3D打印成型方式與工業(yè)清洗全解析
瀏覽次數(shù):722發(fā)布時(shí)間:2025-05-08
大約10年前,3D打印機(jī)開(kāi)始為大眾所知?,F(xiàn)在有些企業(yè)已經(jīng)將其實(shí)用化為生產(chǎn)流程的一部分。3D打印機(jī)分為面向一般消費(fèi)者的低端型號(hào)和面向商業(yè)用途的型號(hào)。盡管低端型號(hào)占據(jù)了大約80%的市場(chǎng)份額,而商業(yè)用途型號(hào)只占20%,但在價(jià)格、性能和打印物品的質(zhì)量方面,兩者之間的差距非常大。
本文將介紹3D打印機(jī)的成型方法、使用材料、市場(chǎng)動(dòng)向以及工業(yè)清洗的現(xiàn)狀。
接下來(lái)介紹3D打印機(jī)的成型方式。
通過(guò)加熱熔融的樹(shù)脂從細(xì)小噴嘴中擠出,并逐層堆疊樹(shù)脂來(lái)制造物品的方法。可以使用的熱塑性工程塑料包括ABS樹(shù)脂、聚碳酸酯樹(shù)脂、PC/ABS合金、PPSF/PPSU樹(shù)脂和ULTEM(聚醚酰亞胺)樹(shù)脂等。
利用紫外線掃描液態(tài)光敏樹(shù)脂,按三維層次固化成型。
將材料粉末層層鋪開(kāi),用高功率激光束直接燒結(jié)或通過(guò)噴墨方式添加粘合劑來(lái)固化成型。前者可以使用尼龍等樹(shù)脂材料以及青銅、銅、鎳、鈦等金屬材料。后者可以使用淀粉、石膏等材料。
噴射液態(tài)紫外線固化樹(shù)脂,并用紫外線或特定波長(zhǎng)的光照射使其固化和堆疊??墒褂玫牟牧习ū┧犷?、類似ABS、類似PP、類似聚丙烯和類似橡膠等。
噴射粘合劑(而非成型材料)以固化材料??梢允褂玫牟牧习ㄊ?、淀粉和陶瓷等全彩材料。
將薄片材料按截面形狀切割,并逐層接合堆疊??梢允褂玫牟牧习ū∑瑺畹募?、PVC樹(shù)脂和金屬。
基于噴涂粉末材料進(jìn)行堆焊的技術(shù)(激光包覆)??梢允褂媒饘俜勰?br/>
3D打印最常用的材料是 ABS樹(shù)脂 和 PLA樹(shù)脂。近年來(lái),越來(lái)越多的材料也能用于打印,比如:ASA樹(shù)脂(耐性強(qiáng))、PP樹(shù)脂(耐熱、耐化學(xué)腐蝕)、PC樹(shù)脂和尼龍等工程塑料,還有丙烯酸、PETG、熱塑性聚氨酯和金屬材料等。
選擇材料一個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)是:打印后不能變形或膨脹太大。以前,一些結(jié)晶性高分子材料因?yàn)槭軣崛菀鬃冃?,不太適合用。但現(xiàn)在,隨著工業(yè)級(jí)3D打印設(shè)備的加熱技術(shù)越來(lái)越先進(jìn),這類材料的應(yīng)用也變得更廣泛了。
材料 | 成型方式 | 優(yōu)點(diǎn) | 缺點(diǎn) |
ABS樹(shù)脂 | FDM方式 | 耐沖擊、耐熱、耐化學(xué)性強(qiáng);易于后處理如噴漆和打磨 | 耐候性差,濕氣下易變形 |
PLA樹(shù)脂 | FDM方式 | 穩(wěn)定性高,冷卻后不易收縮和變形 | 耐沖擊性和耐熱性弱,難以后處理 |
ASA樹(shù)脂 | FDM方式 | 耐候性高,適合戶外使用 | 無(wú)顯著缺點(diǎn) |
PP樹(shù)脂 | SLS/FDM方式 | 耐熱、耐沖擊、耐化學(xué)性強(qiáng),重量輕 | 無(wú)顯著缺點(diǎn) |
PET/PETG | - | 強(qiáng)度、耐久性和耐熱性強(qiáng) | 無(wú)顯著缺點(diǎn) |
環(huán)氧樹(shù)脂 | SLA/DLP方式 | 穩(wěn)定性和耐化學(xué)性強(qiáng) | 無(wú)顯著缺點(diǎn) |
丙烯酸樹(shù)脂 | 材料噴射 | 耐沖擊和耐候性強(qiáng),透明度高 | 表面易劃傷,透明度有限 |
PC樹(shù)脂 | FDM方式 | 強(qiáng)度高,耐熱、耐沖擊、耐候性強(qiáng),重量輕 | 對(duì)高溫高濕環(huán)境敏感,適用機(jī)型少 |
尼龍樹(shù)脂 | SLS方式 | 耐沖擊、耐熱、耐化學(xué)性強(qiáng),柔韌性好 | FDM方式成型困難 |
熱塑性聚氨酯 | FDM方式 | 耐熱、柔韌性強(qiáng),可調(diào)節(jié)硬度 | 穩(wěn)定性低,適用機(jī)型少 |
石膏 | 粘合劑噴射 | 材料成本低,成型時(shí)間短,易于著色 | 耐久性差,脆弱 |
金屬 | 激光沉積 | 可使用各種金屬材料 | 需要后處理 |
支撐材料 | FDM/SLA方式 | 適用于復(fù)雜結(jié)構(gòu)的支撐材料,水溶性支撐材料易于去除 | 需要后處理 |
在產(chǎn)業(yè)用3D打印市場(chǎng)的規(guī)模預(yù)計(jì)將從2021年的21億美元,以年均20%的增長(zhǎng)率增長(zhǎng),到2026年達(dá)到52億美元。產(chǎn)業(yè)用3D打印技術(shù)正從原型制造向大規(guī)模生產(chǎn)轉(zhuǎn)變,通過(guò)縮短試制品和最終部件的交付時(shí)間,大幅縮短了產(chǎn)品上市時(shí)間。
目前,3D打印技術(shù)被認(rèn)為適用于小批量到中批量生產(chǎn),但未來(lái)有望實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)。大規(guī)模增材制造(AM)的優(yōu)勢(shì)在于無(wú)需模具即可生產(chǎn)多種設(shè)計(jì)的產(chǎn)品,這使得一臺(tái)3D打印系統(tǒng)及其工藝能夠批量生產(chǎn)不同設(shè)計(jì)的多種產(chǎn)品。在競(jìng)爭(zhēng)激烈的行業(yè)中,產(chǎn)品上市時(shí)間是決定品牌成功的關(guān)鍵因素之一。通過(guò)縮短試制品和最終部件的交付時(shí)間,可以大幅縮短產(chǎn)品上市時(shí)間,從而在時(shí)間競(jìng)爭(zhēng)中占據(jù)優(yōu)勢(shì)。
以下是關(guān)于3D打印成型方法及其相關(guān)清洗技術(shù)的介紹:
基本上不需要清洗,但在進(jìn)行噴漆或表面處理之前可能需要進(jìn)行清洗。
成型后,需要清洗附著在表面的UV固化樹(shù)脂。由于3D打印的獨(dú)特結(jié)構(gòu)如中空結(jié)構(gòu)和狹窄間隙,通常使用非危險(xiǎn)物質(zhì)的乙二醇醚類清洗劑或酒精清洗。對(duì)于復(fù)雜的成型物,可能需要使用超聲波清洗或高壓噴流清洗,因此使用非危險(xiǎn)物質(zhì)清洗劑是必要的。
通常使用空氣噴槍吹除未燒結(jié)的粉末。有時(shí)會(huì)使用水基清洗劑進(jìn)行顆粒清除。
基本上不需要清洗,但由于該方式可以進(jìn)行非常精細(xì)和復(fù)雜的加工,某些狹窄間隙可能需要參考光固化(SLA)方式的清洗方法。
成型后,用空氣噴槍吹除未硬化的粉末,但在微細(xì)加工部分可能需要補(bǔ)充使用光固化(SLA)方式的清洗方法。
成型后,用空氣噴槍吹除未燒結(jié)的粉末。有時(shí)需要去除燒結(jié)物。
工業(yè)用3D打印技術(shù)在金屬粉末、陶瓷粉末等無(wú)機(jī)材料領(lǐng)域發(fā)展迅速。當(dāng)前,采用有機(jī)粘結(jié)劑、分散劑、燒結(jié)助劑和焊劑等材料,通過(guò)低溫?zé)Y(jié)方式處理金屬粉末的技術(shù)正受到廣泛關(guān)注。
金屬注射成型(MIM)技術(shù)結(jié)合了塑料注射成型和金屬粉末冶金的優(yōu)點(diǎn),能夠制造復(fù)雜形狀的金屬部件,而無(wú)需進(jìn)一步加工,成品接近最終形狀。這項(xiàng)技術(shù)在新能源汽車、精密機(jī)械、電子設(shè)備、通信設(shè)備和醫(yī)療設(shè)備的部件制造中具有很大潛力。特別是由于輕量化和少量多品種生產(chǎn)的需求,這項(xiàng)技術(shù)在電動(dòng)汽車、航空航天、無(wú)人機(jī)和太空產(chǎn)業(yè)中有著廣闊的應(yīng)用前景。
金屬注射成型使用約10微米的微細(xì)金屬粉末作為原料,能夠加工復(fù)雜形狀的鈦和不銹鋼等難加工材料。
這項(xiàng)技術(shù)正迅速應(yīng)用于傳統(tǒng)的FDM方式以及被稱為金屬-粘合劑噴射打印(MBJ)的3D打印技術(shù),并迅速擴(kuò)大市場(chǎng)。
在工業(yè)清洗領(lǐng)域,這一新興市場(chǎng)對(duì)清洗技術(shù)的要求,與電子行業(yè)中用于電路板和元器件的助焊劑殘留清除、微粒清洗等工藝相似,因此被視為具備發(fā)展?jié)摿Φ男屡d應(yīng)用場(chǎng)景。