快速成型材料
快速成型第3章快速成型材料及设备
第3章快速成型材料及设备3．1 快速成型材料快速成型材料一直是快速成型技术研究与开发的重要任务之一，每一种快速成型制造工艺的推出和成熟都与材料研究与开发密切相关。
一种新的快速成型材料的出现往往会使快速成型工艺及设备结构、成型件品质和成型效益发生巨大的进步。
快速成型材料根据原型建造原理、技术和方法的不同分为薄层材料、液态材料、粉状材料、丝材等。
不同的成型制造方法对应的成型材料的性状是不同的，不同的成型制造方法对成型材料性能的要求也是不同的。
在快速成型技术推出初期，一般都是快速成型设备的制造商在从事所需求的材料的研究。
但随着快速成型技术的发展和推广，许多材料专业公司也加入到快速成型材料的研发中，成型材料正向高性能、系列化的方向发展。
快速成型材料一般根据成型工艺方法来分类，分为光固化成型材料、粉末烧结材料、熔融沉积丝材及叠层实体薄层材料等。
根据目前较为常用的快速成型用的材料来看，一般根据材料的性状分类比较清晰，分为液态材料、薄层材料、粉末材料、丝状材料等。
常见的快速成型材料分类见表3－1。
快速成型材料及其性能不仅影响着所制作原型的性能及精度，而且也影响着与成型工艺相关联的建造过程。
快速成型工艺对成型材料性能的总体要求有如下几个方面：1）适应逐层累加方式的快速成型建造模式。
2）在各种快速成型建造方式下，能快速实现层内建造及层间连接。
3）制作的原型具有一定的尺寸精度和尺寸稳定性。
4）确保原型具有一定的力学性能及性能稳定性。
5）无毒无污染。
3．1．1光固化快速成型材料用于光固化快速成型的材料为液态光固化树脂，或称液态光敏树脂。
随着光固化成型技术的不断发展，具有独特性能的光固化树脂（如收缩率小甚至无收缩，变形小，不用二次固化，强度高等）也不断地被开发出来。
1．光固化成型材料分类光固化材料是一种既古老又崭新的材料，与一般固化材料比较，光固化材料具有下列优点。
1）固化快。
可在几秒钟内固化，可应用于要求立刻固化的场合。
快速成型件-8150材质工艺介绍
Hei-Cast81501.概要Hei-Cast8150是具ABS材质，具有已往的浇模用聚氨树脂材料所没有的特性。
Hei-Cast8150是一种物理性能好，固化速度快，成品的尺寸精度高，具备充分的实用强度的新型浇模材料。
既可用于注塑成形部品的形状确认和强度确认，也可用于最终产品的小批量生产。
2基本物理性质项目技术参数备注品名8150外观A液象牙色聚多元醇B液淡黄色透明异氰酸脂成品颜色象牙色可调成白色或黑色粘度A液800（mPas25℃）B液160BM型粘度计比重A液 1.09标准比重杯（25℃）B液 1.19标准比重计混合比A:B100:200重量比适用期（25℃）5分钟树脂100克成品比重 1.21JIS K-6911硬度Shord D80-85拉伸强度kg/cm2740伸度%16JIS K-6911弯曲强度kg/cm2800弯曲模量kg/cm218300冲击强度Kg-cm/cm12-15Izod V Notch收缩率%0.3公司内部标准线膨胀系数℃-16X10-5JIS K-6911热变形温度℃100JIS K-7207（18.5kg/cm2）真空浇模方法1．预脱泡分别将A、B二液在真空箱中进行30分钟以上的真空脱泡处理，用多少处理多少。
推荐将树脂加热至40-50℃后进行预胶泡。
2．树脂温度A、B二液均调整到30-40℃，液温高时，可使用时间变短；液温低时，可使用时间变长，液温过低时，会造成固化不完全，引起物理性能不良。
3．模具温度请预先将硅胶模加热至60-70℃，模温过低时，会造成固化不完全，引起物理性能不良。
另外模具温度对试制件的尺寸精度有影响，故请严格控制。
4．浇模按照可以使A液倒入B液中去的位置放置二容器。
作业室抽到真空后不时地搅拌B液使之脱泡5-10分钟，将A液倒入B液中搅拌30-40分钟后，迅速浇入硅橡胶模具中。
请在自混合开始起的1分-1分30秒之内进行回复大气压的操作。
5．固化条件在60-70℃的恒温箱中进行30-60分钟的固化后，即可脱模必要时请在70-80℃的恒温箱中进行2-3小时的二次固化。
各种快速成型的优点及缺点及将来发展趋势
各种快速成型的优点及缺点及将来发展趋势各种快速成型的优点及缺点及将来发展趋势1.光固化成型（SLA）优点：（1）尺⼨精度⾼。
SLA原型的尺⼨精度可以达到±0．1mm（2）表⾯质量好。
虽然在每层固化时侧⾯及曲⾯可能出现台阶，但上表⾯仍可以得到玻璃状的效果。
（3）可以制作结构⼗分复杂的模型。
（4）可以直接制作⾯向熔模精密铸造的具有中空结构的消失型。
缺点：（1）尺⼨的稳定性差。
成型过程中伴随着物理和化学变化，导致软薄部分易产⽣翘曲变形，因⽽极⼤地影响成型件的整体尺⼨精度。
（2）需要设计成型件的⽀撑结构，否则会引起成型件的变形。
⽀撑结构需在成型件未完全固化时⼿⼯去除，容易破坏成形性。
（3）设备运转及维护成本⾼。
由于液态树脂材料和激光器的价格较⾼，并且为了使光学元件处于理想的⼯作状态，需要进⾏定期的调整和维护，费⽤较⾼。
（4）可使⽤的材料种类较⼩。
⽬前可使⽤材料主要为感光性液态树脂材料，并且在太多情况下，不能对成型件进⾏抗⼒和热量的测试。
（5）液态树脂具有⽓味和毒性，并且需要避光保护，以防⽌其提前发⽣聚合反应，选择时有局限性。
（6）需要⼆次固化。
在很多情况下，经过快速成型系统光固化后的原型树脂并未完全被激光固化，所以通常需要⼆次固化。
（7）液态树脂固化后的性能不如常⽤的⼯业塑料，⼀般较脆，易断裂，不便进⾏机加⼯。
2.分层实体制造（LOM）优点：（1）成型速度较快。
由于只需要使⽤激光束沿物体的轮廓进⾏切割，⽆须扫描整个断⾯，所以成型速度很快，因⽽常⽤语加⼯内部结构简单的⼤型零件。
（2）原型精度⾼，翘曲变形⼩。
（3）原型能承受⾼达200摄⽒度的温度，有较⾼的硬度和较好的⼒学性能。
（4）⽆需设计和制作⽀撑结构。
（5）可进⾏切削加⼯。
（6）废料易剥离，⽆须后固化处理。
（7）可制作尺⼨⼤的原型。
（8）原材料价格便宜，原型制作成本低。
缺点：（1）不能直接制作塑料原型。
（2）原型的抗拉强度和弹性不够好。
（3）原原型易吸湿膨胀，因此，成型后应尽快进⾏表⾯防潮处理。
SLA成型材料的研究概况
SLA成型材料的研究概况SLA（激光快速成型）是一种三维打印技术，通过使用激光光束扫描光敏树脂，逐层堆积并逐渐硬化，最终形成一个完整的实体模型。
SLA成型材料是确定最终产品质量和性能的关键因素之一、本文将概述当前SLA成型材料的研究概况，包括材料种类、性能以及未来研究方向等。
1.SLA成型材料的种类：目前市场上常见的SLA成型材料主要分为两大类：光敏树脂和复合材料。
其中，光敏树脂是最常用的SLA成型材料。
它具有高度精细的打印分辨率、良好的细节表现能力和较好的机械性能，并且可用于制造高质量的模型和产品。
复合材料是光敏树脂与其他添加剂的混合物，旨在提高材料的机械性能、热稳定性和耐腐蚀性。
2.SLA成型材料的性能：SLA成型材料的性能包括打印精度、机械性能、耐热性、耐腐蚀性等。
打印精度是衡量SLA技术的关键指标之一，它取决于材料的流变性能和硬化速度。
机械性能是指材料的强度和刚度等力学性能，它取决于材料的硬化程度和分子结构。
耐热性和耐腐蚀性是指材料在高温和腐蚀环境下的性能表现。
当前的SLA成型材料在这些性能方面已经有了很大的进展，但仍然存在改进的空间。
3.SLA成型材料的研究进展：近年来，研究人员对SLA成型材料进行了广泛的研究，以改善其性能和提高生产效率。
研究的方向包括材料的合成改性、打印参数的优化、后处理方法的改进等。
例如，通过改变光敏树脂的成分和配比，可以实现不同的打印性能和机械性能。
另外，优化打印参数如激光功率、扫描速度和层厚等，可以提高打印质量和效率。
此外，采用后处理方法如光照固化、温度热处理等，可以进一步提高材料的性能。
4.SLA成型材料的未来研究方向：未来，SLA成型材料的研究方向主要集中在以下几个方面：一是开发新型材料，如高温耐热材料、生物可降解材料等，以满足不同应用领域的需求；二是优化打印参数和工艺方法，以提高打印速度和质量稳定性；三是改进后处理方法，以提高材料的性能和表面质量；四是研究多材料打印和多功能材料的开发，以实现更广泛的应用。
快速成型知识点
1、快速成型：快速成型技术，又称实体自由成型技术，快速成型的工艺方法是基于计算机三维实体造型，在对三维模型进行处理后，形成截面轮廓信息，随后将各种材料按三维模型的截面轮廓信息进行扫描，使材料粘结、固化、烧结，逐层堆积成为实体原型。
激光烧结深度：是直接影响烧结质量的重要因素之一，主要由激光能量参数及粉末材料的特征参数决定的。
其中，激光能量参数又包括激光功率、激光束扫描速度、激光线的长度及宽度；粉末材料的特征参数则包括粉末材料对激光的吸收率、粉末熔点、比热容、颗粒尺寸及分布、颗粒形态及铺粉密度。
成型精度：是评价成型质量最主要的指标之一，它是快速成型技术发展的基石。
精度值一般的指机器的精度，即使给出制作也是专门设计的标准件的精度，而并非以为着制作任何制件都能达到的精度。
直接制模：用SLS、FDM、LOM等快速成型工艺方法直接制造出树脂模、陶瓷模和金属模具。
间接制模：用快速成型件作母模或过度模具，在通过传统的模具制造方法来制作模具。
软模技术：采用各种快速成型技术包括SLA、SLS、LOM，可直接将模型（虚拟模型）转换为具有一定机械性能的非金属的原型（物理模型），在许多场合下作为软模使用，用于小批量塑料零件的生产。
桥模制作：将液态的环氧树脂于有机或无机复合材料作为基体材料，以原型为基准浇注模具的一种间接制模方法。
覆模陶瓷：与覆模金属粉末类似，包覆陶瓷粉末（Al2O3等）。
金属粉：按其组成情况分为三种：（1）单一的金属粉（2）两种金属粉末的混合体，其中一种熔点较低起粘结剂的作用（3）金属粉末和有机粘结剂的混合体。
2、SLA/LOM基本原理及特点：（1）SLA基本原理: SLA技术是交计算机CAD造型系统获得制品的三维模型，通过微机控制激光，按着确定的轨迹，对液态的光敏树脂进行逐层扫描，使被扫描区层层固化，连成一体，形成最终的三维实体，再经过有关的最终硬化打光等后处量，形成制件或模具。
特点：可成型任意复杂形状，成型精度高，仿真性强，材料利用率高，性能可*，性能价格比较高。
快速成型尼龙6材料的制备
快速成型尼龙6材料的制备
快速成型尼龙6材料的制备需要以下步骤：
1. 原料准备：将尼龙6颗粒进行筛选，保证颗粒大小一致，不含杂质。
2. 消解：将尼龙6颗粒置于深度约为颗粒一倍的容器中，加入耐腐蚀的消解剂，例如甲醇或丙酮。
将容器密封并放置于搅拌器中，同时加热到70℃左右，直至尼龙6完全溶解。
3. 过滤：将消解后的溶液经过过滤器进行过滤，去除其中的杂质和大颗粒，保证溶液的均匀性。
4. 真空脱泡：将过滤后的溶液置于真空室中进行脱泡，去除其中的气泡。
5. 调整粘度：根据需要，可以添加增稠剂来调整尼龙6溶液的粘度，以保证快速成型的制作效果。
6. 快速成型：将调整好粘度的尼龙6溶液注入3D打印机中，按照需要的模型进行快速成型。
最终得到的尼龙6材料具有均匀的密度和较高的强度，可以应用于各种行业中。
熔融沉积快速成型资料
用一系列相连的小三角平面来逼近曲面，得到STL格式的三维近似 模型文件。许多常用的CAD设计软件都具有这项功能。
3 STL文件的分层处理
由于快速成型是将模型按照一层层截面加工，累加而成的。所以 必须将STL格式的三维CAD模型转化为快速成型制造系统可接受 的层片模型。片层的厚度范围通常在0.025~0.762之间。
一 概念及简介
1.1概念
熔融沉积造型(Fused Deposition Modeling,FDM)采用热熔喷头，使半流 动状态的材料按CAD分层数据控制的路 径挤压并沉积在指定的位置凝固成型， 逐层沉积、凝固后形成整个原型或零件。 这一技术又称为熔化堆积法、熔融挤出 成模等。
1.2 简介
丝状材料选择性熔覆（Fused Deposition Manufacturing，简称 FDM），又称熔融沉积造型。
七 成型过程影响因素分析
1.材料性能的影响 2.喷头温度和成型室温度的影响 3.挤出速度的影响 4.填充速度与挤出速度交互的影响 5.分层厚度的影响 6.成型时间的影响 7.扫描方式的影响
八 气压式熔融沉积快速成型系统
8.1 工作原理
气压式熔融沉积快速成型系统 （Airpressure Jet Solidification,AJS）的 工作原理如图示：
5.2 主要材料
主要为丝状热塑性材料，常用的有石蜡、 塑料、尼龙丝等低熔点材料和低熔点金属、 陶瓷等的线材或丝材。在熔丝线材方面， 主要材料是ABS、人造橡胶、铸蜡和聚酯 热塑性塑料。
目前用于FDM的材料主要是美国Stratasys 公司的丙烯腈-丁二烯-苯乙烯聚合物细丝 （ABS P400）、甲基丙酸烯-丙烯腈-丁 二烯-苯乙烯聚合物细丝（ABSi P500， 医用）、消失模铸造蜡丝（ICW06 wax）、塑胶丝（Elastomer E20）。
快速成型：SLA、LOM、SLS、3DP、FDM
快速成型：SLA、LOM、SLS、3DP、FDM快速成型技术根据成型方法可分为两类：基于激光及其他光源的成型技术Laser Technology，例如：光固化成型SLA、分层实体制造LOM、选域激光粉末烧结SLS、形状沉积成型SDM 等；基于喷射的成型技术Jetting Technoloy，例如：熔融沉积成型FDM、三维印刷3DP、多相喷射沉积MJD光造型工艺SLASLA，Stereolithogrphy Apparatus工艺，也称光造型或立体光刻，由Charles Hul 于 1984 年获美国专利。
SLA 技术是基于液态光敏树脂的光聚合原理工作的。
这种液态材料在一定波长和强度的紫外光照射下能迅速发生光聚合反应，分子量急剧增大，材料也就从液态转变成固态。
SLA工作原理SLA工作原理：液槽中盛满液态光固化树脂激光束在偏转镜作用下，能在液态表而上扫描，扫描的轨迹及光线的有无均由计算机控制，光点打到的地方，液体就固化。
成型开始时，工作平台在液面下一个确定的深度．聚焦后的光斑在液面上按计算机的指令逐点扫描，即逐点固化。
当一层扫描完成后．未被照射的地方仍是液态树脂。
然后升降台带动平台下降一层高度，已成型的层面上又布满一层树脂，刮板将粘度较大的树脂液面刮平，然后再进行下一层的扫描，新周化的一层牢周地粘在前一层上，如此重复直到整个零件制造完毕，得到一个三维实体模型。
SLA 方法是目前快速成型技术领域中研究得最多的方法．也是技术上最为成熟的方法。
S LA 工艺成型的零件精度较高，加工精度一般可达到 0.1 mm ，原材料利用率近 100 ％。
但这种方法也有白身的局限性，比如需要支撑、树脂收缩导致精度下降、光固化树脂有一定的毒性等。
叠层实体制造工艺LOMLOM，Laminated Object Manufacturing，LOM工艺称叠层实体制造或分层实体制造，由美国Helisys公司的Michael Feygin于1986 年研制成功。
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光固化成型材料介绍
潘磊
11机自A1
摘要
光固化成型材料主要介绍了所有光固化材料需要有的共同点。
然后分别介绍Vantico公司的SL系列、3D Systems公司的ACCURA系列、DSM公司的SOMOS 系列的固化材料的不同性能特点和不同的应用和基本固化的原理。
快速成型材料以及设备一直是快速成型技术研究与开发的核心，也是快速成型技术重要组成部分。
快速成型材料直接决定着快速成型技术制作的模型的性能以及适用性，而快速成型制造设备可以说是相应的快速成型技术方法以及相关材料等研究成果的集中体现，快速成型设备系统的先进程度标志着快速成型技术发展的水平。
快速成型技术是继数控加工技术（NC）之后制造业的又一次重大革命，广泛应用于航空航天、家用电气、汽车、医学、军事、教学科研等领域。
接下来，我们就从快速成型材料方面阐述其特点和性能。
光固化成型材料根据工艺要求，需要具备以下几个优点：1）固化快，可以在几秒内固化，可应用于要求立刻固化的场合。
2）不需要加热，这一点对于某些不能耐热的塑料、光学、电子零件来说非常有用。
3）可以配成无溶剂产品。
使用溶剂会涉及许多环境问题和审批手续问题，因此少用为好。
4）节省能量。
各种光源的效率都高于烘箱。
5）可以使用单组分，无配置操作，使用周期长。
6）可以实现自动化操作以及固化，提高生产的自动化程度，从而提高身产效率。
7）固化收缩率小。
8）产品精度高。
9）阳离子聚合物是活性聚合，
在光熄灯后课继续引发聚合。
10）粘度低11）生坯件强度高。
12）
产品可以直接用于注塑模具。
下面我们就介绍一下Vantico公司的SL系列、3D Systems公司的ACCURA系列、DSM公司的SOMOS系列的固化材料的性能特点。
Vantico公司的SL系列中的SL5196环氧树脂具有较低的黏性，较好的强度、精度，并能得到光滑的表面效果。
SL5510材料是一种多用途、精确的、尺寸稳定、高产的材料，可以满足多种生产要求。
SL7510材料具有较好的侧面质量，成型效率高，适合于熔模铸造等。
SL7540制作的原型性能类似于聚丙烯，具有较高的耐久性，侧壁质量好，可以较好的制作精细结构，较适用于功能模型的断裂试验等。
SL7560的性能类似于ABS材料。
SL5530HT是一种在高温条件下仍然具有较好抗力的特殊材料，使用温度可以超过200°C以上，适合于零件的检测、热流体流动可视化、照明器材检测以及飞行器高温成型等方面。
以上是几种SL系列光固化树脂具体种类的不同性能，实际应用时，我们可以根据不同的要求选择合适的选择方案。
3D Systems公司的其立体激光成形材料Accura Si 40可以达到ABS工程塑料的膨胀、弯曲性能；有着与ABS工程塑料相同的耐高温性能，是第一种既具有高耐热性、又有韧性的材料,适用于汽车应用,其性能与尼龙66相似。
部件透明,具有高的劲度和适中的伸长率,能被钻孔,攻螺纹和用螺栓连接。
Accura® Bluestone™ 具有异常坚硬和抵受热力达250°C的环境。
Accura® si 50 (Color: Natural / Grey)
是精确及抗磨损的SL原料，近似ABS注塑料 (颜色 : 原白色或灰色)。
Accura® si 45HC高速,耐热和耐潮的原料，用于3D Systems' SLA®250系统制作功能原型，有尼龙6:6的塑胶特性。
Accura® si 40 具有结合坚韧及耐高温特性，稳定精确的SL原料。
Accura® si 30 的高延展性带有适中硬度，卓越的精细特征制作能力，低粘度容易清洗。
Accura® si 20 具有抗磨损并提供高压坯强度, 具有令人满意的产能及耐潮性，在按扣装配及矽胶复模应用上的理想原料。
Accura® si 10 具有结合高压坯强度、耐潮性并在不影响速度下拥有精确、高质量的部件，适用于“QuickCast”式样用作熔模铸造。
Accura® Amethyst® 是制作高品质、精确珠宝式样，精美细致的原版模型，并何用作直接铸件。
DSM Somos ProtoTherm 14120光敏树脂是一种用于SL成型机的高速液态光敏树脂，低聚物是其主体，所以低聚物也决定了其基本的物理化学特性。
能制作具有高强度、耐高温、防水等功能的零件。
用此材料制作的零部件外观呈现为乳白色。
其光固化特行分析，在激光照射下，光敏树脂从液态向固态转变，达到凝胶态。
同时其成型系统中的光源为激光。
激光是一种单色光，具有单一波长。
omos ProtoTherm 14120光敏树脂与其它耐高温光固化材料不同的是：此材料经过后期高温加热后，拉伸强度明显增大，同时断裂延伸率仍然保持良好。
这些性能使得此材料能够理想地应用于汽车及航空等领域内需要耐高温的重要部件上。