全方位解析对比3D打印SLA工艺和SLS工艺及其材料的特性

2019-08-28 08:23 发布

3D打印技术 /[基础知识]
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通过3D打印在国内多年的发展,现在这项新技术已经在很多的行业都有所应用,包括航空航天,汽车行业,模具,动漫手办,医疗等等;越来越多的人加入到了3D打印行业,越来越多的3D打印机器被投入使用,服务行业发展。这里就给大家介绍下目前市面上使用较多的两种3d打印技术:SLA和SLS,对应的材料分别是树脂材料和粉末材料。大家就跟随小编来具体了解下2者的区别,方便后期需要打印服务时可以做个参考。

我们先对这2种3D打印工艺做下对比分析:

SLA(Stereo Lithography Apparatus) 光固化成型
    SLA由Charles Hull于1984年获得美国专利并被3D Systems 公司商品化,也是目前被世界上研究最深入、应用最早的一种3D打印方法。
SLA3d打印技术原理是在液槽中充满液态光敏树脂,其在激光器所发射的紫外激光束照射下,快速固化。在成型开始时,让升降工作台处于液面以下,刚好一个截面层厚的高度。通过透镜聚焦后的激光束,按照机器指令将截面轮廓沿液面进行扫描,扫描区域的树脂快速固化,从而完成一层截面的加工过程,得到一层塑料薄片。然后,工作台继续下降一层截面层厚的高度,再固化另一层截面,这样层层叠加构成三维实体。


SLA3d打印机适合需要精密细节的复杂零件,但几乎在所有情况下,都需要使用支撑结构。清洗时需要使用工业酒精或者丙醇等刺激性化学品进行清洁,并且需要在UV烤箱中进行二次固化才能进行后续处理,由于使用了刺激性化学品,需要在通风良好的地方进行后处理。树脂原料有刺鼻味、易燃且保存期限较短,新旧树脂也不能混合使用,因此材料浪费较严重。

优点
1.快速交付:给出文件,最快次日可以收到产品;
2.良好精度:打印层厚最低0.05mm,最高成型精度可达0.03/100mm;
3.多种表面效果:成型产品适合打磨、喷砂、喷涂、染色等多种表面处理工艺;
4.最大尺寸:最大单一成型尺寸可达800*800*550(mm),可通过无缝拼接方式实现。

缺点
1.中空零件必须准备好孔洞让未固化的树脂流出;
2.需要专业人士添加支撑,上机操作;
3.打印完成后处理繁琐(清洗、去支撑、打磨、再固化等),耗费人工。

优势应用
1.以展示为主要用途的快速样件;
2.各类展示模型;
3.隐形正畸牙套模具;
4.复模原型件;
5.室内美术陈列品;
6.快速精密铸造熔模。

SLS(Selective Laser Sintering)选择性激光烧结
    SLS最早是由美国德克萨斯大学奥斯汀分校的C.R.Dechard于1989年在其硕士论文中提出的,随后C.R.Dechard创立了DTM公司并于1992年发布了基于SLS技术的工业级商用3D打印机Sinterstation。DTM公司于2001年被3D Systems公司收购。
    SLS技术原理是采用铺粉棍将一层粉末材料平铺在已成型零件的上表面,并加热至恰好低于该粉末烧结点的某一温度,控制系统控制激光束按照该层的截面轮廓在粉末上扫描,使粉末的温度升至熔化点,进行烧结,并与下面已成型的部分实现粘结。当一层截面烧结完成后,工作台下降一个层的厚度,铺料辊又在上面铺上一层均匀密实的粉末,进行新一层截面的烧结,直至完成整个模型。

在成型过程中,未经烧结的粉末对模型的空腔和悬臂部分起着支撑作用,不必像SLA工艺那样需要另行生成支撑工艺结构,因此适合设计复杂、自由度较大且不需要支撑的作品,成品表面也不产生层积纹理。在初期设置和维护方面,SLS成本较高,设备的复杂性也需要熟练的操作者,建议使用最大体积进行列印以避免浪费粉末。由于使用高功率雷射光和及粉末原料,SLS需要考量较多的环境安全性。

优点
1.无支撑:没有支撑限制,几乎可以制作任何造型,尤其内部互相运动的一体成型部件;
2.良好机械性能:具有媲美注塑件的机械性能,良好的强度、韧性和热变形温度;
3.多材料可选:尼龙、尼龙玻纤、尼龙铝粉等多种不同性能和用途的材料可选;
4.材料利用率高:未烧结的材料可重复使用,材料浪费少 。

缺点
1.设备维护较繁琐,成本高;
2.加工成品须配戴口罩以防粉尘吸入;
3.需要处理后加工和回收粉末。

优势应用
1.具有机械性能要求的功能性快速样件;
2.小批量个性化需求的功能性产品;
3.轻量化设计需求的产品;
4.多零件组合成单个零件设计需求的产品。
    以上我们对SLA和SLS分别做了分析,这里再对它们做个对比:两种技术各有所长,没有好坏之分。SLA非常适合打印具有复杂细节的快速样件、公仔、牙套模具、设计样板等;SLS则是具有机械性、功能性及大型工业原型的理想选择。工业用途的话SLS在材料方面兼容性更强,选择更多,但精度以及表面光滑度略逊色于SLA。
全方位解析对比3D打印SLA工艺和SLS工艺及其材料的特性 (1).png

我们接下来再对比下材料的特性,让我们更详细全面的了解这2种3d打印技术的不同。
这里从5个方面来诠释对比光敏树脂和尼龙材料:
     1.材料力学特性
尼龙材料比光敏树脂材料强度更高,韧性更好,即同样形状的物体,尼龙比光敏树脂更不易碎和破裂。另外,光敏树脂打印物件存放一段时间后(通常是几个月后),容易发生轻微形变和变色,而尼龙打印物件则不会有变化。
现有一种光敏树脂黑料,耐温高达90℃,适用于定制化的终端产品•坚固耐用的功能性原型,汽车机舱内零部件,航空航天业功能性测试,电子电气行业的小批量连接器等。

2.耐受温度
尼龙的抗高温强于光敏树脂,163℃以上开始软化变形,且不宜长期置于80℃以上环境。
光敏树脂材料在60度左右开始软化变形,一次夏季不宜长期置于太阳直射下,会发生形变。

3.表面特征
光敏树脂材料比尼龙材料更光滑,且光敏树脂材料表面更容易被打磨。光敏树脂物体表面经过简单打磨后通常会比较光滑,较容易进行喷漆等表面处理。
尼龙物体表面会有轻微颗粒感,且打磨起来较为费时费力,因此做喷漆等表面处理时通常更为麻烦,且漆面相对更厚。

4.成型原理
光敏树脂打印(SLA:光固化成型)的物体精度会略微高于尼龙打印(SLS:选择性激光烧结成型)的物体精度。
而光敏树脂打印过程中需要添加支撑,尼龙则不用,因此一些复杂镂空或内腔结构,往往尼龙比光敏树脂打印效果更好。
因此,光敏树脂材料打印的成品更适合用于效果展示或者验证装配的产品原型样,而尼龙材料打印的成品除了产品原型展示样件之外,还可以用于实际投入使用测试的试制产品甚至是最终产品。

5.打印精度
光敏树脂打印的精度是多少?
打印最小层厚为 0.05毫米,标称尺寸精度为±0.1毫米/ 100mm时,即100毫米内误差为±0.1mm时,每增加100毫米则累计误差增加0.1毫米。
尼龙打印的精度是多少?
打印最小层厚为 0.12毫米,标称尺寸精度为±0.2毫米/ 100mm时,即100毫米内误差为±0.2毫米,每增加100毫米则累计误差增加0.2毫米。

最后通过2张图片让大家直观的看下2种材料打印模型的不同
全方位解析对比3D打印SLA工艺和SLS工艺及其材料的特性 (2).png
SLA光敏树脂材料打印案例

全方位解析对比3D打印SLA工艺和SLS工艺及其材料的特性 (3).png
SLS尼龙材料打印案例

全方位解析对比3D打印SLA工艺和SLS工艺及其材料的特性的介绍就到这里了,希望大家通过上面的内容可以对2种常用的3d打印技术工艺及材料有一个清晰的了解,后面也可以根据自己的需要选择工艺和材料。

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