3D打印成型方式与工业清洗全解析
浏览次数：79发布时间：2025-05-08
大约10年前，3D打印机开始为大众所知。现在有些企业已经将其实用化为生产流程的一部分。3D打印机分为面向一般消费者的低端型号和面向商业用途的型号。尽管低端型号占据了大约80%的市场份额，而商业用途型号只占20%，但在价格、性能和打印物品的质量方面，两者之间的差距非常大。
本文将介绍3D打印机的成型方法、使用材料、市场动向以及工业清洗的现状。
接下来介绍3D打印机的成型方式。
通过加热熔融的树脂从细小喷嘴中挤出，并逐层堆叠树脂来制造物品的方法。可以使用的热塑性工程塑料包括ABS树脂、聚碳酸酯树脂、PC/ABS合金、PPSF/PPSU树脂和ULTEM（聚醚酰亚胺）树脂等。
利用紫外线扫描液态光敏树脂，按三维层次固化成型。
将材料粉末层层铺开，用高功率激光束直接烧结或通过喷墨方式添加粘合剂来固化成型。前者可以使用尼龙等树脂材料以及青铜、铜、镍、钛等金属材料。后者可以使用淀粉、石膏等材料。
喷射液态紫外线固化树脂，并用紫外线或特定波长的光照射使其固化和堆叠。可使用的材料包括丙烯酸类、类似ABS、类似PP、类似聚丙烯和类似橡胶等。
喷射粘合剂（而非成型材料）以固化材料。可以使用的材料包括石膏、淀粉和陶瓷等全彩材料。
将薄片材料按截面形状切割，并逐层接合堆叠。可以使用的材料包括薄片状的纸、PVC树脂和金属。
基于喷涂粉末材料进行堆焊的技术（激光包覆）。可以使用金属粉末。
3D打印最常用的材料是 ABS树脂 和 PLA树脂。近年来，越来越多的材料也能用于打印，比如：ASA树脂（耐性强）、PP树脂（耐热、耐化学腐蚀）、PC树脂和尼龙等工程塑料，还有丙烯酸、PETG、热塑性聚氨酯和金属材料等。
选择材料一个关键点是：打印后不能变形或膨胀太大。以前，一些结晶性高分子材料因为受热容易变形，不太适合用。但现在，随着工业级3D打印设备的加热技术越来越先进，这类材料的应用也变得更广泛了。
| 材料 | 成型方式 | 优点 | 缺点 |
| ABS树脂 | FDM方式 | 耐冲击、耐热、耐化学性强；易于后处理如喷漆和打磨 | 耐候性差，湿气下易变形 |
| PLA树脂 | FDM方式 | 稳定性高，冷却后不易收缩和变形 | 耐冲击性和耐热性弱，难以后处理 |
| ASA树脂 | FDM方式 | 耐候性高，适合户外使用 | 无显著缺点 |
| PP树脂 | SLS/FDM方式 | 耐热、耐冲击、耐化学性强，重量轻 | 无显著缺点 |
| PET/PETG | - | 强度、耐久性和耐热性强 | 无显著缺点 |
| 环氧树脂 | SLA/DLP方式 | 稳定性和耐化学性强 | 无显著缺点 |
| 丙烯酸树脂 | 材料喷射 | 耐冲击和耐候性强，透明度高 | 表面易划伤，透明度有限 |
| PC树脂 | FDM方式 | 强度高，耐热、耐冲击、耐候性强，重量轻 | 对高温高湿环境敏感，适用机型少 |
| 尼龙树脂 | SLS方式 | 耐冲击、耐热、耐化学性强，柔韧性好 | FDM方式成型困难 |
| 热塑性聚氨酯 | FDM方式 | 耐热、柔韧性强，可调节硬度 | 稳定性低，适用机型少 |
| 石膏 | 粘合剂喷射 | 材料成本低，成型时间短，易于着色 | 耐久性差，脆弱 |
| 金属 | 激光沉积 | 可使用各种金属材料 | 需要后处理 |
| 支撑材料 | FDM/SLA方式 | 适用于复杂结构的支撑材料，水溶性支撑材料易于去除 | 需要后处理 |
在产业用3D打印市场的规模预计将从2021年的21亿美元，以年均20%的增长率增长，到2026年达到52亿美元。产业用3D打印技术正从原型制造向大规模生产转变，通过缩短试制品和最终部件的交付时间，大幅缩短了产品上市时间。
目前，3D打印技术被认为适用于小批量到中批量生产，但未来有望实现大规模生产。大规模增材制造（AM）的优势在于无需模具即可生产多种设计的产品，这使得一台3D打印系统及其工艺能够批量生产不同设计的多种产品。在竞争激烈的行业中，产品上市时间是决定品牌成功的关键因素之一。通过缩短试制品和最终部件的交付时间，可以大幅缩短产品上市时间，从而在时间竞争中占据优势。
以下是关于3D打印成型方法及其相关清洗技术的介绍：
基本上不需要清洗，但在进行喷漆或表面处理之前可能需要进行清洗。
成型后，需要清洗附着在表面的UV固化树脂。由于3D打印的独特结构如中空结构和狭窄间隙，通常使用非危险物质的乙二醇醚类清洗剂或酒精清洗。对于复杂的成型物，可能需要使用超声波清洗或高压喷流清洗，因此使用非危险物质清洗剂是必要的。
通常使用空气喷枪吹除未烧结的粉末。有时会使用水基清洗剂进行颗粒清除。
基本上不需要清洗，但由于该方式可以进行非常精细和复杂的加工，某些狭窄间隙可能需要参考光固化（SLA）方式的清洗方法。
成型后，用空气喷枪吹除未硬化的粉末，但在微细加工部分可能需要补充使用光固化（SLA）方式的清洗方法。
成型后，用空气喷枪吹除未烧结的粉末。有时需要去除烧结物。
工业用3D打印技术在金属粉末、陶瓷粉末等无机材料领域发展迅速。当前，采用有机粘结剂、分散剂、烧结助剂和焊剂等材料，通过低温烧结方式处理金属粉末的技术正受到广泛关注。
金属注射成型（MIM）技术结合了塑料注射成型和金属粉末冶金的优点，能够制造复杂形状的金属部件，而无需进一步加工，成品接近最终形状。这项技术在新能源汽车、精密机械、电子设备、通信设备和医疗设备的部件制造中具有很大潜力。特别是由于轻量化和少量多品种生产的需求，这项技术在电动汽车、航空航天、无人机和太空产业中有着广阔的应用前景。
金属注射成型使用约10微米的微细金属粉末作为原料，能够加工复杂形状的钛和不锈钢等难加工材料。
这项技术正迅速应用于传统的FDM方式以及被称为金属-粘合剂喷射打印（MBJ）的3D打印技术，并迅速扩大市场。
在工业清洗领域，这一新兴市场对清洗技术的要求，与电子行业中用于电路板和元器件的助焊剂残留清除、微粒清洗等工艺相似，因此被视为具备发展潜力的新兴应用场景。
