文档介绍：3D打印技术
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赵利锋
目录
3D打印技术的核心思想最早起源于19世纪末的美国,当时进行的是照相雕塑和地貌成型技术研究。到20世纪80年代中期已有雏形,1986年美国人Charles Hull发明了第一台 3D 打印机。3D打印这个名词也是由麻省理工学院在1995年创造的。
我国从1991年开始研究3D打印技术。90年代末期,大家开始研究金属材料快速成形技术,但难度很大。2000年前后,这些工艺从实验室研究逐步向工程化、产品化转化。
当时叫快速原型技术(RP),即开发样品之前的实物模型。现在也有叫快速成型技术,增材制造。但为便于公众接受,把这种新技术统称为 3D 打印。
2012年4月,英国《经济学人》刊文认为,3D打印技术将与其他数字化生产模式一起,推动第三次工业革命的实现。
背景
涵义及原理
3D打印技术是指由数字模型(CAD)直接驱动的,运用金属、塑料、陶瓷、树脂、蜡、纸、砂等可粘合材料,在快速成形设备里通过逐层叠加的方式来构造物理实体的技术。
什么是3D打印技术?
3D打印技术
机械工程
控制工程
光学
热学
软件
材料科学
涉及领域
不同种类的快速成型系统因所用成形材料不同,成形原理和系统特点也各有不同。但都是基于离散堆积原理——分层制造,逐层叠加。
基本原理
基本流程
设计三维模型
把三维数字模型离散为面、线和点
再通过3D 打印设备分层堆积
三维的实物
组成
3D打印设备
主要指3D打印机
设计与控制软件
辅助设计人员制作产品的三维数字模型,并根据模型自动分析出打印的程序, 自动控制打印机和材料的操作。
打印材料
原材料必须能够液化、粉末化、丝化,在打印完成后又能重新结合起来, 并具有合格的物理、化学性能。
3D打印机是3D打印的核心装备。它是一种利用光固化和纸层叠等技术的快速成型装置。它与普通打印机工作原理基本相同,打印机内装有液体或粉末等“打印材料”,与电脑连接后,通过电脑控制把“打印材料”一层层叠加起来,最终把计算机上的蓝图变成实物。
3D打印机
3D打印机
喷射系统
成型环境子系统
数控系统
高精度机械系统
3D打印材料基本上可以分为高分子材料和金属材料两大类。高分子材料如光敏树脂、ABS、PC、尼龙粉、石膏粉、蜡等是打印主力材料;金属材料受工艺及自身特性局限,应用并不广泛。
打印材料
类型
3D打印有很多种工艺,如直接金属激光烧结(DMLS)、数字光处理(DLP)、熔丝制造(FFF)、融化压膜(MEM)、分层实体制造(LOM)、电子束熔化成型(EBM)、选择性热烧结(SHS)、粉末层3D打印(PP)等等。
3D
打印
工艺
分层实体制造LOM
立体光固造型SLA
选择性激光燃结SLS
熔融沉积成型FDM
打印紫外光照射固化的液体,精度可以达到每层厚度(~) mm。
在高强度激光照射下将粉末材料烧结在一起形成物体截面。
将高温熔化成液态的材料通过喷嘴挤压出一个个很小的球状颗粒, 这些颗粒喷出后立刻固化并逐层形成物体。
用激光切割一个薄层,然后一层层叠加。
特点及适用场合
3D打印技术处理的是计算机模型,人们能设计出全新的形状而不用考虑制造上可能存在的局限性;
它无需机械加工或制造出任何磨具,就能直接从计算机图形数据中生成零件;
可缩短产品研制周期与加工流程,提高生产率;
可提高材料利用率,降低成本;
还可以通过不同的定制,满足人们个性化需求。
3D打印是以数字化、网络化为基础,以个性化、短流程为特征,实现直接制造、桌边制造和批量定制。
优点
适用场合
3D打印技术特别适用于单件小批量生产,形状复杂,多层嵌套和具有空腔结构的零件或物体的制造。
应用领域
近年来,3D打印技术发展迅速,在各领域都取得了长足发展,已成为现代模型模具和零部件制造的有效手段。目前主要应用于汽车、航天军工、家电、船舶、医疗、影视、食品、创意等领域。