3D打印技術(shù)的缺點(diǎn)及解決辦法.doc

一、 結(jié)合現(xiàn)有3D打印技術(shù)的研究現(xiàn)狀，闡述現(xiàn)有3D打印技術(shù)的缺點(diǎn)，以及該缺點(diǎn)的解決辦法，針對(duì)現(xiàn)有某一種3D打印方法進(jìn)行改進(jìn)。簡(jiǎn)述3D打印技術(shù)未來(lái)的發(fā)展方向（2000字以上）。現(xiàn)有3D打印技術(shù)的缺點(diǎn)及解決方法1、材料的限制目前主流的3D打印技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)聚合物塑料、某些金屬或者陶瓷打印，但目前無(wú)法實(shí)現(xiàn)打印的材料還非常多。材料的限制主要表現(xiàn)為兩個(gè)方面的限制，一方面，目前的3D打印技術(shù)可打印的材料種類有限，無(wú)法完全適應(yīng)工業(yè)生產(chǎn)中所需的各種各樣的材料的打印。這使得3D打印技術(shù)只能應(yīng)用于一些特定場(chǎng)合，普及推廣仍有很大的障礙。另一方面，針對(duì)特定的3D打印機(jī)，可打印的材料種類更是特定的幾種或幾類，這使得針對(duì)每種或每類材料，就需要設(shè)計(jì)專屬的3D打印機(jī)，通用性不如傳統(tǒng)的機(jī)械加工好。雖然目前在多材料打印上已經(jīng)取得了一定的進(jìn)展，但除非這些進(jìn)展達(dá)到成熟并有效，否則材料依然會(huì)是3D打印的一大障礙。解決方法：針對(duì)以上兩方面問題，可以以這樣的思路尋求解決方案。一、研發(fā)新材料，這也是國(guó)家目前大力發(fā)展的方向。通過研發(fā)新型的打印性能好、材料性能還能達(dá)到傳統(tǒng)材料要求材料，提高3D打印技術(shù)的通用性。二、提高3D打印機(jī)本身的通用性?？梢詮哪K化設(shè)計(jì)角度出發(fā)，本體結(jié)構(gòu)保持一致，對(duì)不同種類或類型的材料，只改變部分部件如噴頭，而且部件的拆裝性能要好，方便更換。2、打印效率低效率低可以從兩個(gè)角度進(jìn)行分析。一、與傳統(tǒng)機(jī)械加工比較，機(jī)械加工是在毛坯的基礎(chǔ)上減材形成，通常毛坯和零件之間相差的材料較少，即需要去除的材料少，加工比較快；而3D打印技術(shù)必須將所有零件實(shí)體所需材料通過增材方式堆疊，材料體積大。所以從去除或堆疊得材料體積量來(lái)比較，增材的體積量通常比減材的體積量要大。二、從成型運(yùn)動(dòng)方面考慮，傳統(tǒng)的機(jī)械加工主運(yùn)動(dòng)多為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，而3D打印技術(shù)為直線運(yùn)動(dòng)，旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)更容易達(dá)到更大的速度，而且保持一定的穩(wěn)定性，3D打印技術(shù)的掃描運(yùn)動(dòng)為直線運(yùn)動(dòng)，很難達(dá)到較大的速度。因此，3D打印技術(shù)不僅所需加工的體積量大，而且運(yùn)動(dòng)速度受限，所以綜合加工效率低。解決方法：針對(duì)問題一，可以考慮在一定的規(guī)則毛坯材料上增材，減少需要打印的材料量，主要是用于大批量生產(chǎn)情況下，預(yù)先設(shè)計(jì)一系列實(shí)體輪廓中所包含的最小毛坯，在毛坯的基礎(chǔ)上打印。針對(duì)問題二，從機(jī)構(gòu)學(xué)角度，可以設(shè)計(jì)可高速運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu) ，如并聯(lián)機(jī)構(gòu)。另外也需要協(xié)調(diào)設(shè)計(jì)材料，增快其熔融速度或凝固速度。還可以從軟件及軌跡規(guī)劃角度著手，采用梯度設(shè)計(jì)思想，對(duì)于有強(qiáng)度等方面要求的，填充率選擇大一些，其他部分填充率小一些，而不是像目前整個(gè)實(shí)體都選擇同一填充率。3、質(zhì)量和精度低：首先是質(zhì)量問題，由于3D打印采用“分層制造，層層疊加”的增材制造工藝，層與層之間的結(jié)合再緊密，也無(wú)法和傳統(tǒng)模具整體澆鑄而成的零件相媲美，而零件材料的微觀組織和結(jié)構(gòu)決定了零件的物理性能如強(qiáng)度、剛度、耐磨性、耐疲勞性、氣密性等大多不能滿足工程實(shí)際的使用要求。其次是精度問題，由于3D打印技術(shù)固有的成型原理及發(fā)展還不完善，其打印成型零件的精度包括尺寸精度、形狀精度和表面粗糙度都較差，不能作為功能性零件，只能做原型件使用，從而其應(yīng)用將大打折扣。解決方法：對(duì)于質(zhì)量問題，可以考慮從打印路徑的角度出發(fā)，使打印紋理走勢(shì)與零件主要受力方向一致，增加其強(qiáng)度，防止在力的作用下，零件發(fā)生撕裂或破壞。對(duì)于精度問題，盡可能研究高分辨率打印技術(shù)，將層分辨率降低，但也要考慮與打印效率的匹配問題。另外可以增減材技術(shù)相結(jié)合，通過減材技術(shù)進(jìn)行表面處理或其他后處理。二、針對(duì)現(xiàn)有的一種3D打印方法的改進(jìn)針對(duì)SLA打印原理，是利用一個(gè)紫外激光器進(jìn)行二維掃描，來(lái)實(shí)現(xiàn)逐層材料的固化，這樣掃描會(huì)特別慢，效率較低。提出這樣的改進(jìn)思路：將單個(gè)激光器改為一種二維的屏幕型激光器，通過程序控制，將三維模型進(jìn)行實(shí)體分層，然后每打印一層，該面激光器顯示的就是該層的形狀，從而實(shí)現(xiàn)該層的直接成型，而省去了掃描的程序，這樣打印速率會(huì)明顯提高，這樣效率會(huì)提高很多。三、3D打印技術(shù)未來(lái)的發(fā)展方向1、材料方面:在新材料技術(shù)的推動(dòng)下，更多的材料種類可以被打印，而且材料的性能比現(xiàn)有材料更好。同一打印機(jī)可打印的材料種類增多，是的3D打印技術(shù)更加普及。2、效率方面:從硬件和軟件層面都較現(xiàn)有技術(shù)有提高，打印效率實(shí)現(xiàn)質(zhì)的飛躍。3、質(zhì)量和精度方面：通過改進(jìn)現(xiàn)有技術(shù)，或者與其他工藝結(jié)合，質(zhì)量和精度都可以達(dá)到零件的要求，而并非只能打印快速原型。4、多材料復(fù)合打印:在材料種類越來(lái)越多、材料性能越來(lái)越好的情況下，多材料復(fù)合打印更能充分發(fā)揮各種材料的性能優(yōu)勢(shì)，是未來(lái)的一個(gè)發(fā)展趨勢(shì)。4、新型原理的出現(xiàn):3D打印技術(shù)是比較廣義的定義，事實(shí)上只要能進(jìn)行材料增加的技術(shù) 都可 用于3D打印，尤其是在微納3D打印技術(shù)方面，各種新技術(shù)在最近幾年已經(jīng)大量涌現(xiàn)。5、應(yīng)用領(lǐng)域變廣:目前的3D打印技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用于制造領(lǐng)域、建筑領(lǐng)域、航天、軍工、汽車、生物科技等領(lǐng)域，在未來(lái)的發(fā)展中，學(xué)科交叉已經(jīng)成為熱門趨勢(shì)，因此3D打印也會(huì)向更多的領(lǐng)域延伸。6、生產(chǎn)模式的改變：隨著3D打印技術(shù)的進(jìn)一步普及，工業(yè)領(lǐng)域的生產(chǎn)與設(shè)計(jì)模式會(huì)發(fā)生一些顯著的變化，生產(chǎn)方式也會(huì)發(fā)生相應(yīng)的變化，定制化個(gè)性化的生產(chǎn)成為可能。二、根據(jù)現(xiàn)有3D打印技術(shù)相關(guān)知識(shí)，設(shè)計(jì)一種新的3D打印方法，可結(jié)合目前尚未用于3D打印領(lǐng)域的相關(guān)技術(shù)。畫出所設(shè)計(jì)技術(shù)的原理圖，并詳分步驟細(xì)說(shuō)明其工作原理、實(shí)施步驟和優(yōu)點(diǎn)。實(shí)現(xiàn)FDM多種材料復(fù)合打印的一些想法: 可打印的材料有不同的種類，每種材料具有各自的優(yōu)勢(shì)，如強(qiáng)度、剛度、輕質(zhì)等方面。 對(duì)于每一種材料，又有幾個(gè)不同的系列，體現(xiàn)為材料力學(xué)性能的不同，分別用于不同的零件要求。 每種材料都設(shè)計(jì)特定的噴嘴，這種噴頭是標(biāo)準(zhǔn)化、系列化的，方便更換，更換方式可參考加工中心刀庫(kù)換刀的方式進(jìn)行。 每種噴頭可打印一系列的材料，這些材料有預(yù)先的安裝接口，當(dāng)更換材料系列時(shí)，噴頭部件移動(dòng)到相應(yīng)接口，材料方便送入噴頭。 實(shí)際打印操作時(shí)，可結(jié)合工程分析軟件，對(duì)零件力學(xué)性能要求進(jìn)行分析，可以將零件不同部位用不同材料進(jìn)行打印，各自充分發(fā)揮各種材料的性能優(yōu)勢(shì)，使整體的零件能達(dá)到實(shí)用要求。例如承受應(yīng)力較小的部分，可以用低強(qiáng)度材料，如果有減重要求，此時(shí)可選用輕質(zhì)材料；承受應(yīng)力較大的部分，選用高強(qiáng)度材料