以下肢的假肢为例，它主要由三个部件组成：接受腔、义腿和义足。图5-68 假肢与接受腔目前，假肢接受腔的常用材料为树脂或聚丙烯，传统的制作方法与自由成形方法见图5-69。图5-70是穿戴用三维打印自由成形的接受腔的桡动脉病人，图5-71是穿戴用三维打印自由成形的接受腔的小腿假肢病人，此接受腔上包裹了碳纤维增强树脂材料。图5-72 熔融挤压自由成形的ABS接受腔图5-73 激光烧结自由成形的接受腔......
2023-06-15
自由成形技术面临的挑战
【摘要】：回顾这一阶段的进程，自由成形技术的研究人员主要致力于提高成形件的精度，试图使其具有与减成法竞争的能力。通俗地说，目前商品化自由成形机制作的工件多数只能做到“形似”，而难以做到“神似”。这些自由成形机适用的原材料通常不能由用户自行选定，并且与用户所需的最终材料可能有很大的差别。
经过近20年的不懈努力，用来实现三维自由成形工艺的机器已有如下五种商品化的定型产品（见图1-2）：激光固化自由成形机（SLA）、熔融挤压自由成形机
图1-2 商品化的自由成形机
（FDM）、三维打印自由成形机（3DP）、激光烧结自由成形机（SLS）和激光切割自由成形机（LOM）。回顾这一阶段的进程，自由成形技术的研究人员主要致力于提高成形件的精度，试图使其具有与减成法竞争的能力。从努力的结果来看，工件精度确实有了长足的进步，但是还难以达到减成法的水平，特别是现有自由成形机制作的工件大多还是只能用于形体观测的样品，其机械、电气、力学、生物性能等与真实产品的要求相比还有较大的差距，只有少数成形件（如激光烧结的蜡模、树脂砂模）的功能满足相应真实产品的要求。通俗地说，目前商品化自由成形机制作的工件多数只能做到“形似”，而难以做到“神似”。
从工艺方法论来看，自由成形采用的加成法工艺有其独到的优点，但也有其固有的局限性，造成上述现象的主要原因是：
（1）逐层堆积引起的台阶效应
自由成形的基本出发点是分层成片—堆积成体，因此，成形前必须对成形件的设计模型进行切片处理。由于受材料厚度、成形效率等因素的限制，切片层的层高不能太小（以免成形效率太低），这必然出现台阶效应，并引起误差（见图1-3）。
（2）材料状态变化导致的翘曲变形
成形时，原材料由液态变为固态，或由固态变为液态再凝结成固态，而且可能同时伴随加热作用，这会引起工件的翘曲变形，造成形状和尺寸的变化。
（3）适用原材料有限
现有商品化的自由成形机所能适用的材料类型和规格有限，例如，激光固化自由成形机（SLA）使用的原材料只能是液态光敏树脂，熔融挤压自由成形机（FDM）使用的原材料只能是给定直径和给定成分的塑料丝，三维打印自由成形机（3DP）使用的原材料只能是给定成分的石膏粉、陶瓷粉等粉材，激光烧结自由成形机（SLS）使用的原材料只能是给定成分的塑料粉、树脂砂和金属粉等粉材，激光切割自由成形机（LOM）使用的原材料只能是给定成分的纸材等。这些自由成形机适用的原材料通常不能由用户自行选定，并且与用户所需的最终材料可能有很大的差别。
图1-3 成形件的台阶效应
另外，在基于加成法的自由成形技术（简称为加式快速成形）发展的同时，又出现了基于减成法的快速成形工艺（SRP，简称为减式快速成形），即首先将工件的设计图形分解为若干块，使每块能在三轴CNC机床上加工；其次，用高速三轴加工中心切削ABS塑料板（或铝合金板），成形工件的每一块；其次，用强力胶将若干块粘接成完整的工件。
减式快速成形只需采用比较廉价的三轴CNC机床高速铣削加工，就能使生产效率、制件精度和强度明显优于加式快速成形，因此对加式快速成形技术造成了极大的威胁，使加式快速成形只在一些特别复杂样品的制作方面才体现出较大的优势。
有关功能器件自由成形的文章
- 详细阅读
-
牙科钛修复体自由成形技术详解详细阅读
图5-78 SLS／SLM自由成形的金属牙架a）不锈钢牙架 b）Ti6Al4V牙架 c）由粉材中取出的牙架华中科技大学的曾晓雁等用SLM成形了可摘局部义齿支架［43]，所用激光为YAG或光纤激光器，功率为100～200W，聚焦光斑尺寸为10～100μm，第一层的扫描速度为50～150mm／s，后续层的扫描速度为250～800mm／s。成形过程中用高纯度氩气保护。......
2023-06-15
-
支架激光烧结自由成形技术优化方案详细阅读
激光烧结自由成形常采用CO2激光束选择性烧结聚合物或者聚合物／生物陶瓷（如HA）的复合材料粉末来形成材料层。如图5-26所示，用激光烧结自由成形的PCL支架的孔径为1.75～2.5mm，孔隙率为79％，压缩模量为52～67MPa，屈服强度可达2～3.2MPa［33]。美国的Lee等人用PMMA作为粘结剂，与多种磷酸钙盐粉末混合，用SinterStation2000自由成形机制作支架原型，再经过烧结等后处理过程去除有机质，构成HA多孔支架，密度为1.4g／cm3，孔隙率为30％，压缩强度为18.6MPa。......
2023-06-15
-
细胞打印自由成形技术发展研究详细阅读
复杂器官的组织有以下重要特点［47]：①三维结构；②要求有实现器官特定功能的特殊微结构；③由多种类型的细胞和细胞外基质组成；④有用于供养器官内细胞的复杂血管网。图5-32 一体化生物制造系统随着细胞打印概念的提出，人们尝试采用了多种不同技术打印细胞，如喷墨式打印、机械压挤式打印、电喷射式打印和激光诱导式打印等。......
2023-06-15
-
支架激光固化自由成形技术的研究详细阅读
图5-27是美国德州大学奥斯汀分校研制的用于制作支架的一种激光固化自由成形系统——DMD Projection Printing系统，此系统是基于数字微镜元件的掩膜投影式μSLA系统，它由DMD阵列、UV灯源、聚焦镜、伺服工作台、储液箱和供液泵等组成，其中DMD阵列用作动态掩膜，系统的成形分辨率与生物细胞的尺寸（μm）相当。......
2023-06-15
-
自由成形支架三维打印技术优化详细阅读
图5-8 DoP型三维打印自由成形支架a）原理图 b）外形照片用DoP型三维打印自由成形工艺制备的支架孔径较小，且孔径与粉材的粒径有关。上述研究表明，三维打印自由成形技术在制备支架方面极具潜力。用有机溶剂（如氯仿）作粘结剂时，干燥一周后，在三维打印自由成形的支架中会有残留0.5％的氯仿。......
2023-06-15
-
微机电器件激光固化自由成形技术详细阅读
成形微机电器件的激光固化自由成形系统有以下两种：扫描式μSLA和掩膜投影式μSLA。掩膜投影式μSLA系统在掩膜投影式μSLA系统中，工件的整个截面层的聚合化由一次照射曝光完成。目前，掩膜投影式μSLA系统的成形件的横向分辨率已达到2μm，纵向分辨率已达到5μm，成形件的最大尺寸为10.24mm×7.68mm×20mm。图3-120 具有DMD芯片的微镜产生的角度图3-121 MPμSLA系统的成形件......
2023-06-15
-
电子元件喷印自由成形技术优化方案详细阅读
目前，喷印自由成形的电子元件主要有：电容器、电感器、电阻器、晶体管和传感器等。图3-43 微型热管网络的喷印成形的过程a）喷印有机墨水 b）逐层喷印墨水 c）在热管网络中渗透低粘度环氧树脂 d）环氧树脂固化，去除易消散墨水美国康奈尔大学在其研制的Fab＠Home Model 1喷印机上，已自由成形电路、有机电化学晶体管、机电继电器、锌空气电池等［1-5，14]。图3-44 Fab＠Home Model 1喷印机......
2023-06-15
相关推荐