3D打印機的種類及特點

3d打印機的類型

在上一篇文章中,我們對 3D 打印機的世界做了一種介紹。 現在是時候更深入地研究這項技術了,更多地了解這些團隊隱藏的秘密,以及 現有的 3D 打印機類型. 選擇正確的東西時至關重要的事情,因為它們都有其優點和缺點,所以總會有一個更符合您的需求。

根據打印技術劃分的 3D 打印機類型

3D打印機的種類非常多,而且 可以根據各種標准進行分類. 以下是一些最重要的:

主要家庭

3d打印機

正如傳統打印機也有幾個家族一樣,3D打印機主要可以分為 3組:

  • 廷塔:它不是普通的墨水,而是纖維素或石膏等粉末化合物。 打印機將從這團灰塵中構建模型。
優點 缺點
大批量生產的廉價方法。 需要進行硬化處理的非常脆弱的部件。
  • 激光/LED(光學): 是用於 3D 樹脂打印機的技術。 它們基本上在儲液器中包含液體,並經受激光照射以固化樹脂和紫外線固化以硬化。 這使得 樹脂(丙烯酸基光敏聚合物) 被轉換成具有所需形狀的實心件。
優點 缺點
您可以打印非常複雜的形狀。 它們是昂貴的。
非常高的印刷精度。 更多用於工業或專業用途。
出色的表面光潔度,幾乎不需要後處理。 它們會產生有毒蒸氣,因此不太適合家庭使用。
  • 注射: 是那些主要使用 細絲(通常是熱塑性的) 如PLA、ABS、圖瓦盧、尼龍等。 這個系列背後的想法是通過沉積這些材料的熔融層來創建形狀(它們可以非常多樣化)。 結果是一個堅固的部件,雖然比激光慢且精度較低。
優點 缺點
負擔得起的模型。 他們很慢。
推薦給業餘愛好者、家庭使用和教育。 它們分層形成模型,並且根據燈絲的厚度,飾面的質量可能較差。
多種材料可供選擇。 一些部件依賴於必須打印的支撐來固定部件。
穩健的結果。 他們需要更多的後期處理。
有許多品牌和型號可供選擇。
一些特定的 3D 打印機,例如混凝土或生物打印,可能基於這些系列之一,但進行了一些修改。

一旦知道了這些系列,在接下來的部分中,我們將詳細了解它們中的每一個以及可能存在的技術。

樹脂和/或光學 3D 打印機

樹脂和光學 3D 打印機 它們是最複雜的之一,並且在飾面方面效果最好,但它們通常也更昂貴。 此外,在某些情況下,他們還需要額外的機器,例如清洗和固化,因為這些功能沒有集成到打印機本身中(或者在 MSLA 中清洗部件很麻煩的情況下)。

  • 洗淨:打印3D零件後,需要進行清洗工序。 但是,您可以將完成的零件從構建平台上取下並使用洗衣機,而不是刷洗和噴灑清潔零件。 這些將充當自動洗車機,螺旋槳在內部以磁性方式旋轉並在密封艙內攪動清潔液(裝滿異丙醇-IPA-的罐)。
  • 復原:清潔後,還需要固化工件,即暴露在紫外線下,從而改變聚合物的性能並使其硬化。 為此,固化站將部件從浸沒的清洗液中取出,在轉動部件的同時將其乾燥以到達所有側面。 完成此操作後,UV LED 條將開始固化該部件,就像它是一個烤箱一樣。

SLA(立體光刻)

立體光刻技術 這是一種相當古老的方法,已針對 3D 打印機進行了改進。 使用了一種感光液體樹脂,它會在激光束撞擊的地方硬化。 這就是在完成成品之前創建層的方式。

優點 缺點
光滑的表面光潔度。 成本高。
能夠打印複雜的圖案。 不太環保。
最適合小零件。 印刷後需要固化處理。
快速地 您不能打印大零件。
多種材料可供選擇。 這些打印機不是最耐用和最堅固的。
緊湊且易於運輸。

SLS(選擇性激光燒結)

這是另一個過程 選擇性激光燒結 類似於 DLP 和 SLA,但將使用粉末代替液體。 激光束將逐層熔化並粘附灰塵顆粒,直到形成最終模型。 這種方法的優點是您可以使用許多不同的材料(尼龍、金屬……)來製造使用模具或擠壓等傳統方法難以製造的零件。

優點 缺點
批量打印可以輕鬆完成。  材料數量有限。
印刷價格相對實惠。 它不允許回收材料。
不需要支撐。 潛在的健康風險。
非常詳細的作品。 碎片很脆。
適合實驗使用。 後期處理很棘手。
您可以打印更大的零件。

DLP(數字光處理)

這項技術 數字光處理 是另一種類似於 SLA 的 3D 打印,也使用光硬化的液體光敏聚合物。 但是,不同之處在於光源,在這種情況下是數字投影屏幕,專注於樹脂需要硬化的點,與 SLA 相比加快了打印過程。

優點 缺點
打印速度快。 不安全的消耗品。
精度很高。 耗材成本高。
它可以適用於各種應用領域。
低成本的3D打印機。

MSLA(屏蔽SLA)

它基於 SLA 技術,並具有許多相同的特性,但它是一種 掩蔽 SLA 技術。 也就是說,它使用 LED 陣列作為紫外光源。 換句話說,它有一個 LCD 屏幕,通過該屏幕發出的光與層的形狀相匹配,一次曝光所有樹脂並實現更高的打印速度。 也就是說,屏幕正在投影切片或切片。

優點 缺點
光滑的表面光潔度。 成本高。
能夠打印複雜的圖案。 不太環保。
打印速度。 印刷後需要固化處理。
多種材料可供選擇。 您不能打印大零件。
緊湊且易於運輸。 這些打印機不是最耐用和最堅固的。

DMLS(直接金屬激光燒結)或 DMLS(PolyJet 直接金屬激光燒結)

在這種情況下,它以類似於 SLS 的方式生成物體,但不同之處在於粉末不會熔化,而是被激光加熱到 可以在分子水平上融合. 由於應力,這些部件通常有點脆,儘管它們可以進行後續的熱處理以使其更具抵抗力。 該技術在工業中廣泛用於製造金屬或合金零件。

優點 缺點
在工業上非常有用。 面孔。
它們可用於打印金屬零件。 它們通常很大。
不需要支撐。 零件可能很脆。
非常詳細的作品。 它需要一個包括退火的後處理來融合金屬或其他類型的材料。
您可以打印許多不同尺寸的作品。

擠出或沉積(注射)

當我們談論使用的打印機系列時 沉積技術 使用材料擠出機,可以區分以下技術:

FDM(熔融沈積建模)

這些建模技術 沉積熔融材料 逐層組合對象。 當燈絲被加熱並熔化時,它會通過擠出機,並且打印頭在打印模型文件指示的 XY 坐標中移動。 對於另一個維度,對連續層使用 Z 偏移。

優點 缺點
關閉。 它們是工業的大機器。
多種材料可供選擇。 它們並不便宜。
優質的飾面。 他們需要更多的維護。

FFF(熔絲製造)

FDM和FFF的區別? 雖然有時用作同義詞,但 FDM 是一個術語,指的是 Stratasys 在 1989 年開發的一種技術。相比之下,FFF 術語有相似之處,但由 RepRap 的創建者在 2005 年創造。

隨著3D打印機的普及和 FDM專利於2009年到期,為具有非常相似的稱為 FFF 的技術的新型低成本打印機鋪平了道路:

  • FDM:用於工程的大型封閉式機器並具有高質量的結果。
  • FFF:開放式打印機,更便宜,並且對於需要具有非常特定屬性的零件的應用程序的結果更差且更不一致。
優點 缺點
它們很便宜。 零件表面粗糙。
燈絲可以重複使用。 翹曲(變形)很常見。 也就是說,由於層之間的溫差,您正在打印的對象的一部分向上彎曲。
它們很簡單。 噴嘴容易堵塞。
有多種材料可供選擇。 他們需要很長時間才能打印。
它們結構緊湊,易於運輸。 由於層之間缺乏粘附而導致的層移位問題。
您可以找到它們都已完成,也可以在組裝套件中找到它們。 弱點
床或支架需要經常校準。

其他類型的高級 3D 打印機

除了上述類型的 3D 打印機或打印技術之外,還有其他一些可能不適合家庭使用,但 對工業或研究感興趣:

MJF(多射流融合)或 MJ(材料噴射)

您可以找到的另一種 3D 打印技術是 MJF 或簡稱 MJ。 顧名思義,它是一個 使用材料注入的工藝. 採用這種打印方法的 3D 打印機類型主要用於珠寶行業,通過注入數百個微小的光敏聚合物液滴,然後通過 UV(紫外線)光固化(固化)過程來實現高質量。.

優點 缺點
打印速度快。 它目前沒有市售的陶瓷材料。
適合商務使用。 技術不太普及。
印刷及後處理過程自動化程度高。

SLM(選擇性激光熔化)

它是一項先進的技術,具有非常高功率的激光源,這種類型的 3D 打印機價格相當高,因此它是為專業用途而設計的。 在某種程度上,它們類似於 SLS 光學技術,通過激光進行選擇性融合。 非常用在 選擇性熔化金屬粉末 並逐層生成非常健壯的片段,因此您可以避免某些後續處理。

優點 缺點
您可以打印形狀複雜的金屬零件。 材料數量有限。
結果是一個精確而堅固的零件。 它們又貴又大。
不需要支撐。 它的能耗很高。
適合工業用途。

EBM(電子束熔化)

的技術 電子束聚變 它是一種與 SLM 非常相似的增材製造工藝,深深植根於航空航天工業。 它還能夠生成非常密集且堅固的模型,但不同之處在於,它不是使用激光,而是使用電子束來熔化金屬粉末。 這種工業用技術可以在 1000ºC 的溫度下熔化。

優點 缺點
您可以打印形狀複雜的金屬零件。 材料數量非常有限,因為它目前只能用於某些金屬,例如鈷鉻合金或鈦合金。
結果是一個精確而堅固的零件。 它們又貴又大。
不需要支撐。 它的能耗很高。
適合工業用途。 他們需要合格的人員和保護措施才能使用。

BJ(粘合劑噴射)

它是另一種現有類型的 3D 打印機,採用工業級技術。 在這種情況下,它 使用粉末作為基礎 用於製造零件,用粘合劑形成層。 也就是說,它使用材料的粉末和一種粘合劑,這種粘合劑稍後將被去除,因此只剩下基礎材料。 這些類型的打印機可以使用石膏、水泥、金屬顆粒、沙子甚至聚合物等材料。

優點 缺點
製造零件的材料種類繁多。 它們的尺寸可能很大。
您可以打印大型對象。 它們是昂貴的。
不需要支撐。 不適合家用。
適合工業用途。 可能需要使模型適應每種情況。

混凝土或 3DCP

它是一種越來越受到人們關注的印刷方式 用於建築業. 3DCP代表3D Concrete Printing,即水泥的3D打印。 一種計算機輔助過程,通過擠壓創建水泥結構以形成層,從而建造牆壁、房屋等。

優點 缺點
他們可以快速構建結構。 它們的尺寸可能很大。
他們對建築行業非常感興趣。 它們既昂貴又復雜。
它們可以允許建造更便宜、更可持續的住房。 每個案例都需要專門調整 3D 打印機。
對其他星球的殖民化的重要發展。

LOM(層壓物體製造)

LOM 包含一些類型的 3D 打印機,用於 軋製製造. 為此,使用織物、紙片、片材或金屬板、塑料等,一層一層地沉積各層並使用粘合劑將它們連接起來,此外還使用工業切割技術來生成形狀,例如可以激光切割。

優點 缺點
他們可以建造堅固的結構。 它們不是緊湊型 3D 打印機。
可以在非常多樣化的原材料之間進行選擇。 它們既昂貴又復雜。
它們可能在航空領域或某些複合材料的競爭領域有應用。 他們需要合格的人員。

DOD(按需投放)

另一種技術 按需下降 使用兩個“墨水”噴射器,一個為物體沉積建築材料,另一個為支撐物沉積可溶解材料。 通過這種方式,它一層一層地構建,使用額外的工具來形成模型,例如拋光正在施工區域的飛刀。 通過這種方式,它可以實現完美的平面,這就是為什麼它被廣泛用於需要更高精度的行業,例如製造模具。

優點 缺點
非常適合工業用途。 它們的尺寸可能很大。
飾面精度高。 它們既昂貴又復雜。
他們可以打印大型物體。 他們需要合格的人員。
不需要支撐。 材料有限。

MME(金屬材料擠壓)

這種方法與 FFF 或 FDM 非常相似,即它由聚合物的擠出組成。 不同的是,這 聚合物具有高金屬粉末負載. 因此,在創建形狀時,可以進行後處理(剝離和燒結)以創建堅固的金屬零件。

UAM(超聲波增材製造)

這種另一種方法使用一層一層的金屬板,並通過 超音波 混合曲面並創建實體零件。

生物打印

最後,在 3D 打印機的類型中,不能缺少最先進和最有趣的醫療用途之一,以及行業中的其他應用。 是關於 生物打印技術,這可以基於以前的一些技術,但具有特殊性。 例如,在某些情況下,它們是基於層沉積、生物墨水噴射(bioink)、激光輔助生物打印、壓力、微擠壓、SLA、直接細胞擠壓、磁技術等。 一切都取決於您想要給予它的用途,因為每一種都有其潛在的優勢和局限性。

3D生物打印有 三個基本階段 這是:

  1. 預生物打印:是創建模型的過程,例如使用 3D 打印軟件進行 3D 建模。 但是,在這種情況下,需要更複雜的步驟來獲得所述模型,包括活檢、計算機斷層掃描、磁共振成像等測試。 通過這種方式,您可以獲得將要發送打印的模型。
  2. 生物打印:當使用不同的必要材料時,例如帶有細胞、基質、營養物質、生物墨水等的液體溶液,並將它們放入打印墨盒中,以便打印機開始創建組織、器官或物體。
  3. 後生物打印:是打印之前的過程,和3D打印一樣,也有各種之前的過程。 它們可以產生穩定的結構、組織成熟、脈管系統等。 在許多情況下,為此需要生物反應器。
優點 缺點
印刷生活織物的可能性。 複雜。
它可以解決移植器官短缺的問題。 這些先進設備的成本。
消除對動物試驗的需要。 除了後處理之外,還需要進行預處理。
速度和精度。 仍處於實驗階段。

3D打印機的材料類型

PLA 3d打印機捲軸

對 3D 打印機進行編目的另一種方法是 他們可以打印的材料類型,雖然一些家用和工業3D打印機接受多種材料進行打印(只要它們具有相似的特性,例如熔點,……),就像傳統打印機可以使用不同類型的紙張一樣。

金屬3D打印機

印刷金屬

所有金屬都不太適合不同類型的 3D 打印機。 事實上,使用上面看到的一些技術,只能處理少數幾個。 這 最常見的金屬粉末 用於增材製造的有:

  • 不銹鋼(各種類型)
  • 工具鋼(不同碳成分)
  • 鈦合金。
  • 鋁合金。
  • 鎳基高溫合金,例如 Inconel(一種奧氏體 Ni-Cr 合金)。
  • 鈷鉻合金。
  • 銅基合金。
  • 貴金屬(黃金、白銀、鉑金……)。
  • 外來金屬(鈀、鉭……)。

3D食品打印機

印花肉

資料來源:REUTERS/Amir Cohen

發現越來越普遍 3D打印機製作食物 使用增材製造方法。 在這種情況下,一些最常見的是:

  • 功能性成分(益生元、益生菌、礦物質、維生素、脂肪酸、植物化學物質和其他抗氧化劑)。
  • 纖維。
  • 脂肪
  • 不同類型的碳水化合物,例如麵粉和糖。
  • 蛋白質(動物或植物)形成肉狀質地。
  • 水凝膠,例如明膠和藻酸鹽。
  • 巧克力。

塑料 3D 打印機

3D塑料

當然,3D 打印,尤其是家用 3D 打印機使用最多的材料之一是 聚合物:

如此受歡迎和眾多,我們將專門為他們寫一篇文章。
  • 塑料如PLA、ABS、PET、PC等。
  • PEEK、PEKK、ULTEM等高性能聚合物
  • 紡織類合成聚酰胺,如尼龍或尼龍。
  • 水溶性如HIPS、PVA、BVOH等。
  • 像 TPE 或 TPU 一樣柔韌,就像矽膠手機殼一樣。
  • 聚合基樹脂。

此外,如果您打算使用 3D 打印機打印用於食品的物體,例如杯子、玻璃杯、盤子、餐具等,您應該知道 食品安全塑料:

  • PLA、PP、共聚酯、PET、PET-G、HIPS、尼龍6、ABS、ASA和PEI。 如果您將使用它們在洗碗機中清洗或承受更高的溫度,請丟棄尼龍、PLA 和 PET,因為它們在 60-70ºC 的溫度下容易變形。

生物材料

生物打印血管系統

資料來源:BloodBusiness.com

關於 3D生物打印,您還可以找到種類繁多的產品和材料:

  • 合成聚合物。
  • 聚-L-乳酸。
  • 生物分子,例如 DNA。
  • 懸浮細胞(特定細胞或乾細胞)的低粘度生物墨水。 含透明質酸、膠原蛋白等。
  • 用於假肢的金屬。
  • 蛋白質。
  • 複合材料。
  • 明膠瓊脂糖。
  • 感光材料。
  • 丙烯酸樹脂和環氧樹脂。
  • 聚對苯二甲酸丁二醇酯 (PBT)
  • 聚乙醇酸 (PGA)
  • 聚醚醚酮 (PEEK)
  • 聚氨酯
  • 聚乙烯醇 (PVA)
  • 聚乳酸-乙醇酸 (PLGA)
  • 殼聚醣
  • 其他糊劑、水凝膠和液體。

複合材料和混合材料

碳纖維、複合材料

還有其他的 雜化化合物 對於 3D 打印機,儘管它們往往更具異國情調且非常多樣化:

  • PLA 基(70% PLA + 30% 其他材料),如木材、竹子、羊毛、軟木絲等。
  • 複合材料(碳纖維、玻璃纖維、凱夫拉爾等)。
  • 氧化鋁(聚合物和鋁粉的混合物)。
  • 陶瓷。 一些例子是瓷器,兵馬俑等。
    • 金屬氧化物:氧化鋁、鋯石、石英等。
    • 非氧化物基:碳化矽、氮化鋁等。
    • 生物陶瓷:如羥基磷灰石(HA)、磷酸三鈣(TCP)等。
  • 水泥基化合物,例如不同類型的砂漿和混凝土。
  • 納米材料和智能材料。
  • 還有更多即將推出的創新材料。

根據用途

最後但同樣重要的是,還可以對各種類型的 3D 打印機進行分類 根據用途 將給予什麼:

工業 3D 打印機

工業3D打印機

工業3D打印機 它們是一種非常特殊的打印機。 它們通常擁有先進的技術,而且尺寸相當大,價格高達數千歐元。 它們專為工業使用而設計,可快速、精確地大批量生產。 可用於航空、電子與半導體、醫藥、汽車、建築、航天、賽車等領域。

很多 工業3d打印機價格 可以振盪 從 4000 歐元到 300.000 歐元 在某些情況下,取決於尺寸、品牌、型號、材料和功能。

大型 3D 打印機

3d打印機

雖然這種類型 大型3d打印機 可以包含在工業模型中,確實有一些模型是為工業之外使用而設計的,例如一些能夠為需要它的製造商打印大型零件的打印機,對於小公司等。 我指的是那些不像工業模型那麼大和貴的模型,比如 Anycubic Chiron、Snapmaker 3D、Tronxy X5SA、Tevo Tornado、Creality CR 10S、Dremer DigiLab 3D20 等。

便宜的 3D 打印機

便宜的3d打印機

許多安裝套件 家用3D打印機,或一些 開源項目Prusa、Lulzbot、Voron、SeeMeCNC、BigFDM、Creality Ender、Ultimaker等,以及其他銷售緊湊型3D打印機的品牌,也將3D打印帶入了很多家庭。 以前只有少數公司能負擔得起的,現在 價格與傳統打印機相似.

通常,這些打印機是 供私人使用,例如 DIY 愛好者或製作者,或者一些需要偶爾創建某些模型的自由職業者。 但它們並不是為創建大型模型而設計的,既不大規模也不快速。 而且,在大多數情況下,它們是用樹脂或塑料絲製成的。

3d 鉛筆

3d 鉛筆

最後,為了完成這篇文章,我不想讓自己落後 3D鉛筆. 它們本身不是 3D 打印機的類型之一,但它們確實有一個共同的目標,並且可以非常實用地為兒童等創建一些簡單的模型。

他們有 非常便宜的價格, 基本上 是微型筆形手持式 3D 打印機 用它來製作大量的圖紙。 它們通常使用PLA、ABS等塑料長絲,操作非常簡單。 它們基本上插入電源插座並像烙鐵或熱膠槍一樣加熱。 這就是他們如何熔化將流過尖端的塑料以創建圖紙。

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