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浅析桌面级与工业级3D打印机的对比及应用场景

浅析桌面级与工业级3D打印机的对比及应用场景

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【摘要】:
目前市场上大多数桌面级3D打印机均基于熔融沉积建模(FDM)技术。它们与高端工业级3D打印机成型原理相似,因为它们都是基于材料挤出和熔融热塑性塑料通过喷嘴的逐层沉积,但是它们的功能不同。本文将讨论桌面级和工业级FDM3D打印机之间的主要区别,并提供有关选择适合您的应用程序的机器的指导。

目前市场上大多数桌面级3D打印机均基于熔融沉积建模(FDM)技术。它们与高端工业级3D打印机成型原理相似,因为它们都是基于材料挤出和熔融热塑性塑料通过喷嘴的逐层沉积,但是它们的功能不同。本文将讨论桌面级和工业级FDM 3D打印机之间的主要区别,并提供有关选择适合您的应用程序的机器的指导。

 

 

工业级3D打印机的构建尺寸很大,并且能够批量制造零件。

下表总结了典型的台式FDM 3D打印机和典型的工业FDM机器的主要区别。

精度

通常,几何公差和零件精度取决于3D打印机校准和模型复杂程度。通常,工业级3D打印机生产的零件比桌面级3D打印机精度更高,这是因为在打印过程中对处理参数的控制更加严格。工业设备在每次打印之前都要运行校准算法,包括一个加热室,以最大程度地减少熔融塑料的快速冷却(例如翘曲)的影响,并且可以在更高的打印温度下运行。这些机器大多数都支持双重挤压。这允许沉积水溶性支撑材料,该支撑材料在后处理过程中被去除并产生光滑的表面,并使其更容易打印出复杂的零件。

另一方面,桌面级3D打印机也在加入很多高级设置,并且目前市场上有支持这些高级功能(例如校准算法,加热室,更高的打印温度和双重挤出)的3D打印机。经过校准的桌面级3D打印机可以生产具有相当高的尺寸精度(通常公差为±0.5毫米)并且具有与工业级3D打印机相同的最小特征尺寸(即约1毫米)的零件。对于大多数应用而言,此精度已足够。桌面打印中使用的大多数材料都允许在后处理步骤中精确加工关键尺寸(例如孔)或详细特征(例如螺纹)。

 

 

桌面级3D打印机非常适合快速,用户友好,经济高效的原型制作

材料

桌面级3D打印机上最常用的材料是PLA。PLA易于打印,并且可以生产具有更精细细节的零件。当需要更高的强度,延展性和热稳定性时,通常使用ABS。ABS更容易翘曲(由于收缩),并且打印零件的几何形状会禁止其使用,尤其是在没有加热腔室的机器中。PETG是另一种日益流行的替代材料,它的材料特性可与ABS相媲美,并且易于打印。这三种材料适用于大多数3D打印应用,从形式,装配和功能的原型制作到模型或功能零件的小批量生产。工业级3D打印机主要使用工程塑料(ABS,聚碳酸酯(PC)或Ultem)。

这些材料通常装有某些添加剂,这些添加剂会改变其性能,并使其特别适合某些工业需求(例如,高冲击强度,热稳定性,耐化学性和生物相容性)。某些使用工业3D打印的材料具有与注塑成型零件相似的材料特性,并且通常对于制造功能性零件而言“足够好”。这些材料的耐高温性能也意味着它们适合用于低倍注塑成型的模具打印。

生产能力和成本

桌面和工业3D打印机之间的主要区别在于相关的成本。桌面级3D打印机的日益普及极大地降低了拥有和运行FDM机器的成本以及耗材的成本和可用性。

工业级3D打印机的生产能力通常大于桌面级3D打印机,工业3D打印机具有较大的打印平台,这意味着它们可以一次打印更大的零件,也可以同时打印更多模型。

 

 

工业级3D打印机生产线

FDM是市场上最流行的3D打印技术之一,因为它可以用耐用的材料生产高质量的零件,并随着时间的推移保留良好的机械性能。桌面和工业级3D打印机的尺寸精度均适用于大多数原型设计,建模或小批量制造要求。

两种级别的3D打印机的最小特征尺寸受喷嘴直径和层厚度的限制。材料挤压使得无法生成几何尺寸小于层高(通常为0.1 – 0.2 mm)的垂直特征(沿Z方向)。 相对较高的层厚度也会引入不希望的“阶梯”效应。此外,不能产生小于喷嘴直径(通常为0.4 – 0.5 mm)的平面特征(在XY平面上),并且壁还必须至少大于喷嘴直径(即0.8至1.2 mm)的2至3倍。当需要光滑的表面和非常精细的特征时,可能需要进行后处理(例如喷砂,机械加工等)可能更适合使用其他3D打印技术(例如SLA或SLS)。

总结

对于要求公差大于1 mm的设计,具有特定材料特性(耐热或耐化学性)或较大的制造尺寸(大于200mm x 200mm x 200 mm)的工程材料,工业级3D打印机是最佳的FDM解决方案,但制造成本较高。

桌面级3D打印机适用于原型设计和小批量生产要求,可提供非常短的交货时间并以低成本提供多种材料。通常,±1%的公差足以满足大多数装配和原型应用的需求。当需要非常精细的细节时,应考虑使用其他3D打印方法(例如SLA或SLS)。