文档介绍：3D打印原理及科技创新进展情况
目录
一、3D打印机的概念 1
二、3D打印的原理 3
(一)工作原理 3
(二)工作步骤(打印过程) 4
三、3D打印的应用及市场趋势 8
(一)应用领域 8
1、医疗行业——骨骼打印 8
2、科学研究 9
3、产品原型 9
4、文物保护 10
5、建筑设计 10
5、制造业 10
6、食品产业 10
7、汽车制造业 11
8、配件、饰品 11
9、美容护肤 11
(二)市场趋势 12
四、3D打印技术过去十年取得的重大进展 13
(一)我国3D打印技术发展概述 15
(二)3D打印国外最新研究进展 16
五、3D打印机发展存在问题 18
3D打印原理及科技创新进展情况
一、3D打印机的概念
3D打印机,即快速成形技术的一种机器,它是一种数字模型文件为基础,运用粉末状金属或塑料等可粘合材料,通过逐层打印的方式来构造物体的技术。过去其常在模具制造、工业设计等领域被用于制造模型,现正逐渐用于一些产品的直接制造,意味着这项技术正在普及。
3D打印主要分为桌面级和工业级两种。桌面级是3D打印技术的初级阶段和入门阶段,能够很直观地阐述3D打印技术的工艺原理。工业级的3D打印机主要分为快速原型制造和直接产品制造两种。
工艺
简介
主要用材
开发厂商
立体光刻(SL)
激光(UV Light)扫描并曝光液态光敏树脂,聚焦光斑处树脂反应固化,然后工作平台至下一深度,保持液面处于焦平面,逐层成型。
光敏树脂材料
3D Systems
立体光固成型
光敏聚合物喷出后由UV Light按设定程序区域性迅速固化,可直接在前一支撑层上成型,最后将胶状支撑材料清洗除去;适合制作复杂结构。 micron/layer
光敏聚合物
Object Geometries
PVC塑料烫印复膜
切割刀根据横截面数据逐层切割并以此堆叠,最后拨除冗的PVC材料;机器价格与制作
PVC
Solido
成本相对较低
熔融挤出成型(FDM)
喷头延零件截面轮廓与填充轨迹运动(CAD控制路径),挤出熔化材料并迅速固化;逐层成型,后层需前层支撑与定位。可用PC/ABS等高强度材料直接铸造零件
ABS工程塑料、石蜡
Stratasys
三维喷绘打印(3DP)
软件将3D CAD文件分割为薄截面
片,截面处铺上粉末,以喷墨方式
涂上连接体,逐层打印形成三维模
型。
高性能复合材料(高强打印粉)
Z Corporation
数字光处理(DLP)
对光固化性ABS树脂表面进行曝光,每层曝光仅数秒,比激光扫描方式快
光固化性ABS类
树脂
envisionTEC& Z Corporation
表1 3D打印技术主要工艺类型
二、3D打印的原理
(一)工作原理
3D打印并非是新鲜的技术,这个思想起源于19世纪末的美国,并在20世纪80年代得以发展和推广。中国物联网校企联盟把它称作“上上个世纪的思想,上个世纪的技术,这个世纪的市场”。三维打印通常是采用数字技术材料打印机来实现。这种打印机的产量以及销量在二十一世纪以来就已经得到了极大的增长,其价格也正逐年下降。
使用打印机就像打印一封信:轻点电脑屏幕上的“打印”按钮,一份数字文件便被传送到一台喷墨打印机上,它将一层墨水喷到纸的表面以形成一副二维图像。而在3D打印时,软件通过电脑辅助设计技术(CAD)完成一系列数字切片,并将这些切片的信息传送到3D打印机上,后者会将连续的薄型层面堆叠起来,直到一个固态物体成型。3D打印机与传统打印机最大的区别在于它使用的“墨水”是实实在在的原材料。
堆叠薄层的形式有多种多样。有些3D打印机使用“喷墨”的方式。例如,一家名为Objet的以色列3D打印机公司使用打印机喷头将一层极薄的液态塑料物质喷涂在铸模托盘上,此涂层然后被置于紫外线下进行处理。之后铸模托盘下降极小的距离,以供下一层堆叠上来。另外一家总部位于美国明尼阿波利斯市的公司Stratasys使用一种叫做“熔积成型”的技术,整个流程是在喷头内熔化塑料,然后通过沉积塑料纤维的方式才形成薄层。
还有一些系统使用粉末微粒作为打印介质。粉末微粒被喷撒在铸模托盘上形成一层极薄的粉末层,然后由喷出的液态粘合剂进行固化。它也可以使用一种叫做“激光烧结”的技术熔铸成指定形状。这也正是德国EOS公司在其叠加工艺制造机上使用的技术。而瑞士的Arcam公司则是利用真空中的电子流熔化粉末微粒。以上提到的这些仅仅是许多成型方式中的一部分。当遇到包含孔洞及悬臂这样的复杂结构时,介质中就需要加入凝胶剂或其他物质以提供支撑或用来占据空间。这部分粉末不会被熔铸,最后只需用水或气流冲洗掉支撑物便可形成孔隙。