推进剂代用料3D打印成型工艺条件研究(2)
形象地来说,快速成型系统就是一台“立体打印机”,把三文的几何模型最终制造成实体样件，也就是本文所说的3D打印机。基于“分层制造”思想，3D打印快速成形技术，目前已经出现了很多种工艺。
1.1.1 如今应用比较广泛的典型快速成型工艺有
① 光固化快速成形（SLA）；② 叠层实体制造（LOM）；③ 选择性激光烧结（SLS）；④ 熔融堆积成形（FDM）[2]。
①.光固化快速成形技术（SLA）
光固化快速成形技术所使用的成型原材料为液体光固化树脂或者丙稀酸树脂,用激光跟踪层状截面轨迹并且照射到液体树脂上来固化一层树脂,完成固化后升降台下降预设层高的距离,便又会有一层新的液体树脂没过固化层,随后再生成一层新的固化树脂,直到逐层叠加成一个完整的三文实体模型。
②.叠层实体制造技术（LOM）
此方法使用的原料为成筒的塑料纸、纸和薄金属等,其中一端固定在一个滚筒上,另一端的塑料纸、纸和薄金属等材料固定在另一个滚筒上, 令激光束沿着用CAD生成的产品的层状轮廓将塑料纸、纸和薄金属等材料切成事先设定好的形状并粘贴于之前制造好的叠层上。该技术制造的的原型样品精度可达到±0.1mm且不会收缩,叠层厚度可以减小为0.05～0.5mm。
③. 选择性激光烧结技术（SLS）
该快速成型技术是使用一个滚筒，使其顺时针转动,将原料粉末撒成一个薄层,粉末的预热温度稍稍低于其熔点,令激光束跟踪该层粉末表面上的截面形状,将该层粉末加热到烧结的温度,从而使被激光扫描过的该层粉末就会被凝结成为固体,而没有被激光扫描过的该层粉末将继续以粉末状态存在,并起到支撑下一层粉末的作用。该层粉末烧结完成后,滚筒继续上升一层,在已经完成烧结的层上重新洒上一层粉末,以供下一层的烧结,直到零件的成形完成[3]。
④. 熔融沉积制造法（FDM）
熔融沉积制造法所使用的原材料是丝状热塑性成形材料,该种材料丝通过经过加热到一定温度的加热器的挤压头，并被熔化成为液体,热挤压头在计算机控制下沿着零件每一层截面的轮廓准确运动,使被熔化的热塑性材料丝从喷嘴中挤出,并覆盖于已建造好的零件之上,在1 /10s以内迅速凝固,形成新的一层材料。随后,挤压头将沿Z轴向向上运动一段微小距离，并开始建造下一层的材料。这样由底到顶地逐层堆积成为一个实体模型或者零件。熔融沉积制造的方法特点是无需后续固化过程，材料损耗最少。
该方法建造的模型精度为±0.125mm,每层的厚度范围为0.025～1.25mm,模型壁厚为0.25～6.25mm,采用熔融沉积法建造的模型最大收缩率为1.2%[3-4]。
上述四种快速成型工艺为目前比较典型的成型工艺，有一些研究者认为，FDM熔融沉积制造法目前是应用前景最为广泛的一种快速成型工艺。并且许多研究者还通过实验寻找了各种不同成分和比例的热塑性原材料丝来实现3D打印成型技术的不同材质和品质。由于FDM快速成型系统和SLA，LOM，SLS等快速成型系统的最大区别在于只有FDM系统没有采用其他系统中都使用的激光系统，因而可以把模型制造成本降到最低[5]。
1.1.2 FDM熔融沉积制造法的性能研究
FDM系统主要包括送丝机构、运动机构、加热工作室、喷头和工作台共5个部分。工作时，先设定好确定的各层间距和路径宽度，使用计算机对该计算机3D模型进行切片进而生成喷头路径轨迹，然后在计算机的控制下，控制喷头按照设定好的路径移动出丝，使喷丝粘结在工作台上的已制作层面上，再将喷头或工作台沿Z轴向移动预设的层高，进行下一层的喷丝。如此反复，逐层喷丝制作，直到最后一层。FDM系统中喷头是最为关键也是最为复杂的一部分。原材料在喷头内部被加热至熔化，喷头底部有一个喷嘴可以使熔融的材料在一定的压力下被挤出喷头，沿零件的切片截面轮廓和预设的填充轨迹运动。运动时挤出的材料与前一层已经固化的材料粘结，并在空气中快速地固化。如此反复的进行喷丝制造即可得到实体零件。FDM的工艺过程决定了在制造悬臂件等模型悬空部分时需要添加一定的支撑,这点与LOM 、SLS 完全不同。目前的FDM 快速成型系统多数都采用双喷头，每个喷头独立加热，其中一个喷头用来喷模型材料、制造模型零件，另外一个喷头喷支撑材料用来做模型材料悬空部分的支撑。根据粘弹性理论和聚合物流变学理论[6]，两种材料的特性有明显不同，制作完成后除去支撑非常容易[5]。
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