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常见3D打印技术SLS和SLA原理及优缺点分析

来源:e键打印  发布时间:2018-05-11 17:39:14

这是e键打印出品的『3D打印100问』的第10问,e键打印,30秒搞定3D打印任务的网站。今天想要跟大家分享的是常见的3D打印技术SLS和SLA的一些原理及优缺点,本期会从多个维度,比如说材料、成型的原理、设备价格及使用的场景等等来跟大家做一个分享。


首先跟大家分享的是SLS,在行业内SLS叫做粉末烧结,抓住两个关键词,粉末和烧结,就是SLS的特性,SLS打印技术采用铺粉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层上扫描,使粉末的温度升到熔化点,进行烧结并与下面已成型的部分实现粘结。一层完成后,工作台下降一层厚度,铺料辊在上面铺上一层均匀密实粉末,进行新一层截面的烧结,直至完成整个模型。


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SLS加工过程就是上面描述的这么一个过程,那SLS技术的一些优点有哪些?


第一、SLS可使用的材料比较多,可使用的材料包括高分子、金属、陶瓷、石膏、尼龙等多种粉末,但是由于市场的细化,现在金属材料会把它叫做SLM,同时由于市场上现在SLS用的材料应该占到90%的是尼龙材料,所以我们通常会默认为SLS是打印尼龙材料。


第二、精度,现在精度正常是做到正负0.2mm的公差。


第三、无需支撑,它无需支撑结构,叠层过程出现的悬空层可直接由未烧结的粉末来支撑,这应该是SLS最大的一个优点。


第三、材料的利用率高,材料利用率高。由于不需要支撑,无需添加底座,为常见几种3D打印技术中材料利用率最高的,且价格相对便宜,但比SLA要贵一些。


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SLS-尼龙材料


那么SLS技术的缺点有哪些呢?主要有以下几种:


第一、由于原材料是粉状的,原型制造是由材料粉层经过加热熔化实现逐层粘结的,因此,原型表面严格讲是粉粒状的,因而表面质量不高。如果您对表面质量要求很高的话,您可以选择SLA或者说做SLS表面的一个喷涂的处理。


第二、烧结过程有异味。 SLS工艺中粉层需要激光使其加热达到熔化状态,高分子材料或者粉粒在激光烧结时会挥发异味气体。


第三、我认为这个是SLS比较比较明显的一个缺点,就是加工的时间会比较长,如果同一个零件,打印SLS和SLA的话,明显SLS的交货时间会比较长,并不是说设备厂商不给力,其实是由于SLS成型原理决定的。刚才有跟大家讲到SLS是烧结成型,加工前,要有2小时的预热时间;零件模型打印完后,要花5至10小时时间冷却,才能从粉末缸中取出。当然这个具体需要几个小时,要基于当时机器同时在打印多少模型来决定的,通常是5到10个小时,所以这个时间会比较久一点。


第四、由于使用了大功率激光器,除了本身的设备成本,还需要很多辅助保护工艺,整体技术难度大,制造和维护成本非常高,普通用户无法承受,目前在市面上用的比较多的,一个是德国的EOS设备,另外一个就是国产的华曙高科,这两种设备用的会比较多一些。


那接下来跟大家分享一下SLA成型技术,SLA的打印的速度会明显比SLS快很多,同时它在开机前和完成之后不需要冷却的时间,所以他的交货时间相对会快一些。


SLA,光敏树脂选择性固化技术。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,工作台下降一层截面层厚的高度,再固化另一层截面。这样层层叠加构成建构三维实体。


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实际上SLS的加工的原理和SLA的相关原理都是工作台一层一层往下降的过程,只是说SLS铺的是粉,SLA铺的是液态的树脂,它们在这个方面是有些类似之处的,那么SLA优点是什么呢?


第一、发展时间最长,工艺最成熟,应用最广泛。在全世界安装的快速成型机中,光固化成型系统约占60%,近70%。


第二、成型速度较快,系统工作稳定。


第三、它的精度相对来讲比SLS更高一些,基本上可以做到微米级别,比如说最高可以做到0.05mm,当然模型越大,那么精度可能会受一些影响。


第四、表面的质量会比较好,而且比较光滑,适合做一些精细的零件。


第五、可以打印大尺寸模型,目前市面上SLA的设备可以做到接近两米,如果您的模型大小是在两米以内可以直接成型出来了,但是目前还没有听说SLS可以整体打印出这么大的尺寸。


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SLA-光敏树脂材料


那么SLA的缺点是什么呢?


第一、SLA最大的缺点就是模型是需要支撑结构的,那么比如说您的模型选择的是SLA这种材料,那么我们的工程师会帮它做支撑结构,而且这个支撑是需要在模型没有固话的时候去除,这是它跟SLS相比比较比较明显的一个缺点。


第二、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。但是在e键打印上其实有耐250度高温和高韧性树脂,如果说您选择耐高温和高韧性树脂的话,这两个问题应该就不太存在了。


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SLA-高韧性光敏树脂材料


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SLA-耐高温光敏树脂


以上就是最常见的3D打印技术SLS和SLA的原理及优缺点分析,希望对您了解3D打印有所帮助。

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