產品技術分析報告

——3D打印機的技術原理分析與設計產品技術分析報告——3D打印機3D打印機，即快速成形技術的一種機器，它是一種數字模型文件為基礎，運用粉末狀金屬或塑料等可粘合材料，通過逐層打印的方式來構造物體的技術。發(fā)展歷史水擠壓在紙張上的方案。3D打印帶來了世界性制造業(yè)革命，以前是部件設計完全依賴于生產工藝能否實現，而3D打印機的出現顛覆這一生產思路，使得企業(yè)在生產部件的時候不再考慮生產工藝問題，任何復雜形狀的設計均可以通過3D打印機來實現。它無需機械加工或模具，就能直接從計應用領域建筑設計業(yè)米可安置在廢棄集裝箱內。一位83歲的老人由于患有慢性的骨頭感染，因此換上了由3D打印機“打印”出來的下顎骨，這是世界上首位使用3D打印產品做人體骨骼的案例。據國外媒體報道，在不久的將來外科醫(yī)生們或許就將可以在手術中現場利用打印設備打印出各種尺寸的骨骼用于臨床使緊鑼密鼓地測試之中。音樂行業(yè)為一個表演項目，它還一邊播放古典音樂一邊相應地打印出可視化的音樂作品。3D打印機可以根據零件的形狀，每次制做一個具有一定微小厚度和特定形狀的截面，然后再把它們逐層粘結起來，就得到了所需制造的立體的零件。每個截面數據相當于醫(yī)學上的一張CT像片；整個制造過程可以比喻為一個"積分"的過是"分層制造、逐層疊加"。這種工藝可以形象地叫做"增長法"或"加法"。首先得通過計算機輔助設計（CAD）或計算機動畫建模軟件建模，再將建成的三維模把三維模型“切片”系統金屬等可迅速固化的材料。水的區(qū)域仍保持松散狀態(tài)。這樣在一層膠水一層粉末的交替下，實體模型將會被“打印”成型，打印完畢后只要掃除松散的粉末即可“刨”出模型，而剩余粉末還可循環(huán)利用。材料，不僅對固化反應速度有要求，對于模型強度以及“打印”分辨率都有直接影響。3D打印技術能夠實現600dpi分辨率，每層厚度只有0.01毫米，即使模型表面有文字或圖片也能由于打印精度高，打印出的模型品質自然不錯。除了可以表現出外形曲線上的設計，打磨、鉆孔、電鍍等方式進一步加工。同時粉末材料不限于砂型材料，還有彈性伸縮、高性能復合、熔模鑄造等其它材料可供選擇。MakerIII——設計師專用3D打印機iMakerIII3D打印機系列是專為設計師和藝術家MakerIII3D打印機的結構及內部結構如下圖所示Z軸為精度更高的螺桿傳動。步進電機控制螺桿轉動，更加精確地提升基板。電機轉動帶動皮帶與X軸上的齒輪軸。齒輪軸傳導帶動X軸方向皮帶。皮帶上的齒輪控制連桿沿X軸運動。Y軸運動方式與X軸相同。主電路板采用標準的主電路板采用標準的PC電源接口，所有步進電機控制電路板和噴頭控制電路板所需的控制信號都由主電路板發(fā)出。玻璃纖維的材料，耐高溫材料和導電材料。橡膠件由乙丙橡膠，丁腈膠，天然橡膠，加硫化劑和發(fā)泡劑原料做成。其他材料（彈簧，密封圈……等）與普通打印機一樣。下面主要介紹一下膠合板和氮化鋼這兩種材料。膠合板MakerIII3D打印機外部框架主要使用了膠合板這種材質。膠合板是由木段旋切成單板或由木方刨切成薄木，再用膠粘劑膠合而成的三層或多層的板狀材料，通常用奇數層單板，于其結構的合理性和生產過程中的精細加工，可大體上克服木材的缺陷大大改善和提高木材的物理力學性能，膠合板生產是充分合理地利用木材、改善木材性能的一個重要方法。MakerIII3D打印機大量使用膠合板，膠合板強度大，抗彎性能好，在一些需要承重的結構部位，能夠很好地承重但又減輕打印機自身的重量，降低制作打印機的成本。氮化鋼MakerIII3D打印機中螺桿使用的材質是氮化蝕、并具有高強度和良好的切削加工性能，以氮化鋼為主要材料的螺桿綜合性能比較優(yōu)異，應用比較廣泛。一般氮化層達0．4—0．6毫米。但這MakerMakerIII3D打印機可支持ABS塑料、PLA塑料等，下面以PLA塑料為例。PLA是生物降解塑料聚乳酸的英文簡寫聚乳酸也稱為聚丙交酯(polylactide)，屬于聚酯家族。聚乳酸是以乳酸為主要原料聚合得到的聚合物，原料來源充分而且可以再生,主要中的循環(huán)，因此是理想的綠色高分子材料。聚乳酸的熱穩(wěn)定性好，加工溫度170～230℃,有好的抗溶劑性，可用多種方式進行加工，如擠壓、紡絲、雙軸拉伸，注射吹塑。由聚乳酸制成的產品除能生物降解外，生物相容(建筑、農業(yè)、林業(yè)、造紙)和醫(yī)療衛(wèi)生等領域。經過溫度高達210℃的高溫噴頭，噴出直徑為0.04—0.4mm的細絲。3D打印機噴頭，配有加熱器、風扇、耗材輸入口。通過步進電機控制高溫噴頭沿通過步進電機控制高溫噴頭沿x、y、z軸運動，將融化后的PLA塑料絲噴在110℃輸出基板上，將輸出模型的底板固定，然后開始逐層打印。SAL：立體光刻造型技術、立體光固化成型法另一個層面。這樣層層疊加構成一個三維實體。CAD數字模型直接制成原型，加工速度快，產品生產周期短，無需切削工具與模具?？梢约庸そY構外形復雜或使用傳統手段難于成型的原型和模具。使CAD數字模型直觀化，降低缺陷：SLA系統造價高昂，使用和維護成本過高并且要對液體進行操作的精密設備，預處理軟件與驅動軟件運算量大，與加工效果關聯性太高。軟件系統操作使用的文件格式不為廣大設計人員熟悉。FDM：中文名稱熔融沉積成型工作臺沿豎直方向移動。這樣擠出的材料與前一個層面熔結在一起，一個層面沉積完成后，工作臺按預定的增量下降一個層的厚度，再繼續(xù)熔融沉積，直至完成整個實體造型。FDM工藝使用兩種材料：一種是沉積實體部分的成型材料;另一種是沉積空腔或懸臂部分的支撐優(yōu)勢：這種技術成型精度更高、成型實物強度更高、可以彩色成型。缺陷：成型后表面粗糙，目前不適合高精度的應用。斷重復鋪粉、燒結的過程，直至完成整個模型成型。以直接燒結金屬零件，也可以間接燒結金屬零件，最終成品的強度遠遠優(yōu)于其他3D打印技法承受，所以目前應用范圍主要集中在高端制造領域，而目前尚未有桌面級SLS3D打印機開發(fā)的消息，要進入普通民用領域，可能還需要一段時間。技術原理：該技術通過使用液態(tài)連結體將鋪有粉末的各層固化，以創(chuàng)建三維實體原型。通過將液態(tài)連結體鋪放在粉末薄層上，逐層創(chuàng)建各部件。與2d平面打印機在打印頭下送紙注釋并標記設計更改，以便進一步增強模型樣品所傳遞的信息值。優(yōu)勢：成型速度快，成型材料價格低，適合做桌面型的快速成型設備。在粘結劑中添加粉末的去除比較方便，特別適合于做內腔復雜的原型。另外此技術最大優(yōu)點是能直接打印彩缺陷：強度較低，只能做概念型模型，而不能做功能性試驗。料及工藝是產品設計的物質技術條件，是產品設計的基礎和前提。設計作為學習工業(yè)設計的學生，我們都有著天馬行空的想象，希望通過自己的努力實現。但在從草圖到模型的過程中，我們的設計很多的時候不僅要考慮到它的造型是否美觀，更重要慮到社會環(huán)境與它之間相互的影響。任何一個產品設計，只有與選用材料的性能特點及其加工工藝性能相一致，才能實現設計的目的和要求。當我們的設計脫離了現有技術范圍即使再美得令人驚嘆也是無法實現的。材料作為一個包括產品一人一環(huán)境的系統，以其自身的特性影響著產品設計，不僅保