增材製造基本原理:融合了計算機輔助設計、材料加工與成型技術、以數字模型檔案為基礎,透過軟體與數控系統將專用的金屬材料、非金屬材料以及醫用生物材料,按照擠壓、燒結、熔融、光固化、噴射等方式逐層堆積,製造出實體物品的製造技術。相對於傳統的、對原材料去除-切削、組裝的加工模式不同,是一種“自下而上”透過材料累加的製造方法,從無到有。這使得過去受到傳統制造方式的約束,而無法實現的複雜結構件製造變為可能。
基本步驟
1.CAD設計
製作資料模型是整個增材製造過程的第一步。獲得資料模型的方法有兩種:最常見的方法就是透過CAD進行計算機輔助設計,而適用於增材製造的既免費又專業的CAD程式有很多;另一種就是透過三維掃描進行逆向設計來獲得三維模型。
在進行增材製造設計時必須評估設計要素,根據不同的增材製造工藝,這些設計要素包含模型幾何特徵的極限值、是否需要支撐以及打孔等。
2.STL格式轉換和檔案處理
與傳統制造手段不同的是,增材製造的一個關鍵步驟是將CAD模型轉化為STL格式檔案。STL檔案採用三角形(多邊形)來呈現物體表面結構,本文將給出CAD模型轉化為STL檔案的方法,用於約束物理尺寸、水密性(曲面閉合)以及多邊形數量。
STL檔案建立完成後將匯入切片程式轉化為G程式碼。G程式碼是一種數控程式語言,在計算機輔助製造(CAM)中用於自動化機床控制(包括CNC機床和3D印表機)。切片程式還可以允許設計師設定建造引數,如支撐、層厚以及建造方向。
3.列印
3D印表機通常包含很多小而複雜的零件,因此正確的保養和校準是保證列印精度的關鍵。在這一步中列印材料會被放入印表機中,用於增材製造未加工的材料往往保質期有限因此需要小心處理。雖然有些列印工藝允許材料回收使用,但如果不定期更換而反覆使用會導致材料效能降低。
很多列印裝置在開始列印之後無需值守,裝置會按照自動程式執行,除非材料用完或者軟體故障才會出問題。
從印表機中取出還未進行後處理的零件
4.列印件取出
對於一些增材製造技術,取出列印件就像將列印件與構建平臺分離開一樣簡單;而對於一些工業機來說,當列印件沉浸在列印材料中或者與構建平臺長在一起時,列印件的取出需要較高的技術性。這些製作工藝需要複雜的移除的步驟,往往需要高度熟練的操作人員在確定裝置安全和環境可控的條件下進行操作。
去除支撐
5.後處理過程
後處理過程根據列印工藝而有所不同,SLA工藝在處理前需要紫外後固化,金屬零件需要在退火爐中進行去應力退火,FDM零件可以直接移除。對於需要支撐的技術,在後處理過程中也需要去除。許多3D列印材料可以用砂紙打磨,或者其他技術如噴砂、高壓氣體清潔、拋光以及噴漆來滿足最終使用效果。
增材製造基本原理:融合了計算機輔助設計、材料加工與成型技術、以數字模型檔案為基礎,透過軟體與數控系統將專用的金屬材料、非金屬材料以及醫用生物材料,按照擠壓、燒結、熔融、光固化、噴射等方式逐層堆積,製造出實體物品的製造技術。相對於傳統的、對原材料去除-切削、組裝的加工模式不同,是一種“自下而上”透過材料累加的製造方法,從無到有。這使得過去受到傳統制造方式的約束,而無法實現的複雜結構件製造變為可能。
基本步驟
1.CAD設計
製作資料模型是整個增材製造過程的第一步。獲得資料模型的方法有兩種:最常見的方法就是透過CAD進行計算機輔助設計,而適用於增材製造的既免費又專業的CAD程式有很多;另一種就是透過三維掃描進行逆向設計來獲得三維模型。
在進行增材製造設計時必須評估設計要素,根據不同的增材製造工藝,這些設計要素包含模型幾何特徵的極限值、是否需要支撐以及打孔等。
2.STL格式轉換和檔案處理
與傳統制造手段不同的是,增材製造的一個關鍵步驟是將CAD模型轉化為STL格式檔案。STL檔案採用三角形(多邊形)來呈現物體表面結構,本文將給出CAD模型轉化為STL檔案的方法,用於約束物理尺寸、水密性(曲面閉合)以及多邊形數量。
STL檔案建立完成後將匯入切片程式轉化為G程式碼。G程式碼是一種數控程式語言,在計算機輔助製造(CAM)中用於自動化機床控制(包括CNC機床和3D印表機)。切片程式還可以允許設計師設定建造引數,如支撐、層厚以及建造方向。
3.列印
3D印表機通常包含很多小而複雜的零件,因此正確的保養和校準是保證列印精度的關鍵。在這一步中列印材料會被放入印表機中,用於增材製造未加工的材料往往保質期有限因此需要小心處理。雖然有些列印工藝允許材料回收使用,但如果不定期更換而反覆使用會導致材料效能降低。
很多列印裝置在開始列印之後無需值守,裝置會按照自動程式執行,除非材料用完或者軟體故障才會出問題。
從印表機中取出還未進行後處理的零件
4.列印件取出
對於一些增材製造技術,取出列印件就像將列印件與構建平臺分離開一樣簡單;而對於一些工業機來說,當列印件沉浸在列印材料中或者與構建平臺長在一起時,列印件的取出需要較高的技術性。這些製作工藝需要複雜的移除的步驟,往往需要高度熟練的操作人員在確定裝置安全和環境可控的條件下進行操作。
去除支撐
5.後處理過程
後處理過程根據列印工藝而有所不同,SLA工藝在處理前需要紫外後固化,金屬零件需要在退火爐中進行去應力退火,FDM零件可以直接移除。對於需要支撐的技術,在後處理過程中也需要去除。許多3D列印材料可以用砂紙打磨,或者其他技術如噴砂、高壓氣體清潔、拋光以及噴漆來滿足最終使用效果。