3D列印技術中的雷射燒結法,可以多種工程塑料及金屬製得零件,是製造航空及醫療零件的首選,但機器構造複雜且體積龐大、設備及材料昂貴等是其缺點。

3D列印技術中的雷射燒結法與光固化成形法(Stereolithography)在構造上類似,主要差別在於雷射燒結法的雷射是對光致聚合物(photopolymer)製成的緻密粉末實施曝光,而光固化成形法是對液態光致聚合物曝光。

雷射燒結示意圖  

 

雷射燒結法主要構件包括密閉室(Sealed chamber)、製造區粉末床(A)、反向旋轉滾筒(B)、建造圓筒(C)、製造區活塞(D)、粉末輸送系統(E)X-Y軸掃瞄系統(F)等。密閉室內充填氮氣,以防止處理大量粉末時可能引起的爆炸,另外室內溫度亦維持在剛好低於粉末熔點的溫度,使得來自雷射的熱能只要稍微提高溫度即可使粉末燒結,以加快製造速度。

 

在製造時,粉末輸送活塞(Powder delivery piston)上升一層厚度的距離(視設定的物件切片厚度而定),反向旋轉滾筒(B)將該層粉末均勻散佈至製造區粉末床(A)X-Y軸掃瞄系統(F) 引導雷射將物件橫剖面區域內的粉末燒結,製造區活塞(D)向下移動一層厚度的距離,重覆以上的步驟,即可列印出3D物件。

 

物件完全成形後,製造區活塞(D)上升舉起物件,刷除多餘的粉末,即可準備進行表面加工,但在物件完全冷卻而可自機台移出前可能需要一段時間,例如,具有薄壁的大型零件可能需要多至2天的冷卻時間。

 

雷射燒結法的最大優點是其列印出的成品材料性質與傳統方法製得者極為接近,另外,可以使用的熱塑性材料種類多樣(例如尼龍、玻璃填充的尼龍、聚苯乙烯等),但是與光固化成形法相比,其機械構造較複雜,且成品表面特性及準確度較差。

 

因為雷射燒結法製得的物件具有孔洞,通常需要以其他材料填實這些物件(尤其是金屬)的孔洞,以改善機械性質。近年來,多家業者已對該方法進行修飾,而可免除填實的步驟,例如,選擇性雷射熔融法(Selective Laser Melting)使用相同的流程但以較高能量的雷射替代,而可製得完全緻密的物件;電子束熔融法(Electron Beam Melting)以掃瞄電子束替代雷射,亦可製得完全緻密的物件。

 

(取材自additive3d.com

 

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