智能建造理論與實踐 課件 4.6節(jié) 3D打印技術

第四章智能建造技術與應用4.63D打印技術——3D打印技術概述3D打印技術的定義及工作原理

3D打印技術的正式名稱為“增材制造”，又稱為“快速成型技術”，可指任何打印三維物體的過程。與傳統(tǒng)的去除材料加工技術（減材制造）不同，它綜合了數(shù)字建模技術、機電控制技術、信息技術、材料科學與學等諸多方面的前沿技術知識，具有很高的科技含量。3D打印技術的工作原理是在計算機上使用電腦建模軟件（如3Dmax等）塑造虛擬3D立體模型，然后將模型文件轉換成與3D打印機匹配的格式，并根據(jù)切片程序將模型整體劃分為很多個橫截面。最后，3D打印機通過將橫截面堆疊成3D模型，完成打印工作。4.63D打印技術——3D打印技術概述3D打印技術起源3D打印思想起源于19世紀末的美國經(jīng)過幾十年的發(fā)展與不斷改進，3D打印技術已經(jīng)從最早的光固化工藝，發(fā)展出熔融沉積成型工藝、選擇性激光燒結技術、三維印刷工藝等多種制作快速成型產(chǎn)品的工藝其中運用激光燒結技術、熔融沉積成型技術的3D打印技術由于其無需機械加工和任何模具，就可以從計算機圖形數(shù)據(jù)中直接生成各種零件。節(jié)省了生產(chǎn)成本與研發(fā)時間，在機械零件、珠寶模具、定制版產(chǎn)品以及醫(yī)學器官等多個領域都得到了最廣泛的應用。4.63D打印技術——3D打印相關技術3D打印技術種類——SLA（StereolithographyAppearance，立體光固化成型技術）圖4-52SLA光固化快速成型3D打印技術

將液態(tài)光敏樹脂放入加工槽中，開始時工作臺的高度與液面相差一個截面層的厚度，經(jīng)過聚焦的激光按橫截面的輪廓對光敏樹脂表面進行掃描，被掃描到的光敏樹脂會逐漸固化，這樣就可以產(chǎn)生了與橫截面輪廓相同的固態(tài)的樹脂工件。

此時，工作臺會下降一個截面層的高度，固化了的樹脂工件就會被在加工槽中周圍沒有被激光照射過的還處于液態(tài)的光敏樹脂所淹沒，激光再開始按照下一層橫截面的輪廓來進行掃描，新固化的樹脂會粘在下面一層上，經(jīng)過如此循環(huán)往復，整個工件加工過程就完成了然后將完成的工件再經(jīng)打光、電鍍、噴漆或著色處理即得到要求的產(chǎn)品。4.63D打印技術——3D打印相關技術3D打印技術種類——SLS（SelectiveLaserSintering，選擇性激光燒結）圖4-53SLS選擇性激光燒結3D打印技術

整個工藝裝置由粉末缸和成型缸組成，工作時粉末缸活塞（送粉活塞）上升，由鋪粉輥將粉末在成型缸活塞（工作活塞）上均勻鋪上一層，計算機根據(jù)原型的切片模型控制激光束的二維掃描軌跡，有選擇地燒結固體粉末材料以形成零件的一個層面。

粉末完成一層后，工作活塞下降一個層厚，鋪粉系統(tǒng)鋪上新粉?？刂萍す馐賿呙锜Y新層。如此循環(huán)往復，層層疊加，直到三維零件成型。

最后，將未燒結的粉末回收到粉末缸中，并取出成型件。對于金屬粉末激光燒結，在燒結之前，整個工作臺被加熱至一定溫度，可減少成型中的熱變形，并利于層與層之間的結合。4.63D打印技術——3D打印相關技術3D打印技術種類——LOM（LaminatedObjectManufacturing，分層實體制造法，又稱層疊成型法）

它以片材（如紙片、塑料薄膜或復合材料）為原材料，激光切割系統(tǒng)按照計算機提取的橫截面輪廓線數(shù)據(jù)，將背面涂有熱熔膠的紙用激光切割出工件的內外輪廓。切割完一層后，送料機構將新的一層紙疊加上去，利用熱黏壓裝置將已切割層粘合在一起，然后再進行切割，這樣一層層地切割、黏合，最終成為三維工件。LOM常用材料是紙、金屬箔、塑料膜、陶瓷膜等，此方法除了可以制造模具、模型外，還可以直接制造結構件或功能件。4.63D打印技術——3D打印相關技術3D打印技術種類——FDM（FusedDepositionModeling，熔積成型法）圖4-54FDM成型過程簡圖

該方法使用絲狀材料（石蠟、金屬、塑料、低熔點合金絲）為原料，利用電加熱方式將絲材加熱至略高于熔化溫度（約比熔點高1℃），在計算機的控制下，噴頭作x-y平面運動，將熔融的材料涂覆在工作臺上，冷卻后形成工件的一層截面，一層成形后，噴頭上移一層高度，進行下一層涂覆（也有文獻中寫的是工作臺下降一個截面層的高度，然后噴頭進行下一個橫截面的打?。绱搜h(huán)往復，熱塑性絲狀材料就會一層一層地在工作臺上完成所需要橫截面輪廓的噴涂打印，直至最后完成。4.63D打印技術——3D打印相關技術3D打印技術優(yōu)勢避免了傳統(tǒng)制造業(yè)的切割程序不需要通過模具進行制造加工速度也較快，生產(chǎn)周期相對較短在制造體積小、結構復雜的物體時具有很大優(yōu)勢通過一體成型的打印技術，不需要二次加工通過與電腦聯(lián)機結合操作，實現(xiàn)了批量生產(chǎn)和遠程操控4.63D打印技術——3D打印技術應用實例從建筑的整體上分析，3D打印技術具有良好的經(jīng)濟效益，且在建筑施工和設計中3D技術可以開展建筑特殊性設計工作，保證工程計價的方便性，獲得比較客觀的預算，促使人們具有非常直觀的感受，對其進行輔助，并且從根本上對存在的問題進行有效解決，促使建筑施工的質量和安全得到保證。在建筑設計中的應用3D打印技術在建筑的施工階段應用，可很好地控制施工誤差，提高施工效率。通過控制系統(tǒng)控制3D建筑打印設備按照不同的切片方案進行打印，打印精確度可控制到mm級別。在建筑打印過程中可