創客集結號 3D列印技術的三大缺點及解決方法

2021-08-23 12:01:06 字數 1479 閱讀 3152

1材料的限制 

目前主流的3d列印技術可以實現聚合物塑料、某些金屬或者陶瓷列印,但目前無法實現列印的材料還非常多。材料的限制主要表現為兩個方面的限制,一方面,目前的3d列印技術可列印的材料種類有限,無法完全適應工業生產中所需的各種各樣的材料的列印。這使得3d列印技術只能應用於一些特定場合,普及推廣仍有很大的障礙。另一方面,針對特定的3d印表機,可列印的材料種類更是特定的幾種或幾類,這使得針對每種或每類材料,就需要設計專屬的3d印表機,通用性不如傳統的機械加工好。雖然目前在多材料列印上已經取得了一定的進展,但除非這些進展達到成熟並有效,否則材料依然會是3d列印的一大障礙。

解決方法:針對以上兩方面問題,可以以這樣的思路尋求解決方案。一、研發新材料,這也是國家目前大力發展的方向。通過研發新型的列印效能好、材料效能還能達到傳統材料要求材料,提高3d列印技術的通用性。二、提高3d印表機本身的通用性。可以從模組化設計角度出發,本體結構保持一致,對不同種類或型別的材料,只改變部分部件如噴頭,而且部件的拆裝效能要好,方便更換。 

2、列印效率低效率低可以從兩個角度進行分析。一、與傳統機械加工比較,機械加工是在毛坯的基礎上減材形成,通常毛坯和零件之間相差的材料較少,即需要去除的材料少,加工比較快;而3d列印技術必須將所有零件實體所需材料通過增材方式堆疊,材料體積大。所以從去除或堆疊得材料體積量來比較,增材的體積量通常比減材的體積量要大。二、從成型運動方面考慮,傳統的機械加工主運動多為旋轉運動,而3d列印技術為直線運動,旋轉運動更容易達到更大的速度,而且保持一定的穩定性,3d列印技術的掃瞄運動為直線運動,很難達到較大的速度。因此,3d列印技術不僅所需加工的體積量大,而且運動速度受限,所以綜合加工效率低。

解決方法:針對問題一,可以考慮在一定的規則毛坯材料上增材,減少需要列印的材料量,主要是用於大批量生產情況下,預先設計一系列實體輪廓中所包含的最小毛坯,在毛坯的基礎上列印。針對問題二,從機構學角度,可以設計可高速運動的機構 ,如併聯機構。另外也需要協調設計材料,增快其熔融速度或凝固速度。還可以從軟體及軌跡規劃角度著手,採用梯度設計思想,對於有強度等方面要求的,填充率選擇大一些,其他部分填充率小一些,而不是像目前整個實體都選擇同一填充率。

3、質量和精度低:

首先是質量問題,由於3d列印採用「分層製造,層層疊加」的增材製造工藝,層與層之間的結合再緊密,也無法和傳統模具整體澆鑄而成的零件相媲美,而零件材料的微觀組織和結構決定了零件的物理效能如強度、剛度、耐磨性、耐疲勞性、氣密性等大多不能滿足工程實際的使用要求。其次是精度問題,由於3d列印技術固有的成型原理及發展還不完善,其列印成型零件的精度包括尺寸精度、形狀精度和表面粗糙度都較差,不能作為功能性零件,只能做原型件使用,從而其應用將大打折扣。

解決方法:對於質量問題,可以考慮從列印路徑的角度出發,使列印紋理走勢與零件主要受力方向一致,增加其強度,防止在力的作用下,零件發生撕裂或破壞。對於精度問題,盡可能研究高解析度列印技術,將層解析度降低,但也要考慮與列印效率的匹配問題。另外可以增減材技術相結合,通過減材技術進行表面處理或其他後處理。

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