3D打印技術(shù)概論

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上快速成形課程報(bào)告劉新 摘要：3D打印作為快速成型領(lǐng)域的一種新興技術(shù)，目前正成為一種迅猛發(fā)展的潮流。英國經(jīng)濟(jì)學(xué)人雜志曾刊載封面文章，認(rèn)為3D打印技術(shù)將會(huì)使大規(guī)模的個(gè)性化生產(chǎn)成為可能，從而帶來生產(chǎn)技術(shù)的重大變革。眾多國內(nèi)外媒體也認(rèn)為：3D打印產(chǎn)業(yè)將成為一個(gè)具有廣闊前景的朝陽產(chǎn)業(yè)?！?】關(guān)鍵詞： 3D打印 快速成型 模型制作一、3D打印技術(shù)的含義及其發(fā)展情況1、3D一般含義3D打印技術(shù)，是一種以數(shù)字模型文件為基礎(chǔ)，運(yùn)用金屬粉末及塑料等可粘合材料，通過逐層打印的方式來構(gòu)造物體的方式?！?】而3D打印機(jī)則是根據(jù)電腦提供的數(shù)據(jù)模型，利用激光燒結(jié)、壓力粘合或粘合劑粘合等方式將打印機(jī)

2、中的材料制作成為三維實(shí)體的設(shè)備，它可以將設(shè)計(jì)者的設(shè)計(jì)結(jié)果與實(shí)體模型用“打印”按鈕連接起來，可以實(shí)現(xiàn)個(gè)人化生產(chǎn)。2、3D打印的發(fā)展情況（1）國際發(fā)展經(jīng)過十多年的探索和發(fā)展，3D打印技術(shù)有了長足的進(jìn)步，目前已經(jīng)能夠在0.01mm的單層厚度上實(shí)現(xiàn)600dpi的精細(xì)分辨率。目前國際上較先進(jìn)的產(chǎn)品可以實(shí)現(xiàn)每小時(shí)25mm厚度的垂直速率，并可實(shí)現(xiàn)24位色彩的彩色打印。目前，在全球3D打印機(jī)行業(yè)，美國3D Systems和Stratasys兩家公司的產(chǎn)品占據(jù)了絕大多數(shù)市場份額。此外，在此領(lǐng)域具有較強(qiáng)技術(shù)實(shí)力和特色的企業(yè)/研發(fā)團(tuán)隊(duì)還有美國的FabHome和Shapeways、英國的Reprap等。目前在歐美發(fā)達(dá)

3、國家，3D打印技術(shù)已經(jīng)初步形成了成功的商用模式。如在消費(fèi)電子業(yè)、航空業(yè)和汽車制造業(yè)等領(lǐng)域，3D打印技術(shù)可以以較低的成本、較高的效率生產(chǎn)小批量的定制部件，完成復(fù)雜而精細(xì)的造型。另外，3D打印技術(shù)獲得應(yīng)用的領(lǐng)域是個(gè)性化消費(fèi)品產(chǎn)業(yè)。如紐約一家創(chuàng)意消費(fèi)品公司Quirky通過在線征集用戶的設(shè)計(jì)方案，以3D打印技術(shù)制成實(shí)物產(chǎn)品并通過電子市場銷售，每年能夠推出60種創(chuàng)新產(chǎn)品，年收入達(dá)到100萬美元。（2）國內(nèi)發(fā)展自20世紀(jì)90年代以來，國內(nèi)多所高校開展了3D打印技術(shù)的自主研發(fā)。清華大學(xué)在現(xiàn)代成型學(xué)理論、分層實(shí)體制造、FDM工藝等方面都有一定的科研優(yōu)勢；華中科技大學(xué)在分層實(shí)體制造工藝方面有優(yōu)勢，并已推出了HR

4、P系列成型機(jī)和成型材料；西安交通大學(xué)自主研制了三維打印機(jī)噴頭，并開發(fā)了光固化成型系統(tǒng)及相應(yīng)成型材料，成型精度達(dá)到0.2mm；中國科技大學(xué)自行研制了八噴頭組合噴射裝置，有望在微制造、光電器件領(lǐng)域得到應(yīng)用。但總體而言，國內(nèi)3D打印技術(shù)研發(fā)水平與國外相比還有較大差距。近年來，國內(nèi)如深圳維示泰克、南京紫金立德、北京殷華、江蘇敦超等企業(yè)已實(shí)現(xiàn)了3D打印機(jī)的整機(jī)生產(chǎn)和銷售，這些企業(yè)共同的特點(diǎn)是由海外歸國團(tuán)隊(duì)建立，規(guī)模較小，產(chǎn)品技術(shù)與國外廠商同類產(chǎn)品相比尚處于低端。目前，國產(chǎn)3D打印機(jī)在打印精度、打印速度、打印尺寸和軟件支持等方面還難以滿足商用的需求，技術(shù)水平有待進(jìn)一步提升。在服務(wù)領(lǐng)域，我國東部發(fā)達(dá)城市已普

5、遍有企業(yè)應(yīng)用進(jìn)口3D打印設(shè)備開展了商業(yè)化的快速成型服務(wù)，其服務(wù)范圍涉及到模具制作、樣品制作、輔助設(shè)計(jì)、文物復(fù)原等多個(gè)領(lǐng)域。與內(nèi)地相比，我國港臺(tái)地區(qū)3D打印技術(shù)引入起步較早，應(yīng)用更為廣泛，但港臺(tái)主要著重于技術(shù)應(yīng)用，而非自主研發(fā)?！?】二、3D打印技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)分析1、3D打印的優(yōu)點(diǎn)與傳統(tǒng)模型加工技術(shù)相比，3D打印技術(shù)具有其獨(dú)特的優(yōu)勢。（1） 打印的零件精度高。（2） 產(chǎn)品制造周期短，制造流程簡單。（3） 可實(shí)現(xiàn)個(gè)性化制造。（4） 制造材料具有多樣性。（5） 制造復(fù)雜的一體零件。2、3D打印技術(shù)的問題（1）成本偏高。（2）打印的零件尺寸受限。（3）材料限制，某些特殊材料尚無法利用。（4）精度和速度受

6、到限制?！?】三、3D打印技術(shù)的應(yīng)用1、工業(yè)應(yīng)用“空氣單車”是位于英國布里斯托爾的歐洲航空防務(wù)和航天公司采用3D打印機(jī)，應(yīng)用3D打印技術(shù)制造出的世界上第一輛打印自行車。這輛自行車使用像鋼鐵和鋁合金一樣結(jié)實(shí)的尼龍材料，重量比金屬材料要輕65%。更有趣的是，“空氣單車”無論是車輪、鏈條還是軸承都是一次打印出來的，無需原來先制造零件再將零件組裝在一起的總裝流程，打印結(jié)束后，自行車就能夠活動(dòng)自如。自行車的制造過程就像在平面打印中打印不連續(xù)的線條一樣簡單，3D打印機(jī)能夠打印出空間彼此不相連的物體。2、醫(yī)學(xué)應(yīng)用在醫(yī)學(xué)上，采用3D打印將雙光子聚合物和生物功能材料組合修飾成毛細(xì)血管，不僅具有良好的彈性和人體相

7、容性，還能夠用于替換壞死的血管，與人造器官結(jié)合，部分取代藥物研發(fā)中的實(shí)驗(yàn)動(dòng)物。2011年10月在德國生物科技展（Biotechnical Fair）上，用3D打印機(jī)打印出來的人造毛細(xì)血管吸引了參會(huì)者的關(guān)注，這些人造毛細(xì)血管已經(jīng)在臨床醫(yī)學(xué)上應(yīng)用。3、日常生活應(yīng)用“3D食物打印機(jī)”是美國紐約康奈爾大學(xué)研制的食物制造設(shè)備。這部“3D食物打印機(jī)”采用了類似日常計(jì)算機(jī)打印機(jī)的工作原理，將食材和配料預(yù)先放入容器內(nèi)（墨盒）中，只需輸入所需食譜，通過所配套的CAD軟件就能把美食“印”出來。對(duì)不少廚師而言，這種烹飪的新廚具意味著他們可以創(chuàng)作新菜品，制作出更多個(gè)性美食，獲得更高的食物附加值。使用 “3D食物打印機(jī)

8、”制作食物，可以大幅地縮減從原材料到成品的環(huán)節(jié)，從而避免食物加工、運(yùn)輸、包裝等環(huán)節(jié)中的污染與保存等不利影響。由于烹飪的原料和配料必須放置在打印機(jī)的容器內(nèi)，因此食物原料必須是液體或其他可以“打印”的狀態(tài)。4、IT應(yīng)用最近，迪士尼的一組研究人員利用3D打印技術(shù)在與有機(jī)玻璃同樣效果的高透光塑料上，以低廉造價(jià)打印出了LCD屏幕與多種傳感器，實(shí)現(xiàn)了IT應(yīng)用中的新突破。利用3D打印光導(dǎo)管可以制造出高科技的國際象棋，這些國際象棋的棋子可以偵測并顯示當(dāng)前位置。盡管這種單色屏與日常生活中見到豐富多彩的顯示屏相比有些微不足道，但其擁有3D打印技術(shù)成本低廉、制造工藝簡單的優(yōu)勢。除了顯示屏，利用3D打印技術(shù)外光來偵測

9、觸摸、振動(dòng)等刺激，并將結(jié)果輸出。3D打印技術(shù)必將為智慧生活和智慧城市創(chuàng)造出更多的IT應(yīng)用?！?】四、3D打印機(jī)的發(fā)展前景隨著智能制造的進(jìn)一步發(fā)展成熟，新的信息技術(shù)、控制技術(shù)、材料技術(shù)等不斷被廣泛應(yīng)用到制造領(lǐng)域，3D打印技術(shù)也將被推向更高的層面。未來，3D打印技術(shù)的發(fā)展將體現(xiàn)出精密化、智能化、通用化以及便捷化等主要趨勢。提升3D打印的速度、效率和精度，開拓并行打印、連續(xù)打印、大件打印、多材料打印的工藝方法，提高成品的表面質(zhì)量、力學(xué)和物理性能，以實(shí)現(xiàn)直接面向產(chǎn)品的制造；開發(fā)更為多樣的3D打印材料，如智能材料、功能梯度材料、納米材料、非均質(zhì)材料及復(fù)合材料等，特別是金屬材料直接成型技術(shù)有可能成為今后研

10、究與應(yīng)用的又一個(gè)熱點(diǎn)；3D打印機(jī)的體積小型化、桌面化，成本更低廉，操作更加簡便，更加適應(yīng)分布化生產(chǎn)、設(shè)計(jì)與制造一體化的需求以及家庭日常應(yīng)用的需求；軟件集成化，實(shí)現(xiàn)CAD/CAPP/RP的一體化，使設(shè)計(jì)軟件和生產(chǎn)控制軟件能夠無縫對(duì)接，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)者直接聯(lián)網(wǎng)控制的遠(yuǎn)程在線制造；拓展3D打印技術(shù)在生物醫(yī)學(xué)、建筑、車輛、服裝等更多行業(yè)領(lǐng)域的創(chuàng)造性應(yīng)用?！?】五、課程體會(huì)通過本課程的學(xué)習(xí)，了解了快速成形技術(shù)（3D打?。┑囊话阍砗凸ぷ鬟^程，并且親身體會(huì)了3D打印成形的從畫圖到打印的整個(gè)過程，提高了三維作圖能力且學(xué)會(huì)了小型臺(tái)式3D打印機(jī)的操作方法。課程所用的3D打印機(jī)由直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)，可實(shí)現(xiàn)精確的運(yùn)動(dòng)軌跡控制。另外，溫度