SLALOMSLSFDM3DP技术的主要特点和比较.docx
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SLALOMSLSFDM3DP技术的主要特点和比较
SLA,LOM,SLS,FDM,3DP技术的主要特点和比较
一、SLA，LOM，SLS，FDM，3DP技术的主要特点和比较；
在快速成型领域里主要的技术包括：
SLA、LOM、SLS、LOM及3DP等工艺技术，而这几种工艺又各有千秋，接下来就看一下这几种工艺的优缺点及比较：
1、SLA
光敏树脂选择性固化是采用立体雕刻（Stereolithography）原理的一种工艺，简称SLA，是最早出现的一种快速成型技术。
在树脂槽中盛满液态光敏树脂，它在紫外激光束的照射下会快速固化。
成型过程开始时，可升降的工作台处于液面下一个截面层厚的高度，聚焦后的激光束，在计算机的控制下，按照截面轮廓的要求，沿液面进行扫描，使被扫描区域的树脂固化，从而得到该截面轮廓的树脂薄片。
然后，工作台下降一层薄片的高度，以固化的树脂薄片就被一层新的液态树脂所覆盖，以便进行第二层激光扫描固化，新固化的一层牢粘结在前一层上，如此重复不已，直到整个产品成型完毕。
最后升降台升出液体树脂表面，取出工件，进行清洗、去处支撑、二次固化以及表面光洁处理等。
光敏树脂选择性固化快速成型技术适合于制作中小形工件，能直接得到树脂或类似工程塑料的产品。
主要用于概念模型的原型制作，或用来做简单装配检验和工艺规划。
光固化成型（SLA）优点如下：
（1）尺寸精度高。
SLA原型的尺寸精度可以达到±0.1mm。
（2）表面质量好。
虽然在每层固化时侧面及曲面可能出现台阶，但上表面仍可以得到玻璃状的效果。
（3）可以制作结构十分复杂的模型。
（4）可以直接制作面向熔模精密铸造的具有中空结构的消失型。
SLA的缺点：
（1）尺寸的稳定性差。
成型过程中伴随着物理和化学变化，导致软薄部分易产生翘曲变形，因而极大地影响成型件的整体尺寸精度。
（2）需要设计成型件的支撑结构，否则会引起成型件的变形。
支撑结构需在成型件未完全固化时手工去除，容易破坏成形性。
（3）设备运转及维护成本高。
由于液态树脂材料和激光器的价格较高，并且为了使光学元件处于理想的工作状态，需要进行定期的调整和维护，费用较高。
（4）可使用的材料种类较小。
目前可使用材料主要为感光性液态树脂材料，并且在太多情况下，不能对成型件进行抗力和热量的测试。
（5）液态树脂具有气味和毒性，并且需要避光保护，以防止其提前发生聚合反应，选择时有局限性。
（6）需要二次固化。
在很多情况下，经过快速成型系统光固化后的原型树脂并未完全被激光固化，所以通常需要二次固化。
（7）液态树脂固化后的性能不如常用的工业塑料，一般较脆，易断裂，不便进行机加工。
2、LOM
箔材叠层实体制作（LaminatedObjectManufacturing）快速原型技术是薄片材料叠加工艺，简称LOM。
箔材叠层实体制作是根据三维CAD模型每个截面的轮廓线，在计算机控制下，发出控制激光切割系统的指令，使切割头作X和Y方向的移动。
供料机构将地面涂有热溶胶的箔材（如涂覆纸、涂覆陶瓷箔、金属箔、塑料箔材）一段段的送至工作台的上方。
激光切割系统按照计算机提取的横截面轮廓用二氧化碳激光束对箔材沿轮廓线将工作台上的纸割出轮廓线，并将纸的无轮廓区切割成小碎片。
然后，由热压机构将一层层纸压紧并粘合在一起。
可升降工作台支撑正在成型的工件，并在每层成型之后，降低一个纸厚，以便送进、粘合和切割新的一层纸。
最后形成由许多小废料块包围的三维原型零件。
然后取出，将多余的废料小块剔除，最终获得三维产品。
叠层实体制作快速原型工艺适合制作大中型原型件，翘曲变形较小，成型时间较短，激光器使用寿命长，制成件有良好的机械性能，适合于产品设计的概念建模和功能性测试零件。
且由于制成的零件具有木质属性，特别适合于直接制作砂型铸造模。
分层实体制造（LOM）优点如下：
（1）成型速度较快。
由于只需要使用激光束沿物体的轮廓进行切割，无须扫描整个断面，所以成型速度很快，因而常用语加工内部结构简单的大型零件。
（2）原型精度高，翘曲变形小。
（3）原型能承受高达200摄氏度的温度，有较高的硬度和较好的力学性能。
（4）无需设计和制作支撑结构。
（5）可进行切削加工。
（6）废料易剥离，无须后固化处理。
（7）可制作尺寸大的原型。
（8）原材料价格便宜，原型制作成本低。
LOM的缺点：
（1）不能直接制作塑料原型。
（2）原型的抗拉强度和弹性不够好。
（3）原原型易吸湿膨胀，因此，成型后应尽快进行表面防潮处理。
（4）原型表面有台阶纹理，难以构建形状精细、多曲面的零件，因此，成型后需进行表面打磨。
3、SLS
粉末材料选择性烧结（SelectedLaserSintering）是一种快速原型工艺，简称SLS。
粉末材料选择性烧结采用二氧化碳激光器对粉末材料（塑料粉等与粘结剂的混合粉）进行选择性烧结，是一种由离散点一层层堆集成三维实体的快速成型方法。
粉末材料选择性烧结采用二氧化碳激光器对粉末材料（塑料粉、陶瓷与粘结剂的混合粉、金属与粘结剂的混合粉等）进行选择性烧结，是一种由离散点一层层对集成三维实体的工艺方法。
在开始加工之前，先将充有氮气的工作室升温，并保持在粉末的熔点一下。
成型时，送料筒上升，铺粉滚筒移动，先在工作平台上铺一层粉末材料，然后激光束在计算机控制下按照截面轮廓对实心部分所在的粉末进行烧结，使粉末溶化继而形成一层固体轮廓。
第一层烧结完成后，工作台下降一截面层的高度，在铺上一层粉末，进行下一层烧结，如此循环，形成三维的原型零件。
最后经过5-10小时冷却，即可从粉末缸中取出零件。
未经烧结的粉末能承托正在烧结的工件，当烧结工序完成后，取出零件。
粉末材料选择性烧结工艺适合成型中小件，能直接的到塑料、陶瓷或金属零件，零件的翘曲变形比液态光敏树脂选择性固化工艺要小。
但这种工艺仍需对整个截面进行扫描和烧结，加上工作室需要升温和冷却，成型时间较长。
此外，由于受到粉末颗粒大小及激光点的限制，零件的表面一般呈多孔性。
在烧结陶瓷、金属与粘结剂的混合粉并得到原型零件后，须将它置于加热炉中，烧掉其中的粘结剂，并在孔隙中渗入填充物，其后处理复杂。
粉末材料选择性烧结快速原型工艺适合于产品设计的可视化表现和制作功能测试零件。
由于它可采用各种不同成分的金属粉末进行烧结、进行渗铜等后处理，因而其制成的产品可具有与金属零件相近的机械性能，但由于成型表面较粗糙，渗铜等工艺复杂，所以有待进一步提高。
选择性激光烧结（SLS）优点：
（1）可以采用多种材料。
从理论上说，任何加热后能够形成原子间粘结的粉末材料都可以作为SLS的成型材料。
（2）过程与零件复杂程度无关，制件的强度高。
（3）材料利用率高，为烧结的粉末可重复使用，材料无浪费。
（4）无须支撑结构。
（5）与其他成型方法相比，能生产较硬的模具。
SLS的缺点：
（1）原型结构疏松、多孔，且有内应力，制作易变性。
（2）生成陶瓷、金属制件的后处理较难。
（3）需要预热和冷却。
（4）成型表面粗糙多孔，并受粉末颗粒大小及激光光斑的限制。
（5）成型过程产生有毒气体及粉尘，污染环境。
4、FDM
丝状材料选择性熔覆（FusedDepositionModeling）快速原型工艺是一种不依靠激光作为成型能源、而将各种丝材（如工程塑料ABS、聚碳酸酯PC等）加热熔化进而堆积成型方法，简称FDM。
丝状材料选择性熔覆的原理如下：
加热喷头在计算机的控制下，根据产品零件的截面轮廓信息，作X-Y平面运动，热塑性丝状材料由供丝机构送至热熔喷头，并在喷头中加热和熔化成半液态，然后被挤压出来，有选择性的涂覆在工作台上，快速冷却后形成一层大约0.127mm厚的薄片轮廓。
一层截面成型完成后工作台下降一定高度，再进行下一层的熔覆，好像一层层"画出"截面轮廓，如此循环，最终形成三维产品零件。
这种工艺方法同样有多种材料可供选用，如工程塑料ABS、聚碳酸酯PC、工程塑料PPSF以及ABS与PC的混合料等。
这种工艺干净，易于操作，不产生垃圾，并可安全地用于办公环境，没有产生毒气和化学污染的危险。
适合于产品设计的概念建模以及产品的形状及功能测试。
专门开发的针对医用的材料ABS-i，因为其具有良好的化学稳定性，可采用伽码射线及其他医用方式消毒，特别适合于医用。
熔融沉积制造（FDM）的优点：
（1）成本低。
熔融沉积造型技术用液化器代替了激光器，设备费用低；另外原材料的利用效率高且没有毒气或化学物质的污染，使得成型成本大大降低。
（2）采用水溶性支撑材料，使得去除支架结构简单易行，可快速构建复杂的内腔、中空零件以及一次成型的装配结构件。
（3）原材料以材料卷得的形式提供，易于搬运和快速更换。
（4）可选用多种材料，如各种色彩的工程塑料ABS、PC、PPS及医用ABS等。
（5）原材料在成型过程中无化学变化，制件的翘曲变形小。
（6）用蜡成型的原型零件，可以直接用于熔模铸造。
FDM的缺点：
（1）原型的表面有较明显的条纹，成型精度相对国外先进的SLA工艺较低，最高精度0.127mm。
（2）沿着成型轴垂直方向的强度比较强。
（3）需要设计和制作支撑结构。
（4）需要对整个截面进行扫描涂覆，成型时间较长，成型速度相对SLA慢7%左右。
（5）原材料价格昂贵。
5、3DP
三维印刷（3DP）工艺是美国麻省理工学院EmanualSachs等人研制的。
E.M.Sachs于1989年申请了3DP（Three-DimensionalPrinting）专利，该专利是非成形材料微滴喷射成形范畴的核心专利之一。
3DP工艺与SLS工艺类似，采用粉末材料成形，如陶瓷粉末，金属粉末。
所不同的是材料粉末不是通过烧结连接起来的，而是通过喷头用粘接剂（如硅胶）将零件的截面“印刷”在材料粉末上面。
用粘接剂粘接的零件强度较低，还须后处理。
具体工艺过程如下：
上一层粘结完毕后，成型缸下降一个距离（等于层厚：
0.013～0.1mm）,供粉缸上升一高度，推出若干粉末，并被铺粉辊推到成型缸，铺平并被压实。
喷头在计算机控制下，按下一建造截面的成形数据有选择地喷射粘结剂建造层面。
铺粉辊铺粉时多余的粉末被集粉装置收集。
如此周而复始地送粉、铺粉和喷射粘结剂，最终完成一个三维粉体的粘结。
未被喷射粘结剂的地方为干粉，在成形过程中起支撑作用，且成形结束后，比较容易去除。
三维打印（3DP）优点：
（1）成型速度快，成型材料价格低，适合做桌面型的快速成型设备。
（2）在粘结剂中添加颜料，可以制作彩色原型，这是该工艺最具竞争力的特点之一。
（3）成型过程不需要支撑，多余粉末的去除比较方便，特别适合于做内腔复杂的原型。
3DP的缺点：
强度较低，只能做概念型模型，而不能做功能性试验。
SLA,LOM,LSL,FDM相互之间的比较：
工艺
SLA
LOM
SLS
FDM
零件精度
较高
中等
中等
较低
表面质量
优良
较差
中等
较差
复杂程度
复杂
简单
复杂
中等
零件大小
中小
中大
中小
中小
材料价格
较贵
较便宜
中等
较贵
材料种类
光敏树脂
纸、塑料、金属薄膜
石蜡、塑料、金属、陶瓷粉末
石蜡、塑料丝
材料利用率
～100％
较差
～100％
～100％
生产率
高
高
中等
较低
二、激光束，电子束，等离子束金属成形技术的主要特点和成本，效率成本三方面的比较？
激光束
激光是一种强度高、方向性好、单色性好的相干光。
由于激光的发散角小和单色性好，理论上可以聚焦到尺寸与光的波长相近的（微米甚至亚微米）小斑点上，加上它本身强度高，故可以使其焦点处的功率密度达到107～1011W/cm2，温度可达10000℃以上。
在这样的高温下，任何材料都将瞬时急剧熔化和汽化，并爆炸性地高速喷射出来，同时产生方向性很强的冲击。
因此，激光加工是工件在光热效应下产生高温熔融和受冲击波抛出的综合过程。
激光加工的特点主要有以下几个方面：
（1）几乎对所有的金属和非金属材料都可以进行激光加工。
（2）激光能聚焦成极小的光斑，可进行微细和精密加工，如微细窄缝和微型孔的加工。
（3）可用反射镜将激光束送往远离激光器的隔离室或其它地点进行加工。
（4）加工时不需用刀具，属于非接触加工，无机械加工变形。
（5）无需加工工具和特殊环境，便于自动控制连续加工，加工效率高，加工变形和热变形小。
（6）价格昂贵。
电子束
电子束加工的原理是利用高速电子的冲击动能来加工工件的，在真空条件下，将具有很高速度和能量的电子束聚焦到被加工材料上，电子的动能绝大部分转变为热能，使材料局部瞬时熔融、汽化蒸发而去除。
电子束加工的特点如下：
（1）电子束能够极其微细地聚焦（可达l～0.1μm），故可进行微细加工。
（2）加工材料的范围广。
由于电子束能量密度高，可使任何材料瞬时熔化、汽化且机械力的作用极小，不易产生变形和应力，故能加工各种力学性能的导体、半导体和非导体材料。
（3）可通过磁场或电场对电子束的强度、位置、聚焦等进行控制，所以整个加工过程便于实现自动化。
（4）电子束的能量密度高，加工效率很高。
（5）加工在真空中进行，污染少，加工表面不易被氧化。
（6）电子束加工需要整套的专用设备和真空系统，价格较贵，故在生产中受到一定程度的限制。
（7）电子束加工需要一套专用设备和真空系统，价格昂贵。
等离子束
离子束加工加工它的加工原理与电子束加工原理基本类似，也是在真空条件下，将离子源产生的离子束经过加速、聚焦后投射到工件表面的加工部位以实现加工的。
所不同的是离子带正电荷，其质量比电子大数千倍乃至数万倍，故在电场中加速较慢，但一旦加至较高速度，就比电子束具有更大的撞击动能。
离子束加工是靠微观机械撞击能量转化为热能进行的。
离子束加工有如下特点：
（1）离子束加工是目前特种加工中最精密、最微细的加工。
离子刻蚀可达纳米级精度，离子镀膜可控制在亚微米级精度，离子注入的深度和浓度亦可精确地控制。
（2）离子束加工在高真空中进行，污染少，特别适宜于对易氧化的金属、合金和半导体材料进行加工
（3）离子束加工是靠离子轰击材料表面的原子来实现的，是一种微观作用，所以加工应力和变形极小，适宜于对各种材料和低刚件零件进行加工。
（4）成本相对不是那么昂贵，应用范围广泛。
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