur sokongan . Ia sesuai untuk reka bentuk berongga dan kompleks, digunakan secara meluas dalam bahagian fungsi,

 1.2 Sintering Laser Selektif Mikro (μSLS)

μSLS sesuai untuk struktur logam mikro yang sangat tepat dengan resolusi di bawah 5μm, digunakan dalam pengeluaran komponen mikro elektronik .

 1.3 Fusion Bed Powder Laser (LPBF)

LPBF terutamanya mencetak komponen logam seperti aloi titanium, keluli tahan karat, dan aloi berasaskan nikel . laser berkuasa tinggi dan persekitaran gas lengai memastikan ketumpatan bahagian dan prestasi mekanikal, yang biasa digunakan dalam aplikasi aeroangkasa, perubatan, dan perindustrian .

 1.4 Mleam Electron Beam (EBM)

EBM menggunakan rasuk elektron untuk serbuk logam sinter dalam vakum, sesuai untuk bahan konduktif dan reflektif seperti tembaga dan titanium . persekitaran binaan suhu tinggi mengurangkan tekanan sisa, sesuai untuk implan ortopedik dan bilah turbin .

Deposit jet bahan resin fotosensitif atau lilin dengan cara berasaskan titisan, yang membolehkan percetakan resolusi tinggi, pelbagai bahan, dan warna penuh .
Bahan Biasa: Resin Photopolymer, Lilin, Komposit
Ketepatan dimensi: ± 0.1mm
Subtipe:
M-jet (jet bahan polimer)
NPJ (jet nanopartikel)
M-JET digunakan dalam prototaip reka bentuk automotif, perubatan, dan perindustrian dengan pelbagai warna, output pelbagai bahan . NPJ mensasarkan pemendapan dakwat nanopartikel logam dan seramik untuk fabrikasi bahagian logam kompleks .

Jet Binder menggabungkan katil serbuk dan teknologi inkjet dengan mendepositkan ejen mengikat ke katil serbuk, lapisan oleh lapisan, untuk membentuk struktur 3D .
Bahan Biasa: Logam, Seramik, Pasir, Polimer
Ketepatan dimensi: ± 0.2mm (logam) atau ± 0.3mm (pasir)
Varian:
Pengikat logam jet
Polimer pengikat jet
Pengikat pasir jet

Teknologi ini tidak memerlukan struktur sokongan dan menawarkan kecekapan pengeluaran yang tinggi, sesuai untuk pembuatan prototaip berwarna dan bahagian logam berfungsi . bahagian logam biasanya menjalani pemprosesan debinding dan sintering untuk meningkatkan kekuatan mekanikal .

DED menggunakan rasuk laser, arka, atau elektron untuk mencairkan dan mendepositkan wayar logam atau serbuk, sesuai untuk percetakan struktur besar dan pembaikan komponen .

Bahan: Keluli tahan karat, aloi titanium, aloi nikel
Ketepatan dimensi: ± 0.1mm
Subtipe biasa:
Laser ded (l-ded)
Electron Beam ded
WAAM berasaskan ARC (Pembuatan Additive Arc Wire)
Semburan sejuk

DED digunakan secara meluas dalam industri aeroangkasa, tenaga, dan berat untuk pembaikan bahagian dan pembuatan berskala besar .
 

Lapisan Lapisan Lapisan Lapisan Kertas, Polimer, atau Logam dan Menggunakan Laser atau Alat Pemotongan untuk Membentuk, Sesuai untuk Pengeluaran Rapid Prototaip Bukan Fungsional .
Bahan Biasa: Kertas, Polimer, Foil Logam
Ketepatan dimensi: ± 0.1mm
Kelebihan: gabungan pelbagai bahan, pengeluaran pantas

Kekurangan: sisa bahan yang tinggi, ketepatan yang lebih rendah

Dibangunkan oleh HP, MJF menggabungkan pemendapan serbuk dengan penggunaan agen fusing dan perincian, kemudian menggunakan pemanasan inframerah untuk pencairan bahan terpilih .

Bahan: Thermoplastics seperti nilon dan polipropilena
Aplikasi: Bahagian Perindustrian, Prototaip Fungsi, Peranti Perubatan
Kelebihan: Percetakan pantas, tiada struktur sokongan, serbuk kitar semula

Semburan sejuk: Serbuk logam ikatan tanpa pemanasan, sesuai untuk pembuatan tambahan cepat .
Molten ded: Deposit logam cecair (E . g ., aluminium), berpotensi menggunakan bahan kitar semula .
Pembuatan Aditif Berasaskan Komposit (CBAM/SLCOM): Menggabungkan serat karbon atau serat kaca untuk bahagian struktur kekuatan tinggi .
VLM (pembuatan litografi likat): Membolehkan kombinasi pelbagai bahan pada filem telus dengan struktur sokongan yang mudah ditanggalkan .

Kesimpulan

Percetakan 3D sedang membentuk semula landskap pembuatan, yang menawarkan fleksibiliti dan reka bentuk kebebasan yang tidak dapat ditandingi-dari pengeluaran besar-besaran kepada penyesuaian peribadi . dengan memahami tujuh proses pembuatan tambahan arus perdana, perniagaan dan jurutera boleh memilih penyelesaian percetakan 3D yang paling sesuai berdasarkan keperluan bahan, kerumitan struktur, dan belanjawan.