深入分析珠宝3d打印机,普及珠宝3d打印机的基础认知

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    珠宝加工、首饰加工行业,珠宝起版师如何选购和使用3d打印机,需要先认识3d打印机的3中工艺,他们分别是FDMDLPSLA。先让我们简单介绍一下这三种工艺,对您后续对珠宝3d打印机的选型有一个很直接的理解。

1、FDM:(Fused Deposition Modeling) 的缩写,即熔积成型法,是一种将各种丝材(如工程塑料ABS、聚碳酸酯PC 等)加热熔化进而堆积成型方法。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。有点像通过挤出头像挤牙膏一样挤出来,一层一层堆积上去,最后成形。大家如果见过春蚕吐丝,就清楚了,类似的也是如此。蚕体内含有绢丝蛋白质的绢丝液,蚕用嘴挤压吐出,一层一层环绕,这种液体凝固后就成了丝茧。

2、SLA(Stereo Lithography Apparatus)的缩写,立体光固化成型法。它的工作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,会快速固化(SLA与SLS所用的激光不同,SLA用的是紫外激光,而SLS用的是红外激光)。在成型开始时,可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。然后制作平台下降一定的距离(0.05-0.025mm之间),再让固化层浸入液态树脂中,如此反复。使用的树脂是光敏树脂,激光束照射后会形成固态。

SLA优点:

1)可用多种材料。其可用材料包括高分子、金属、陶瓷、石膏、尼龙等多种粉末材料。特别是金属粉末材料,是目前

2)制造工艺简单。由于可用材料比较多,该工艺按材料的不同可以直接生产复杂形状的原型、型腔模三维构建或部件及工具。

3)高精度。一般能够达到工件整体范围内(0.05-2.5)mm的公差。

4)无需支撑结构。叠层过程出现的悬空层可直接由未烧结的粉末来支撑。

5)材料利用率高。由于不需要支撑,无需添加底座,为常见几种打印机中材料利用率最高的,且价格相对便宜。 

SLA缺点:

1) 需要设计支撑结构。支撑结构需要未完全固化时去除,容易破坏成型件。

2) 设备造价高昂,而且使用和维护成本都不低。SLA系统需要对液体进行操作的精密设备,对工作环境要求苛刻。

3) 光敏树脂有轻微毒性,对环境有污染,对部分人体皮肤有过敏反应。

4) 树脂材料价格贵,但成型后强度、刚度、耐热性都有限,不利于长时间保存。

5) 由于材料是树脂,温度过高会熔化,工作温度不能超过100℃。且固化后较脆,易断裂,可加工性不好。成型件易吸湿膨胀,抗腐蚀能力不强。

 

3、DLP:(Digital Lighting Processing)全称叫数字化光照加工技术或者叫“数字光投影”技术。使用的耗材和SLA一样,都是光固化树脂。和SLA有什么区别其实在机械结构方面,DLP与SLA最大的不同在于,DLP用的是投影仪的数字光源(没用用过投影仪?买一个试试,哈哈),SLA用的是激光头。正因为如此,DLP一扫就是一片,SLA成形只能靠一个激光点。一些DLP机器还可以打多种材料,例如DLP200台面可以打印多种材料,树脂ABS亚克力。目前珠宝首饰加工厂中,使用改类型打印机的较多,但是价格较贵,精度高的dlp需要十多万。

 

4、三中打印机的比较:
1)、打印尺寸:
FDM的机器,在架构上灵活多样,有XYZ框架结构的,有三角州结构的,有机械手臂的,因此成形尺寸可以做得很小,也可以做得很大,大家看看这个机器,是不是很大啊?

但是问题也来了,大尺寸的FDM机器,往往会存在稳定性不好,打印速度慢的问题。所以,没有相当强的技术实力的人或公司,是造不好大型FDM机的。
而SLA和DLP在成形原理上的限制,暂时就无法做出大型的机器,当然,未来会有更好的,另当别论。SLA理论上和FDM一样可以做的无限大的尺寸,只不过速度会慢,SLA也是通过光轴移动来打印的。而DLP呢?如果做大的话,会牺牲精度,而SLA和FDM不会,总之,在实际中,成形尺寸上:FDM > SLA ≈ DLP

2)、成形精度:

3D打印机有XYZ三个轴来控制精度,Z轴是步进电机精度,就是咱们说的层厚 ,这个精度FDM、DLP、SLA没什么区别,因为买的都是市面上的步进电机,理论上最小可以到0.01MM。差别主要是在X、Y轴精度上。现目前,理论情况下DLP光斑精度最小只有0.1MM,SLA是0.2MM,FDM0.3MM。那么,是不是三者的关系是:DLP > SLA > FDM呢?其实在实现中,还是有一定的差别。当然,FDM是精度是最低的。由于FDM是一层层通过挤出头挤出耗材的,所以对机械结构要求比较高,在精度上,目前还不是特别的好。台阶效应比较明显(就是一层一层的那个东西)。FDM主要是看喷头,喷头直径越小精度越高,但是喷头小了,也容易造成耗材堵塞,所以喷头不是越小越好。

不同厂家FDM机器的台阶效应对比。而SLA和DLP机器呢,由于是光照成形,所以精度要高得多,下面图这是著名的美国FORM1的SLA机器打印效果,看看DLP的效果:

 

下面这是雪豹DLP机器的效果,这个就几乎看不到台阶效应了。

珠宝首饰品加工厂

这是个乔克兄弟DLP机器的效果,相当精美了。刚才说了,在理论上,DLP > SLA。但在实际中,SLA > DLP。那么为什么DLP精度没有SLA高呢,是因为DLP出来的光是扇形光,是有散射的,SLA是激光是近似一条直线,所以在精度上会优于DLP。

总之,在精度上:SLA > DLP > FDM

 

3)、再来看打印速度:
目前桌面级的FDM机器,打印速度最高的,还得算荷兰的Ultimaker 2系列,官方数据是:可以调整至30 至 300 mm/s,而以FORM1 为代表的SLA机器,我没找到具体参数,但我们测试过一台,比普通的FDM机器慢得多。原因是什么?因为它是靠激光点成形。DLP机器,相对来说就快得多,一扫就是一大片。我们测试过一台雪豹的机器,比FORM1快大概20倍。

总之,在打印速度上:DLP >= FDM > SLA。

 

4)、机器价格:
普遍的,FDM比SLA、DLP便宜,大多在2000千至2万,当然,进口的FDM机器也很贵,像Ultimaker,Makerbot大多在2万以上。而SLA、DLP,因为精度高,可以广泛用于工业用途,特别是珠宝商。比FDM机器贵得多。比如FORM1,在3万左右,雪豹的DLP机器,官方报价是9800。乔克兄弟的DLP机器,算是准工业级了,官方报价是8万6,市面上其他厂商的DLP机器普遍是4万以上。

总之,在价格上,桌面级的。DLP > SLA> FDM

 

4)、耗材价格:
FDM机器现在比较普及,耗材相对便宜,一公斤ABS耗材在50至200元之间(取决于品质)

SLA和DLP的耗材比较贵,大概在一公斤光固化树脂在400元至3000元之间(进品的很比较贵)

总之,在耗材价格上。SLA ≈ DLP > FDM

 

5)、打印时间:

SLA单个打印需要6小时,DLP需要2.5小时左右。特别是多排打印的话,那么DLP的打印时间远远比SLA少。

综上所述,工业机的3D打印机:

成形尺寸:FDM > SLA ≈ DLP

打印时间:FDM>DLP>SLA 

成形精度:SLA ≈ DLP > FDM

机器价格: DLP >SLA> FDM

耗材价格:SLA ≈ DLP > FDM
 

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