工业制造

工业应用如何选择3D打印技术?

3D打印技术,一种快速成型的加工工艺,是我们都知道的时下流行的生产工艺之一,尤其在工业制造业有着广泛的应用基础。如今,工业3D打印机加速了创新,并为工程、制造、航空、牙科、医疗、教育等各个行业提供了支持,提高了工作效率并降低了生产成本。

随着工业应用的不断开发,各行业对3D打印技术有着多元化需求。时下,在工业应用领域,市场上主要有3种不同的成型工艺的打印技术FDM、SLA、SLS,以下我们就这三种3D打印技术从应用、速度、成本角度进行对比。

熔融沉积成型技术(FDM)工作原理是通过将热塑性聚合物通过加热的喷嘴挤出并将其层层堆积在打印平台上,最终构建出立体模型的过程。

FDM 3D打印机操作简单、环保节能,可适应任何环境下使用。其精度较高,使用的打印材料种类较多:标准热塑性塑料、工程塑料,工业3D打印机还可打印高性能材料如PEEK系列,及复合型材料等。工业级FDM 3D打印机成型件具有较高机械性能、高强度、耐热性和化学强度,有些特殊的材料特性是SLA与SLS打印工艺无法加工的,故被广泛应用于工业制造、工装夹具、汽车制造、康复辅具、影视道具等。

缺点:FDM打印的层堆积技术的机械运动,所以在打印速度上相比SLA和SLS比较慢,原型表面有明显的层纹,较为粗糙,且不适合打印尺寸较小的精细模型;Z轴方向模型强度偏弱。打印悬空模型需要设计支撑结构,且后期需要手动去除支撑;少数具有双喷嘴工业机器,可以使用可溶解性材料作为支撑,清除较为方便。

从成本价格计算,FDM设备成本低,从入门的龙门机到工业级设备,价格几千元到几十万不等;且设备后期维护方便,成本低;另外材料可选性多,特别是工业级FDM使用的材料多达数十种,原材料利用率高,没有毒气或化学物质的污染,这使得成型成本大大降低。

立体光固化技术(SLA)紫外激光束聚焦,并在薄薄的液体光聚合物树脂层上快速绘制设计的平面部分。然后,通过拉高液面近一步打印下一层平面,从而最终形成3D打印模型。

SLA技术已经是3D打印中最成熟的一种技术了,其技术优势在于成型速度快、原型精度高,可以精确的表现表面细节,成型表面平滑,精度可以达到每层厚度0.05-0.15mm,可以加工比较精密的零件和结构外形复杂或传统手段难以成型的原型和模具。在透明、铸造、高温等方面拥有广泛的材料,可用于快速3D打印原型、牙科、透明模型、熔模铸造图案、鞋类成型等领域。

 

缺点:SLA打印的部件通常很脆弱,易断裂,可加工性不高,不适合功能性应用,模型需要支撑,且后处理比较多。SLA对打印环境要求比较严格,例如环境湿度等;原材料有化学刺激性和粘性,打印时需特别注意。

SLA的制造成本相对FDM会比较高,这就使得高精度的SLA机器门槛较高,一般数万元到数十万元,甚至更高。

选择性激光烧结技术(SLS)通过激光烧结方式进行打印的一种技术,对尼龙粉末材料进行逐层烧结,其有很高的自由度,甚至可以通过一次成型的方式打印可以活动的部件。

SLS尼龙结构坚固、略带弹性,精度高,可以制作最终的产品和结构复杂的设计。打印零件时,不需要支撑,这是非常大的一个优点。同时,SLS打印速度较快,材料循环使用率高。

缺点:材料选择性不多,基本为尼龙粉末材料,且价格相对SLA要贵一些;SLS成型尺寸较小,目前做大尺寸的设备比较少;成型件表面呈粉粒状,较为粗糙,后期需要喷涂处理;打印完成后,冷却时间较长。

在制造成本上,价格会比较高,后期维护,更换激光器等零件,费用高。

综合这三种打印技术,我们整合几种在打印过程中经常碰到的技术参数进行对比。

     1.打印精度  (高--低)

        SLA>SLS>FDM

     2.成型时间(速度)(快--慢)

        SLA>SLS>FDM

     3.材料功能性  (强--弱)

        FDM>SLS>SLA

     4.成本(昂贵--便宜)

        SLS>SLA>FDM

 

发布于 2022-03-30 14:39阅读(2346) 评论(0)  5 点赞

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FDM打印机如何解决支撑问题?

FDM 3D打印过程中,遇到模型本身有悬空面或大倾斜面难以打印,需要设计支撑结构。打印的模型特征面及角度不同,所使用机器的单喷嘴与双喷嘴,打印材料与支撑材料都是设计支撑考虑的因素,我们将会对此进行讨论和分享。

为什么需要打印支撑,哪些模型需要支撑?

FDM原理是将热熔性塑料通过高温喷嘴熔融后挤出,基于在打印平台上逐层堆积构建立体模型的过程。打印过程中,会遇到很多不同的模型,有的结构简单易于打印。有的结构特殊,像有些模型是架空结构或跨桥,下面没有东西托着,无法在上一层基面上打印;有些是大斜面结构,其倾斜面角度超过55度,打印时很可能会出现斜面坍塌,那么这些模型需要我们进行支撑的设计,才能打出更好质量的产品模型。

我们在拿到模型文件前,会对模型进行分析,如何打印,是否需要支撑进行预先判断。当然,现在的切片软件,用的比较多的有simplify 3D、cura等,软件会自动对模型进行分析后切片预览,自动生成支撑结构,使用比较方便简单,也可手动对某些位置进行设置,以便更好去打印。

    

支撑如何打印,既能节省材料又能提高打印效率呢?

由于模型的结构,需要表现的特征面不同,我们设计的支撑结构也会不同。例如我们在simplify3D软件中可设置支撑填充角度、支撑填充率、支撑结构等,方便我们自由设计支撑结构。

目前市面上有单喷嘴和双喷嘴机器,工业应用通常我们会选择工业级双喷嘴机器。很容易理解,单喷嘴机器只能同时打印一种材料,支撑结构处打印本体材料。这种支撑结构打印很简单,不需要过多的设置,但在打印完成后拆除相对比较麻烦,容易破坏支撑面,且需要打磨。

而双喷嘴机器可以使用两种材料打印,我们可以选择使用一个喷嘴打印本体材料,另一喷嘴打印支撑结构。支撑结构材料我们可以选择特殊易剥离或可溶解性的材料,方便打印完成进行拆除或自行溶解。使用双喷嘴机器打印,会提高工作效率,相对材料成本会高一些,但工作效率会有很大的提升。

             

双喷嘴机器如何选择支撑材料?

还是以工业级双喷嘴机器为例,它的性能高、稳定且打印的材料种类较多,特别是高能性的工程塑料,如ABS/PC/PA/PEEK等,所以这种机器对我们工业制造领域会有很大应用性。

介绍市面上比较常用的有四类支撑材料:

①HIPS材料——(耐冲击性聚苯乙烯),一种酸溶性材料,需要用柠檬烯溶解,而柠檬烯价格较高,相对来讲不划算,成本过高,一般也很少会选择。HIPS适用于ABS,PC,PC-ABS,PC-PBT,PC-FR,ASA等模型材料

②碱溶材料——顾名思义,这种材料溶解于碱性溶液。为了更好的溶解,一般需要加热环境,有条件的可以搅拌,效果会更佳,简单来说您可能需要另外添置一台超声波清洗机。碱溶材料适合一些需要打印高温材料的模型支撑,并且本体是不溶于碱的(如ABS/PC/尼龙/复合材料等,而PLA不适合)

③水溶材料——PVA一种可在水中溶解的材料,遇水浸泡数个小时即可溶解,对溶解条件要求低,价格相对实惠;(兼容PLA、ABS、PA、PA-CF、PA-GF)

④易剥离材料——这种材料主要针对的是PLA材料,使用简单,环境要求低,打印完成后可轻松剥离。

还有其他更好的支撑打印方式等待发现,更多打印技巧敬请关注,共同讨论。

发布于 2022-03-31 23:12阅读(3364) 评论(0)  2 点赞

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人工智能时代,3D打印技术越来越重要

人工智能时代的到来使得机器人逐渐逐渐走入我们的寻常生活,在生活中、生产中都大大的提高这我们的效率。由于机器人在不同生活场景的应用,需要在外观上设计不同的形态,由此以来在制造机器人的过程中就需要使用3D打印进行结构验证与外观验证,这样的验证方式大大地缩减了新产品的生产和迭代周期,使得一代又一代更具人性化的机器人产品出现在我们的身边。

3D打印机机器狗机身外壳

机器狗机身外壳与内部零件多且复杂,工程师采用3D打印进行机身部件的制作,可以完成一些复杂零件模型的快速成型,加快制作周期,并且保证打印精度。由于机器狗灵活度较高,所以打印出来的各部件大小必须和所要求的完全相同,存在偏差会影响机器狗的安装和灵活性。其次,材料多样性可选,使用高性能材料打印特殊运动部件同时减轻机身重量。

FAU团队讲3D打印头部安装在机器狗身上

分享:波士顿动力机器人,开源化了,可以在网站上下载所需文件模型。

完整的机器狗是由四条相同的腿和一个3D打印的身体结构组装而成。在成品中,所有的东西都包含在一个3D打印外壳中,没有电线暴露在外。模块组装只需要很少的独立部件,除了电机轴和滑轮,其他部件都是采用3D打印制作。

3D打印四条腿结构,灵活运动,腿部关节可以正向或反向转动、180度翻转、弹跳等一些高难度动作。

发布于 2022-04-11 01:29阅读(874) 评论(0)  1 点赞

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FDM3D打印机的专业级与工业级的区别?

近年来,3D打印技术应用市场需求的不断发展,开发了多种不同成型工艺的打印技术。作为增材制造技术中的最广泛的FDM技术,也是使用最多的一种类别。但大家对FDM机器有一些混乱和模糊的概念,都是FDM打印机,但从价格上来讲就又很大区别。有几千块的,有几万块的,也有几十万的甚至上百万级别的。我们将为大家从价格和应用的角度,介绍一下FDM3D打印机的几种类别。

我们大致可分为三种:

龙门式FDM 3D打印机

一种是开放式的龙门结构,我们称之为龙门机。这种机器制造简单,成本比较低,几千块就可以购置一台,动手能力强的同学可以在网上淘到相应的模块零件组装,所以这种机器的精度、稳定性及应用要求较低,适合3D打印入门级使用,打印一些简单的零件模型。

龙门式3D打印机

材料应用上也是使用比较普通的PLA材料,适用一些对性能要求不高的零件打印,3D打印入门及业余爱好者的需求,也可作为低年级教学使用。

专业级桌面3D打印机

这种机器体积不大,可以放在桌面上使用,且应用性能较高,我们称之为专业机。作为专业级打印机,它的材料应用相对宽泛一点,可以打印如:PLA/PETG/ABS/PC/尼龙/碳纤维/玻纤之类,用于基础外观评估和一般性能的测试应用。

专业级3D打印机

ABS——最常用的工程塑料之一,是一种强度高,韧性好,易于3D打印加工成型的热塑性高分子工程塑料。3D 打印加工的ABS   器件还具有尺寸稳定,耐低温,耐化学性能等优良特点。 

这种材料的打印温度为210~240℃,加热板的温度为80℃以上,腔室环境温度80℃,ABS的玻璃转化温度(这种塑料开始软化的温度)为105℃。

虽然市面上的桌面机标注可以打印ABS/ASA/尼龙这类工程材料(当然也有可能是一些减性材料),因为材料的特性,缺少恒温打印环境,可能会在打印过程中出现一些翘边,收缩的问题。

打印性能:

材料的性质方面,从热端的角度来看,ABS塑料相当容易打印。无论用什么样的挤出机,都会滑顺地挤出材料,不必担心堵塞或凝固。然而挤完后的步骤却有点困难。这种材料具有遇冷收缩的特性,会从加热板上局部脱落、悬空,造成问题。另外,要是打印的物体高度很高,有时还会整层剥离。因此,ABS打印不能少了加热板。此外,比较重要的需要使用密闭式恒温加热环境的打印机。

目前市面上的专业级打印机很少有做恒温腔的打印环境设计,虽说能打工程塑料,但是还是有点牵强。且打印尺寸不大,2~5万的价格也是作为消费级打印机被多数人所青睐的原因吧。

工业级FDM 3D打印机

工业级FDM打印机有着出色的打印性能,可以打印工程塑料及高性能热塑性材料,可以广泛应用于工业设计、功能性原型测试、最终零件及小批量生产等。

与专业机有很大区别,工业级标准的机器内部成型仓的耐高温运动部件及打印精度更高,性能也更稳定;打印尺寸比较大,材料应用更为突出。价格在十几万到几十万不等。

工业级FDM 3D打印机

材料应用:

工业级打印机兼容多种材料的打印要求,工程塑料:ABS/PC/ASA/PA/PA-CF/PA-GF/TPU等;高性能热塑性塑料:PEEK/PEKK/PEEK-CF等。高配置的FDM打印机可满足工程塑料和高性能热塑性塑料的打印要求。

性能配置:440℃高温双喷头水冷系统;双色双材料可打溶解性支撑材料;125℃恒温打印环境;160℃加热打印平台;二次结晶烘箱;性能稳定作为生产级长时间工作。

超高温打印材料——PEEK

由于PEEK的熔点到达343 °C,所以只有某些高配置的3D打印机才能打印到。另外,PEEK对于在温度波动较大的情况下比较不好打印,因此3D打印机需具有足够的热量和有封闭的打印环境,温腔环境90度以上。 PEEK一般可以在360°C至450°C范围内的温度下进行3D打印。 而打印平台至少要加热到120°C,而3D打印PEEK 时比一般的3D打印速度慢一点比较好。

工业级3D打印机材料应用


总结:上述三种FDM3D打印机,根据使用人群、材料性能应用与应用行业不同区分。如果是个人或业余爱好者,可选择龙门式3D打印机作为入门级使用;如果是需要打印一些基础的外形测试零件,应用零件,可选择专业级3D打印机;如果你是工程师或是依据生产型工程材料来定制部件的专业人士,有高要求的特殊高性能材料应用需求的,需要小批量生产的,可以选择工业级3D打印机。具体按实际需求选择。

发布于 2022-04-12 22:25阅读(127) 评论(0)  1 点赞

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6大优势,让塑料3D打印成为行业应用焦点

应用不同的行业,3D打印成型工艺有多种,应用的材料种类也较多,但塑料仍是3D打印行业中适用最多的材料。

6大优势,让塑料3D打印成为广泛使用的一种成型技术。

能够3D打印多种尺寸的零件

我们知道市面上大多数的3D打印机层高精度都特别高,数据显示可以达到0.01-0.3mm,这样的精度已经特别高了,因此可以制作较小的零件。如果您需要制作较大的零件来进行测试项目,塑料将是最佳的解决方案。

塑料产品的大型3D打印机主要基于熔融挤出技术,工艺可靠,易于使用和维护。大尺寸3D打印现在正成为许多公司感兴趣的项目之一,它可以获取准确和定制化的零件,易于加工。对于设计领域来说,尺寸经常限制了设计产品的快速制造,有了大型零件快速3D打印的可行性,这使得设计的想法可以迅速转化为现实,并且应用到各种产品中。后期处理简单易操作可以使得最终的模型更接近产品。相比传统方式制造模型的技术,包括木材、泡沫、玻璃纤维的使用不仅耗时,而且还昂贵。大型3D打印技术不仅节省成本,还可以实现自由曲面的独特几何形状,并且可以加速设计迭代的过程。因此,塑料3D打印的尺寸可以很小,也可以很大。

塑料3D打印成本低

价格显然是塑料3D打印零件的最大优势之一。使用3D打印进行大批量生产可能会非常昂贵,由于塑料是最常见且最便宜的材料,因此可以更轻松地打印多个塑料3D打印零件然后进行组装。使用ABS或者PLA材料,您已经可以打印出价格合理的零件,如果您注重材料强度及功能性测试,也可以使用工程塑料来解决。3D打印材料种类较多,给企业更多的多样性打印需求,降低成本。

相比传统注塑加工更加高效

塑料是3D打印行业中最早使用的材料之一,它提供了生产一种或多种定制设计产品的有效方法。为了制造最终零部件,可以通过3D打印来获取模具,并用作复合结构的最终工具。塑料3D打印材料是原型制作过程的最好选择,这是进行一些快速原型制作的理想方法,因为您可以使用3D建模软件以较低的价格轻松地进行多次产品迭代。甚至无需前期制作模具,只需要将3D打印模型文件上传到3D打印机内,然后点击打印即可,使用3D打印技术制造塑料零件非常简单。

塑料3D打印材料适用领域广泛

塑料3D打印可以在医疗行业中用于创建器官的3D打印模型。它可用于汽车行业中的汽车内饰零件的更换,打印建筑模型,甚至用于航空航天工业。此外,从概念证明,原型设计到生产,塑料3D打印材料对于产品开发过程的每个步骤都非常有用!您可以打印任何塑料组件,塑料包装或塑料产品,可以使用塑料自由3D打印任何种类的复杂设计。

塑料3D打印材料轻便可靠

塑料可以说是一种非常轻质的材料,并且塑料材料向高强度发展,通过改性塑料的强度被用来直接替换金属用于各类复杂构件,既便宜又质轻,甚至可以普代玻璃、陶瓷等制品,从而使塑料材料在3D制造中被广泛应用。

ASA作为一种用于制造工具和最终成品的通用材料,在抗紫外线稳定性、强度和耐久性方面都表现出色。塑料材料可避开低强度的缺陷,向复合化功能化发展,特别是实现多元材料复合,通过3D打印技术赋予塑料特定功能。

可提供更多的表面处理方式

在使用塑料材料进行3D打印模型制作时,我们经常能看到表面有细微的层纹,对于一些特殊行业需求的用户来说,就要进行必要的3D打印后处理工作。我们可以很容易的在塑料表面进行打磨、上色、抛光,从而使得塑料3D打印模型变得表面光滑,具有一定美感,这是至关重要的。

 

发布于 2022-04-26 23:56阅读(992) 评论(4)  39 点赞

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先进的温腔加热系统对于成功3D打印高性能零件的重要性

基于材料挤出工艺的高性能工程塑料3D打印技术(FDM),在设计与实现定制化、小批量生产方面为工业级制造应用带来了低成本轻量级解决方案。

 

像ABS、PC、PA、ASA、PEEK等高性能工程塑料,在轻量化、隔热性、电绝缘性、耐用性方面都有显著优势,在许多情况下能够成为比金属合金更经济、高效的替代品(如peek),打印成型的工件可以直接用于实际生产。
 

想要成功打印这些高性能塑料,也不是那么轻而易举,也不是所有的打印机都可以完成的。其中最关键的是打印机的加热系统,一台工业级的3D打印机必须有高质量的高温挤出喷头和先进的恒温加热打印室(后面简称恒温腔室)。


(下面以恒温腔室介绍)

据小编所知,目前的加热方式也就三种:
 

1. 打印平台加热(好一点的加个保温棉,起不了恒定保温作用)。该方式只能保证平台表面恒温,不能保证成型空间的温度恒温,打打小零件问题不大。随着模型打印高度的增加,模型打印表面与打印平台的温差也越来越大,这种情况会导致打印的模型内应力增大,引起零件的翘曲或开裂。

2. 电辅助风扇吹热风方式。该方式可以达到局部保温效果,温度分布并不均匀,无法精准控温去满足各种高性能材料所需的打印环境温度。
 

3. 热风循环对流系统。采用夹层式隔热腔室,可控式温度调节,循环式热风可确保打印腔室内温度均匀分布达到一个恒温打印环境。


高性能材料成型过程中对温度环境要求比较严苛,如果加热和冷却的快循环引起工件中不均匀的温度梯度和残余应力分布,那很容易引起打印工件的翘曲变形、层间开裂而影响打印的精度和稳定性。

所以,想要成功打印高性能工程塑料部件,更需要这种恒温加热环境。iBridger i341工业高温3D打印机提供了高性能材料打印所需的高温打印环境(恒温腔室),促进打印件更好地成型,并具有较高的机械强度和较低的内应力。

工业级高温3D打印机  i341

 

下面,我们就工业生产中使用最多的一种工程塑料ABS来简单分析一下:

ABS塑料,打印成型过程中有两次相变过程,第一次是ABS由固态丝状受热熔化成熔融态,第二次是由熔融态经过喷嘴挤出后冷却凝固成固态。

ABS凝固过程中的体积收缩会产生内应力,内应力会导致模型翘曲的发生。而成型空间温度会影响成型件的内应力的大小,打印腔室温度升高,一方面由于工件中的分子链热运动能量升高,另一方面由于体积膨胀,分子间的距离增加,分子链活动空间增大,使得松弛过程加快,导致工件内应力减小,相应地,产生的翘曲程度也就减小。

但是,成型空间温度也不能过高,否则 零件表面会起皱 ,对于小截面的零件会产生“坍塌”与“拉丝”现象,即前一层的截面还处于软化状态时后一层就开始在其上堆积,前一层的截面还不足以承受后一层挤出丝的作用力,因而向下凹陷变形,同时挤出丝被喷头拉着走。另一方面,打印腔室温度太低的话,从喷嘴挤出的丝骤冷使成型零件内应力增加,这很容易引起零件翘曲变形,影响打印过程顺利进行,并导致层间粘接不牢固,甚至导致零件开裂 。所以,只有适宜的成型空间温度才能使成型制品的翘曲程度较小,表面质量较好,成型精度也会提高。


特别是像PC、PEEK和碳纤维这些高性能复合材料的打印过程,受成型空间温度梯度影响更明显,需要一个较高的空间温度才能确保打印成型。因此控制成型空间的温度,使其保持在一个稳定的高温状态,是减少温度梯度及残余应力对成型工件影响的有效方法。

总结:工业生产打印中,拥有先进的温腔加热系统是成功打印高性能塑料的关键。

 

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发布于 2022-05-11 11:07阅读(43) 评论(0)  1 点赞

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