ξ3 快速成型材料及设备
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第三章 快速成型材料及设备
第一节 快速成型材料
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。
材料 形态
具体 材料
液态
光固化 树脂
固态粉末 非金属 金 属
固态片材
固态丝 材
蜡粉 尼龙粉 覆膜陶瓷 粉 高分子材 料粉
（5）无毒无污染。
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一、光固化快速成型材料
光固化材料是一种既古老又崭新的材料，与一般固化方法比较，光固化材料 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； （2）不需要加热，这一点对于某些不能耐热的塑料、光学、电子零件来说十分有 用； （3）可配成无溶剂产品，使用溶剂会涉及到许多环境问题和审批手续问题，因此 每个工业部门都力图减少使用溶剂； （4）节省能量，各种光源的效率要高于烘箱； （5）可使用单组分，无配制问题，使用期较长； （6）可以自动化操作及固化，提高生产的自动化程度，从而提高生产效率和经济 效益。
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二、叠层实体快速成型材料
LOM工艺中的成型材料涉及到三个方面的问题，即薄层材料、粘 结剂和涂布工艺。薄层材料可分为纸、塑料薄膜、金属箔等。目前的 LOM成型材料中的薄层材料多为纸材，而粘结剂一般为热熔胶。纸材 料的选取、热溶胶的配置及涂布工艺均要从保证最终成型零件的质量 出发，同时要考虑成本。对于LOM纸材的性能，要求厚度均匀、具有 足够的抗拉强度以及粘结剂有较好的湿润性、凃挂性和粘结性等。下 面就纸的性能、热熔胶的要求及凃布工艺进行简要的介绍。
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纸的性能：
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对于LOM成型材料的纸材，有以下要求： （1）抗湿性 保证纸原料(卷轴纸)不会因时间长而吸水，从而保证 热压过程中不会因水分的损失而产生变形及粘接不牢。纸的施胶度可 用来表示纸张抗水能力的大小。 （2）良好的浸润性 保证良好的涂胶性能。 （3）抗拉强度 保证在加工过程中不被拉断。 （4）收缩率小 保证热压过程中不会因部分水分损失而导致变形， 可用纸的伸缩率参数计量。 （5）剥离性能好 因剥离时破坏发生在纸张内部，要求纸的垂直方 向抗拉强度不是很大。 （6）易打磨，表面光滑。 （7）稳定性 成型零件可长时间保存。
纸材对热熔胶的基本要求为：
① 良好的热熔冷固性（约70~100℃开始熔化，室温下固化）；
② 在反复“熔融－固化”条件下，具有较好的物理化学稳定性；
③ 熔融状态下与纸具有较好的涂挂性和涂匀性；
④ 与纸具有足够粘结强度；
⑤ 良好的废料分离性能。
EVA型热熔胶主要成分为：EVA，松香甘油脂，石蜡等。
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钢粉 覆膜 钢粉
覆膜纸 覆膜塑料 覆膜陶瓷 箔 覆膜金属 箔
蜡丝 ABS丝
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；
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1、Vantico公司的SL系列
下表给出了Vantico公司提供的光固化树脂在各种3D Systems公司光固 化快速成型系统和原型不同的使用性能和要求情况下的光固化成型材料的 选择方案。
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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。下面分别介绍Vantico公 司、3D Systems公司以及DSM公司的光固化快速成型材料的性能、适用场合以及选 择方案等。
部分3D Systems 公司的ACCURA系列材料的性能如下表所示。
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3、DSM公司的SOMOS系列 DSM公司的SOMOS系列环氧树脂主要是面向光固化快速成型开发的系列
材料，部分型号的性能及主要指标如下表所示。
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涂装工艺：
涂布工艺有涂布形状和涂布厚度两个方面。涂布形状指的 是采用均匀式涂布还是非均匀涂布，非均匀涂布又有多种形状。 均匀式涂布采用狭缝式刮板进行涂布，非均匀涂布有条纹式和颗 粒式。一般来讲，非均匀涂布可以减小应力集中，但涂布设备比 较贵。涂布厚度指的是在纸材上涂多厚的胶，选择涂布厚度的原 则是在保证可靠粘接的情况下，尽可能涂的薄，以减少变形、溢 胶和错移。
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2、3D Systems 公司的Accura系列
3D Systems公司的ACCURA系列光固化成型材料主要有用于SLA Viper si2 、 SLA3500 、 SLA5000 和 SLA7000 系 统 的 ACCUGENTM 、 ACCUDURTM 、 SI10 、 SI20 、 SI30 、 SI40 Nd 系 列 型 号 和 用 于 SLA250 、 SLA500系统的SI40 Hc & AR型号等。
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热溶胶：
叠层实体制造中的成型材料多为涂有热熔胶的纸材，层与层
之间的粘结是靠热熔胶保证的。热熔胶的种类很多，其中以EVA(乙
烯—醋酸乙烯酯共聚物)型热熔胶的需求量为最大，占热熔胶消费
总量的80%左右。当然在热熔胶中还要添加某些特殊的组分。LOM