超聲波輔助3D打印是一種將超聲波技術(shù)集成于增材制造過程的新興工藝,通過超聲波與材料的物理/化學(xué)作用,解決傳統(tǒng)3D打印的缺陷,提升打印件性能。
一、超聲波輔助3D打印原理
1.在3D打印過程中(常見的如熔融沉積成型FDM、光固化成型SLA等),引入超聲波。超聲波在打印材料(如塑料絲材、液態(tài)光敏樹脂等)內(nèi)部產(chǎn)生多種物理效應(yīng),包括空化效應(yīng)、機械振動效應(yīng)等。
2.空化效應(yīng)能在材料局部區(qū)域產(chǎn)生微小的氣泡,這些氣泡的形成和破裂可以改變材料的流動性和表面張力等物理性質(zhì);機械振動效應(yīng)則可以使材料在沉積或固化過程中受到周期性的振動作用,從而影響材料的堆積形態(tài)和固化過程。
二、特點
1.?改善材料流動性:對于FDM等需要擠出材料的3D打印工藝,超聲波的空化作用和振動能使絲材更容易被擠出,并且在擠出后能更順暢地鋪展在打印平臺上,減少堵塞等問題,提高打印的連續(xù)性和穩(wěn)定性。
?2.提高成型精度:在光固化3D打印中,超聲波的振動有助于液態(tài)樹脂更均勻地填充成型區(qū)域,并且在固化過程中可以減少因樹脂流動不均等因素導(dǎo)致的缺陷,使打印出來的模型表面更加光滑,尺寸精度更高。
?3.增強材料間的結(jié)合力:當(dāng)打印多層結(jié)構(gòu)或者不同材料復(fù)合的部件時,超聲波的作用可以促進相鄰層之間或者不同材料之間的相互滲透和融合,從而增強它們之間的結(jié)合強度,提高打印部件的整體性能 。
?4.加速固化過程:在一些需要固化步驟的3D打印工藝中,超聲波的能量輸入可以加快材料的固化速度,縮短單個部件的打印時間,提高打印效率。
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