三維打印不同于二維打印

1、三維打印不同于二維打印，三維打印更加的立體和只能，能打印各種立體的構(gòu)件。三維印刷即快速成形技術(shù)的一種，它是一種數(shù)字模型文件為基礎(chǔ)，運(yùn)用粉末狀金屬或塑料等可粘合材料，通過(guò)逐層打印的方式來(lái)構(gòu)造物體的技術(shù)。過(guò)去其常在模具制造、工業(yè)設(shè)計(jì)等領(lǐng)域被用于制造模型，現(xiàn)正逐漸用于一些產(chǎn)品的直接制造。特別是一些高價(jià)值應(yīng)用（比如髖關(guān)節(jié)或牙齒，或一些飛機(jī)零部件）已經(jīng)有使用這種技術(shù)打印而成的零部件?！叭S打印”意味著這項(xiàng)技術(shù)的普及。三維打印的設(shè)計(jì)過(guò)程是：先通過(guò)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）或計(jì)算機(jī)動(dòng)畫建模軟件建模，再將建成的三維模型“分區(qū)”成逐層的截面，從而指導(dǎo)打印機(jī)逐層打印。打印機(jī)通過(guò)讀取文件中的橫截面信息，用液體狀、粉狀

2、或片狀的材料將這些截面逐層地打印出來(lái)，再將各層截面以各種方式粘合起來(lái)從而制造出一個(gè)實(shí)體。這種技術(shù)的特點(diǎn)在于其幾乎可以造出任何形狀的物品。RP技術(shù)快速成型技術(shù)，又叫快速成形、快速原型（簡(jiǎn)稱RP技術(shù)）；英文：RAPIDPROTOTYPING（簡(jiǎn)稱RP技術(shù)），或RAPIDPROTOTYPINGMANUFACTUREING，簡(jiǎn)稱RPM。RP技術(shù)是在現(xiàn)代CAD/CAM技術(shù)、激光技術(shù)、計(jì)算機(jī)數(shù)控技術(shù)、精密伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)以及新材料技術(shù)的基礎(chǔ)上集成發(fā)展起來(lái)的。不同種類的快速成型系統(tǒng)因所用成形材料不同，成形原理和系統(tǒng)特點(diǎn)也各有不同。但是，其基本原理都是一樣的，那就是分層制造，逐層疊加，類似于數(shù)學(xué)上的積分過(guò)程。形象

3、地講，快速成形系統(tǒng)就像是一臺(tái)立體打印機(jī)”。RP技術(shù)的優(yōu)越性顯而易見(jiàn)：它可以在無(wú)需準(zhǔn)備任何模具、刀具和工裝卡具的情況下，直接接受產(chǎn)品設(shè)計(jì)（CAD）數(shù)據(jù)，快速制造出新產(chǎn)品的樣件、模具或模型。因此，RP技術(shù)的推廣應(yīng)用可以大大縮短新產(chǎn)品開發(fā)周期、降低開發(fā)成本、提高開發(fā)質(zhì)量。由傳統(tǒng)的”去除法到今天的增長(zhǎng)法”，由有模制造到無(wú)模制造，這就是RP技術(shù)對(duì)制造業(yè)產(chǎn)生的革命性意義。逆向工程逆向工程（又稱逆向技術(shù)），是一種產(chǎn)品設(shè)計(jì)技術(shù)再現(xiàn)過(guò)程，即對(duì)一項(xiàng)目標(biāo)產(chǎn)品進(jìn)行逆向分析及研究，從而演繹并得出該產(chǎn)品的處理流程、組織結(jié)構(gòu)、功能特性及技術(shù)規(guī)格等設(shè)計(jì)要素，以制作出功能相近，但又不完全一樣的產(chǎn)品。逆向工程源于商業(yè)及軍事領(lǐng)域中

4、的硬件分析。其主要目的是在不能輕易獲得必要的生產(chǎn)信息的情況下，直接從成品分析，推導(dǎo)出產(chǎn)品的設(shè)計(jì)原理。逆向工程被廣泛地應(yīng)用到新產(chǎn)品開發(fā)和產(chǎn)品改型設(shè)計(jì)、產(chǎn)品仿制、質(zhì)量分析檢測(cè)等領(lǐng)域，它的作用是：1縮短產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、開發(fā)周期，加快產(chǎn)品的更新?lián)Q代速度；2、降低企業(yè)開發(fā)新產(chǎn)品的成本與風(fēng)險(xiǎn)；3、加快產(chǎn)品的造型和系列化的設(shè)計(jì)；4、適合單件、小批量的零件制造，特別是模具的制造，可分為直接制模與間接制模法。直接制模法：基于RP技術(shù)的快速直接制模法是將模具CAD的結(jié)果由RP系統(tǒng)直接制造成型。該法既不需用RP系統(tǒng)制作樣件，也不依賴傳統(tǒng)的模具制造工藝，對(duì)金屬模具制造而言尤為快捷，是一種極具開發(fā)前景的制模方法；間接制模法

5、：間接制模法是利用RP技術(shù)制造產(chǎn)品零件原型，以原型作為母模、模芯或制模工具（研磨模），再與傳統(tǒng)的制模工藝相結(jié)合，制造出所需模具。（1）FDM（fuseddepositionModeling）絲狀材料選擇性熔覆快速原型工藝是一種不依靠激光作為成型能源、而將各種絲材（如工程塑料、聚碳酸酯）加熱熔化進(jìn)而堆積成型方法，簡(jiǎn)稱絲狀材料選擇性熔覆機(jī)械設(shè)計(jì)機(jī)械加工設(shè)計(jì)軟件機(jī)械工程師設(shè)備管理焊接液壓鑄造密封測(cè)量工程機(jī)械粉末冶金軸承齒輪泵閥工業(yè)自動(dòng)化9D#ZH0HT.K5K8M%e原理如下：加熱噴頭在計(jì)算機(jī)的控制下，根據(jù)產(chǎn)品零件的截面輪廓信息，作平面運(yùn)動(dòng)，熱塑性絲狀材料由供絲機(jī)構(gòu)送至熱熔噴頭，并在噴頭中加熱和熔化

6、成半液態(tài)，然后被擠壓出來(lái)，有選擇性的涂覆在工作臺(tái)上，快速冷卻后形成一層大約0.127mm厚的薄片輪廓。一層截面成型完成后工作臺(tái)下降一定高度，再進(jìn)行下一層的熔覆，好像一層層畫出截面輪廓，如此循環(huán)，最終形成三維產(chǎn)品零件。這種工藝方法同樣有多種材料可供選用，如工程塑料；聚碳酸酯、工程塑料PPSF:以及ABS與PC的混合料等。這種工藝干凈，易于操作，不產(chǎn)生垃圾，并可安全地用于辦公環(huán)境，沒(méi)有產(chǎn)生毒氣和化學(xué)污染的危險(xiǎn)。適合于產(chǎn)品設(shè)計(jì)的概念建模以及產(chǎn)品的形狀及功能測(cè)試。專門開發(fā)的針對(duì)醫(yī)用的材料ABS-i:因?yàn)槠渚哂辛己玫幕瘜W(xué)穩(wěn)定性，可采用伽碼射線及其他醫(yī)用方式消毒，特別適合于醫(yī)用。FDM快速原型技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是

7、：制造系統(tǒng)可用于辦公環(huán)境，沒(méi)有毒氣或者化學(xué)物質(zhì)的污染。一次成型，易于操作且不產(chǎn)生垃圾。獨(dú)有的水溶性支撐技術(shù)，使得去除支撐結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單易行，可快速構(gòu)件瓶狀或者中空零件以及一次成型的裝配結(jié)構(gòu)件。原材料以材料卷的形式提供，易于搬運(yùn)和快速更換?？蛇x用多種材料，如各種色彩的工程塑料以及醫(yī)用ABS等。快速原型技術(shù)的缺點(diǎn)是：成型精度先對(duì)于國(guó)外先進(jìn)的SLA工藝較低。最高精度，成型表面光潔度不如國(guó)外。（2）SLA:成型速度相對(duì)較慢光敏樹脂選擇性固化是采用立體雕刻（Stereolithography）原理的一種工藝的簡(jiǎn)稱，是最早出現(xiàn)的一種快速成型技術(shù)。在樹脂槽中盛滿液態(tài)光敏樹脂，它在紫外激光束的照射下會(huì)快速固化。成型

8、過(guò)程開始時(shí)，可升降的工作臺(tái)處于液面下一個(gè)截面層厚的高度，聚焦后的激光束，在計(jì)算機(jī)的控制下，按照截面輪廓的要求，沿液面進(jìn)行掃描，使被掃描區(qū)域的樹脂固化，從而得到該截面輪廓的樹脂薄片。然后，工作臺(tái)下降一層薄片的高度，以固化的樹脂薄片就被一層新的液態(tài)樹脂所覆蓋，以便進(jìn)行第二層激光掃描固化，新固化的一層牢粘結(jié)在前一層上，如此重復(fù)不已，直到整個(gè)產(chǎn)品成型完畢。最后升降臺(tái)升出液體樹脂表面，取出工件，進(jìn)行清洗、去處支撐、二次固化以及表面光潔處理等。光敏樹脂選擇性固化快速成型技術(shù)適合于制作中小形工件，能直接得到樹脂或類似工程塑料的產(chǎn)品。主要用于概念模型的原型制作，或用來(lái)做簡(jiǎn)單裝配檢驗(yàn)和工藝規(guī)劃?？焖僭图夹g(shù)的優(yōu)

9、點(diǎn)是：表面質(zhì)量好；成型精度較高，精度在0.1mm系統(tǒng)分辨率較高。SLA技術(shù)的缺點(diǎn)：需要專用的實(shí)驗(yàn)室環(huán)境，成型件需要后處理，比如：二次固化，防潮處理等工序。、尺寸穩(wěn)定性差，隨著時(shí)間推移，樹脂會(huì)吸收空氣中的水分，導(dǎo)致軟薄部分的翹曲變形，進(jìn)而極大地影響成型件的整體尺寸精度；氦鎘激光管的壽命僅30小時(shí)，價(jià)格較昂貴，由于需對(duì)整個(gè)截面進(jìn)行掃描固化，成型時(shí)間較長(zhǎng)，因此制作成本相對(duì)較高?？蛇x擇的材料種類有限，必須是光敏樹脂。由這類樹脂制成的工件在大多數(shù)情況下都不能進(jìn)行耐久性和熱性能試驗(yàn)，且光敏樹脂對(duì)環(huán)境有污染，使皮膚過(guò)敏。需要設(shè)計(jì)工件的支撐結(jié)構(gòu)，以便確保在成型過(guò)程中制作的每一個(gè)結(jié)構(gòu)部位都能可靠定位，支撐結(jié)構(gòu)需

10、在未完全固化時(shí)手工去除，容易破壞成型件。（3）SLS:（Sleetedlasersintering）粉末材料選擇性燒結(jié)是一種快速原型工藝，簡(jiǎn)稱粉末材料選擇性燒結(jié)采用二氧化碳激光器對(duì)粉末材料（塑料粉等與粘結(jié)劑的混合粉）進(jìn)行選擇性燒結(jié)，是一種由離散點(diǎn)一層層堆集成三維實(shí)體的快速成型方法。粉末材料選擇性燒結(jié)采用二氧化碳激光器對(duì)粉末材料(塑料粉、陶瓷與粘結(jié)劑的混合粉、金屬與粘結(jié)劑的混合粉等)進(jìn)行選擇性燒結(jié)，是一種由離散點(diǎn)一層層對(duì)集成三維實(shí)體的工藝方法。在開始加工之前，先將充有氮?dú)獾墓ぷ魇疑郎?，并保持在粉末的熔點(diǎn)以下。成型時(shí)，送料筒上升，鋪粉滾筒移動(dòng)，先在工作平臺(tái)上鋪一層粉末材料，然后激光束在計(jì)算機(jī)控制下

11、按照截面輪廓對(duì)實(shí)心部分所在的粉末進(jìn)行燒結(jié)，使粉末溶化繼而形成一層固體輪廓。第一層燒結(jié)完成后，工作臺(tái)下降一截面層的高度，在鋪上一層粉末，進(jìn)行下一層燒結(jié)，如此循環(huán)，形成三維的原型零件。最后經(jīng)過(guò)5-10時(shí)冷卻，即可從粉末缸中取出零件。未經(jīng)燒結(jié)的粉末能承托正在燒結(jié)的工件，當(dāng)燒結(jié)工序完成后，取出零件。粉末材料選擇性燒結(jié)工藝適合成型中小件，能直接的到塑料、陶瓷或金屬零件，零件的翹曲變形比液態(tài)光敏樹脂選擇性固化工藝要小。但這種工藝仍需對(duì)整個(gè)截面進(jìn)行掃描和燒結(jié)，加上工作室需要升溫和冷卻，成型時(shí)間較長(zhǎng)。此外，由于受到粉末顆粒大小及激光點(diǎn)的限制，零件的表面一般呈多孔性。在燒結(jié)陶瓷、金屬與粘結(jié)劑的混合粉并得到原型零

12、件后，須將它置于加熱爐中，燒掉其中的粘結(jié)劑，并在孔隙中滲入填充物，其后處理復(fù)雜。粉末材料選擇性燒結(jié)快速原型工藝適合于產(chǎn)品設(shè)計(jì)的可視化表現(xiàn)和制作功能測(cè)試零件。由于它可采用各種不同成分的金屬粉末進(jìn)行燒結(jié)、進(jìn)行滲銅等后處理，因而其制成的產(chǎn)品可具有與金屬零件相近的機(jī)械性能，但由于成型表面較粗糙，滲銅等工藝復(fù)雜，所以有待進(jìn)一步提咼?？焖僭图夹g(shù)的優(yōu)點(diǎn)：與其他工藝相比，能生產(chǎn)較硬的模具?？梢圆捎枚喾N原料，包括類工程塑料、蠟、金屬、陶瓷等。零件的構(gòu)建時(shí)間較短，可達(dá)到高度。無(wú)需設(shè)計(jì)和構(gòu)造支撐?？焖僭图夹g(shù)缺點(diǎn)是有激光損耗，并需要專門實(shí)驗(yàn)室環(huán)境，使用及維護(hù)費(fèi)用高昂。需要預(yù)熱和冷卻，后處理麻煩；成型表面粗糙多孔，

13、并受粉末顆粒大小及激光光斑的限制。需要對(duì)加工室不斷充氮?dú)庖源_保燒結(jié)過(guò)程的安全性，加工成本高。成型過(guò)程產(chǎn)生有毒氣體和粉塵，污染環(huán)境。LOM(LaminatedObjectManufacturing)箔材疊層實(shí)體制作快速原型技術(shù)是薄片材料疊加工藝，箔材疊層實(shí)體制作是根據(jù)三維模型每個(gè)截面的輪廓線，在計(jì)算機(jī)控制下，發(fā)出控制激光切割系統(tǒng)的指令，使切割頭作方向的移動(dòng)。供料機(jī)構(gòu)將地面涂有熱溶膠的箔材(如涂覆紙、涂覆陶瓷箔、金屬箔、塑料箔材)一段段的送至工作臺(tái)的上方。激光切割系統(tǒng)按照計(jì)算機(jī)提取的橫截面輪廓用二氧化碳激光束對(duì)箔材沿輪廓線將工作臺(tái)上的紙割出輪廓線，并將紙的無(wú)輪廓區(qū)切割成小碎片。然后，由熱壓機(jī)構(gòu)將一

14、層層紙壓緊并粘合在一起?？缮倒ぷ髋_(tái)支撐正在成型的工件，并在每層成型之后，降低一個(gè)紙厚，以便送進(jìn)、粘合和切割新的一層紙。最后形成由許多小廢料塊包圍的三維原型零件。然后取出，將多余的廢料小塊剔除，最終獲得三維產(chǎn)品。疊層實(shí)體制作快速原型工藝適合制作大中型原型件，翹曲變形較小，成型時(shí)間較短，激光器使用壽命長(zhǎng)，制成件有良好的機(jī)械性能，適合于產(chǎn)品設(shè)計(jì)的概念建模和功能性測(cè)試零件。且由于制成的零件具有木質(zhì)屬性，特別適合于直接制作砂型鑄造模。快速原型技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是，成型速度較快，由于只需要使激光束沿著物體的輪廓進(jìn)行切割，無(wú)需掃描整個(gè)斷面，所以成型速度很快，無(wú)需設(shè)計(jì)和構(gòu)建支撐結(jié)構(gòu)。快速原型技術(shù)的缺點(diǎn)是：有激光損耗

15、，并需要專門實(shí)驗(yàn)室環(huán)境，維護(hù)費(fèi)用高昂；可實(shí)際應(yīng)用的原材料種類較少，盡管可選用若干原材料，例如紙、塑料、陶土以及合成材料，但目前常用的只是紙，其他箔材尚在研制開發(fā)中；必須進(jìn)行防潮處理，紙制零件很容易吸濕變形，所以成型后必須立即進(jìn)行樹脂、防潮漆涂覆等后處、難以構(gòu)建形狀精細(xì)、多曲面的零件，僅限于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的零件廢料去除困難，所以該工藝不宜構(gòu)建內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜的零件。當(dāng)加工室的溫度過(guò)高時(shí)常有火災(zāi)發(fā)生。因此，工作過(guò)程中需要專職人員職守。3D打印技術(shù)最早出現(xiàn)在20世紀(jì)80年代，由于設(shè)備成本昂貴，專業(yè)技術(shù)要求高，只在極少數(shù)非常專業(yè)的領(lǐng)域才可以用到，直到前幾年隨著單片機(jī)控制芯片成本的降低以及控制方式的大大簡(jiǎn)化，使得

16、生產(chǎn)3D打印設(shè)備的成本也相應(yīng)降低，由此使該技術(shù)走向大眾化成為可能。STL文件格式是由3DSYSTEMS公司于1988年制定的一個(gè)接口協(xié)議，是一種為快速原型制造技術(shù)服務(wù)的三維圖形文件格式。STL文件由多個(gè)三角形面片的定義組成，每個(gè)三角形面片的定義包括三角形各個(gè)定點(diǎn)的三維坐標(biāo)及三角形面片的法矢量。三角形頂點(diǎn)的排列順序遵循右手法則。STL格式圖片文件的精度，錯(cuò)誤與處理。工件上往往有一些不規(guī)則的曲面，成型前必須對(duì)此進(jìn)行近似處理。他最常見(jiàn)的一些處理方法是用一系列的小三角平面來(lái)近似自由曲面，其中每一個(gè)三角的三個(gè)定點(diǎn)的坐標(biāo)和一個(gè)法向量來(lái)描述，三角形的大小是可以選擇的，從曲面得到不同的曲面近似精度。經(jīng)過(guò)上述近

17、似處理的三維模型文件成為STL格式文件。它是由一系列相連的空間三角形組成。典型的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)都有轉(zhuǎn)換和輸出STL格式文件的接口。但是有時(shí)候輸出的三角形會(huì)有少量的錯(cuò)誤，需要進(jìn)行局部修改。STL格式文件的輸出形式有ASCII碼和二進(jìn)制碼兩種，二進(jìn)制碼輸出形式所占用的文件空間比ASCII輸出的形式要小的多。但是ASCII碼輸出的形式可以閱讀并能進(jìn)行直觀檢查。ASCII碼輸出形式示例：facetnormal-1.0000000.0000000.000000outerloopvertex-1.250000-5.000000-5.000000vertex-1.250000-5.0000005.00000

18、0vertex-1.2500005.000000-5.000000endloopendfacet二進(jìn)制輸出形式的構(gòu)成如下：(1)由84個(gè)字節(jié)組成的題頭，其中，前面80個(gè)字節(jié)用于表示相關(guān)文件，作者姓名和注釋的信息，最后四個(gè)字節(jié)用來(lái)表示小三角形平面的數(shù)目。對(duì)于每個(gè)小三角形平面，有48個(gè)字節(jié)用于表示其法向量的xyz的分量，以及三角形每個(gè)頂點(diǎn)的xyz坐標(biāo)，其中每個(gè)坐標(biāo)用4個(gè)字節(jié)表示，最后有2個(gè)不用的字節(jié)。因此二進(jìn)制碼輸出形式的文件規(guī)模為：|(80+4)+(3*4+3*3*4+2)Tn|bytes=(84+50Tn)bytesSTL格式文件的基本規(guī)則。STL格式文件的規(guī)則如下：(1)共頂點(diǎn)原則每一個(gè)小三

19、角形平面必須與每個(gè)相鄰的小三角形平面共用兩個(gè)頂點(diǎn)，即:一個(gè)小三角形的頂點(diǎn)不能落在相鄰的任何一個(gè)小三角形平面的邊上。(2)取向規(guī)則用小三角形平面中的頂點(diǎn)排序來(lái)確定表面是內(nèi)表面或者外表面。逆時(shí)針的頂點(diǎn)排序表示該表面為外表面。順時(shí)針的頂點(diǎn)排序表示該表面為內(nèi)表面。按照右手法則，當(dāng)右手的手指從第一個(gè)頂點(diǎn)出發(fā)，經(jīng)過(guò)第二個(gè)頂點(diǎn)指向第三個(gè)頂點(diǎn)時(shí)，拇指將指向遠(yuǎn)離實(shí)體的方向，這個(gè)方向也就是該小三角形平面的法向量方向。合法實(shí)體規(guī)則stl格式的文件不得違反合法實(shí)體規(guī)則，即：在三維模型的所有表面上，必須布滿小三角形，不得有任何遺漏。不能有厚度為零的區(qū)域，外表面不能從其本身穿過(guò)。三維打印為何由冷變熱？我國(guó)涉足三維打印技術(shù)的研究可上溯到上世紀(jì)90年代，但僅僅從近幾年開始，三維打印才被公眾所了解。在清華大學(xué)教授顏永年看來(lái)，這與缺乏成熟的商業(yè)模式有關(guān)。顏永年說(shuō)，三維打印行業(yè)依然沿用了傳統(tǒng)工業(yè)企業(yè)商業(yè)模式的老路一一生產(chǎn)設(shè)備賣設(shè)備，先把設(shè)備生產(chǎn)出來(lái)、推銷出去，而不管市場(chǎng)和用戶的需求。羅軍認(rèn)為，三維打印一定要從應(yīng)用入手，抓住用戶的需求，以需求來(lái)帶動(dòng)應(yīng)用。產(chǎn)業(yè)行業(yè)的需求，能進(jìn)一步推動(dòng)三維打印技術(shù)的改進(jìn)和完善。除了商業(yè)模式需要改變，三維打印所需要的材料瓶頸也急需突破。目前，業(yè)界對(duì)設(shè)備、硬件