三維打印綜述

1、 三維打印三維打印學號： xxxxx姓名： xxxxCAD技術與方法技術與方法 第一節(jié)第一節(jié) 三維打印的三維打印的定義定義 第三節(jié)第三節(jié) 研究現(xiàn)狀研究現(xiàn)狀綜述綜述 第四節(jié)第四節(jié) 研究方向的研究方向的探討與總結(jié)探討與總結(jié) 第二節(jié)第二節(jié) 三維打印的三維打印的優(yōu)缺點優(yōu)缺點 主要內(nèi)容主要內(nèi)容( 附：參考文獻 )三維打印（Three Dimensional Printing，3DP）是一種基于微噴技術，從噴嘴噴射出液態(tài)微滴或連續(xù)的熔融材料束，按一定路徑逐層堆積成形的快速成形（Rapid Prototyping，RP）技術，最早是由美國麻省理工大學（MIT）開發(fā)。三維打印的定義三維打印的定義從廣義上來說，

2、大多數(shù)的增量疊層制造技術，如熔融塑料涂層（FDM），選擇性激光燒結(jié)（SLS），光固化立體造型（SLA）和激光熔融（SLM）都可視為三維打印。（1）運行成本低、操作簡單、成形無污染、適合辦公室環(huán)境、打印速度快、可制作精細、復雜的零件、適合小批量訂制。三維打印的三維打印的優(yōu)優(yōu)缺缺1（2）三維打印是一種直接數(shù)字化制造（Direct Digital Manufacturing），根據(jù)三維CAD模型進行分層切片得到各層截面的二維輪廓形狀，從而應用增材制造技術可直接制造出產(chǎn)品。不僅省略了零件加工、裝配等中間工序，且無需昂貴的刀具或模具。（3）三維打印無需考慮產(chǎn)品的工藝性，結(jié)構(gòu)和形狀是否復雜，其設計思想并不

3、受限于傳統(tǒng)制造方法，可使零部件結(jié)構(gòu)設計更加合理、質(zhì)量更輕、材料更節(jié)省。例如，對于航空航天產(chǎn)品而言，每輕1kg都會使得產(chǎn)品性能和經(jīng)濟效益大幅度提升。三維打印的三維打印的優(yōu)優(yōu)缺缺2（4）三維打印可制造完全定制或個性化的獨特產(chǎn)品，同時在未售出之前只需存儲在計算機中，無需實體倉庫。（5）三維打印能同時處理多種材料、制造復雜結(jié)構(gòu)，因此在特殊材料的成型和功能梯度成型方面有強大的優(yōu)勢，在國外已被廣泛應用于生物醫(yī)學領域和微細加工領域等特殊場合。三維打印的三維打印的優(yōu)優(yōu)缺缺3（1）與塑料注射機等成熟的大批量成形技術相比，三維打印的成本過高；與傳統(tǒng)切削加工技術相比，產(chǎn)品的尺寸精度較低、表面精度較差（可能會影響產(chǎn)品

4、某些性能，如空氣動力學性能）。（2）材料限制。三維打印可選擇的材料范圍較窄，大多數(shù)是非金屬復合材料或聚合物材料，多材料的打印技術還比較單調(diào)。三維打印的優(yōu)三維打印的優(yōu)缺缺1（3）格式轉(zhuǎn)換中容易出現(xiàn)模型面結(jié)構(gòu)破損或發(fā)現(xiàn)不正確的問題，需要模型修復。（4）由于二維切層單方面羅列，打印表面出現(xiàn)顆粒效果、層紋，即臺階效應。三維打印的優(yōu)三維打印的優(yōu)缺缺2三維打印機介紹三維打印機介紹*一、一、提高提高3D打印制件的機械性能、表面質(zhì)量和精度一直是一個打印制件的機械性能、表面質(zhì)量和精度一直是一個重要的研究方向。重要的研究方向。研究現(xiàn)狀綜述研究現(xiàn)狀綜述11. Kathy Lu, Matthew Hiser 用不同的

5、尺寸的顆粒粉末（20um150um）通過3D打印同一網(wǎng)格結(jié)構(gòu)件，對比了它們的表面成形質(zhì)量，得出了粉末顆粒越小，用其印制出的構(gòu)件毛胚強度越大、表面質(zhì)量越光滑一、一、提高提高3D打印制件的機械性能、表面質(zhì)量和精度一直是一個打印制件的機械性能、表面質(zhì)量和精度一直是一個重要的研究方向。重要的研究方向。研究現(xiàn)狀綜述研究現(xiàn)狀綜述22.Mohammad Vaezi 研究了不同層厚（0.087mm，0.1mm）和不同粘結(jié)劑的飽和度（90%125%）對機械性能、表面精度的影響。通過實驗證明相同層厚下，拉伸強度和抗撓強度隨著粘結(jié)劑的飽和度上升而上升，而表面質(zhì)量下降；相同飽和度的粘結(jié)劑下，增加層厚會減小抗拉伸強度，

6、增加抗撓強度和表面質(zhì)量一、一、提高提高3D打印制件的機械性能、表面質(zhì)量和精度一直是一個打印制件的機械性能、表面質(zhì)量和精度一直是一個重要的研究方向。重要的研究方向。研究現(xiàn)狀綜述研究現(xiàn)狀綜述33.Jintamai Suwanprateeb 提出了一種粘結(jié)劑雙滲透法用于3D打印，在潮濕環(huán)境下減少打印件的吸水率，顯著的提高它的機械性能，適用于生物醫(yī)生領域。一、一、提高提高3D打印制件的機械性能、表面質(zhì)量和精度一直是一個打印制件的機械性能、表面質(zhì)量和精度一直是一個重要的研究方向。重要的研究方向。研究現(xiàn)狀綜述研究現(xiàn)狀綜述44.C.Aghanajafi 和 S.Daneshmand 用普通全鋼制的炮彈模型和

7、部分用3D打印代替的炮彈模型在不同馬赫數(shù)、不同攻角進行了風洞測試，得出了后者由于制件表面質(zhì)量及精度影響在空氣動力學特性上與前者略有差別，但趨勢相同。二、二、多材料模型的成型技術也是三維打印的一個研究熱點，近多材料模型的成型技術也是三維打印的一個研究熱點，近年來取得有一定進展。年來取得有一定進展。研究現(xiàn)狀綜述研究現(xiàn)狀綜述51. Yakovlev等研究了具有梯度材料的三維物體的激光直接成型方法。2. Choi等采用基于拓撲層次的路徑規(guī)劃研究了多材料疊層制造工藝。二、二、多材料模型的成型技術也是三維打印的一個研究熱點，近多材料模型的成型技術也是三維打印的一個研究熱點，近年來取得有一定進展。年來取得有

8、一定進展。研究現(xiàn)狀綜述研究現(xiàn)狀綜述63.在2013年的Siggreph會議上，麻省理工學院（MIT）計算機與人工智能實驗室（CSAIL）的研究人員介紹了受渲染管線原理啟發(fā)而開發(fā)的用于多材料復雜結(jié)構(gòu)3D打印的軟件OpenFab，它首先實現(xiàn)了可編程和可擴展制造管線，支持幾何細節(jié)、材料組成、著色的程序化評估，能夠輕松高效的繪制多材料3D打印模型。二、二、多材料模型的成型技術也是三維打印的一個研究熱點，近多材料模型的成型技術也是三維打印的一個研究熱點，近年來取得有一定進展。年來取得有一定進展。研究現(xiàn)狀綜述研究現(xiàn)狀綜述74. 解決多材料3D打印最突出的一個問題如何根據(jù)構(gòu)件的功能或性能描述來計算出構(gòu)件的材

9、料組成（Specification to fabrication, Spec2Fab）,Desai Chen和David I.W.Levin等人提出了一種基于“減速樹”和調(diào)“調(diào)諧器網(wǎng)絡”兩種新的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的抽象機制用于簡化已有的相關算法設計、發(fā)展、實施和重用。 三、國內(nèi)研究現(xiàn)狀三、國內(nèi)研究現(xiàn)狀研究現(xiàn)狀綜述研究現(xiàn)狀綜述31. 國內(nèi)張曙、伍詠輝等人介紹了三維打印在產(chǎn)品的概念原型與功能原型件制造、生物醫(yī)學工程、制藥工程和微制造領域內(nèi)的最新進展以及展望了其燦爛的應用前景。2. 李曉燕等人介紹了簡單三維打印系統(tǒng)的開發(fā)實例和成形參數(shù)對零件制作質(zhì)量的影響；利用均勻設計的方法對三維打印所用成形粉末配方進行了研究

10、，建立了粉末配方的多目標優(yōu)化模型。三、國內(nèi)研究現(xiàn)狀三、國內(nèi)研究現(xiàn)狀研究現(xiàn)狀綜述研究現(xiàn)狀綜述33. 劉厚才、儲愛民等人研究了三維打印的制作方向?qū)α慵砻娴馁|(zhì)量的影響，建立了與之相對的優(yōu)化應數(shù)學模型，求出了最優(yōu)制作方向以提高零件的表面質(zhì)量，較好的解決了三維打印普遍存在的臺階效應問題。另外，針對三維打印快速成型層面位圖的生成算法，他們還提出一種具有良好魯棒性基于輪廓邊的快速求交算法。4. 王天明、顏永年等人概述了當前三維打印的研究熱點以及預測了其發(fā)展趨勢。在設計的角度而言，3D打印的出現(xiàn)實現(xiàn)了“manufacturing-to-design”（面向設計的制造），使得設計的自由度大大增加。制造的功能零

11、件不僅無結(jié)構(gòu)與形狀的限制，而且可以具有材料梯度、結(jié)構(gòu)梯度和特殊空隙的復雜而又精密的形狀。從打印過程來看，前半部是一種典型的虛擬制造，后半部由CAD模型數(shù)據(jù)驅(qū)動噴頭進行打印，所以可分別從這兩方面進行研究：研究方向的探討與總結(jié)研究方向的探討與總結(jié)1一、算法改進：（1）改良3D打印層面位圖的生成算法。（2）面向用戶，改進基于幾何與材質(zhì)對打印模型結(jié)構(gòu)進行分析優(yōu)化的算法（簡單、可靠、計算量?。＃?）研究3D打印零件最優(yōu)制作方向。研究方向的探討與總結(jié)研究方向的探討與總結(jié)2二、打印工藝參數(shù)的優(yōu)化：（1）研究3D打印機本身的參數(shù)（噴頭到粉末層的距離、層厚、噴射掃描速度、鋪粉棍運參數(shù)、打印后處理工藝）對成形件

12、的表面質(zhì)量和精度及機械性能的影響，并進行優(yōu)化。（2）研究成形材料參數(shù)（粉末配方、粉末顆粒大小、粘結(jié)劑飽和度）對制件成形質(zhì)量的影響，并進行優(yōu)化。 （3）數(shù)字化材料的設計與優(yōu)化。 1、彩色STL模型的建立與切片。 2、異質(zhì)材料3D打印技術的算法研究與軟件開發(fā)。 3、多個數(shù)字化打印噴頭的路徑規(guī)劃。研究方向的探討與總結(jié)研究方向的探討與總結(jié)3三、其他熱點： 1LM三維實體文件的輸出格式（STL-?）：STL文件格式分層處理是RP行業(yè)的標準。將實體進行表面三角化處理的這種方法會對原型的堆砌帶來原理性的誤差。未來趨勢是直接對STEP或NURBS處理過的實體模型進行分層。 2. 可變的分層厚度：通過分層厚 度算法實現(xiàn)在曲率變化平緩的區(qū)域分層厚度大一些，在曲率變化急劇的區(qū)域分層厚度小些，既可以提高打印效率又可以有效的