3D打印技術(shù)與逆向工程實(shí)例教程 第2版 課件 項(xiàng)目一 3D打印技術(shù)概述

3D打印技術(shù)與逆向工程實(shí)例教程項(xiàng)目一3D打印技術(shù)概述任務(wù)1-1認(rèn)識(shí)3D打印技術(shù)及其發(fā)展前景及應(yīng)用領(lǐng)域

任務(wù)1-2認(rèn)識(shí)3D打印機(jī)與打印材料

任務(wù)1-3認(rèn)識(shí)熔融沉積成型工藝

任務(wù)1-4認(rèn)識(shí)光固化成型工藝

任務(wù)1-5認(rèn)識(shí)激光選區(qū)燒結(jié)工藝

任務(wù)1-6了解三維立體打印工藝

任務(wù)1-7認(rèn)識(shí)激光選區(qū)熔化工藝

任務(wù)1-1認(rèn)識(shí)3D打印技術(shù)及其發(fā)展前景及應(yīng)用領(lǐng)域

【任務(wù)導(dǎo)入】什么是3D打印機(jī)？你了解的3D打印有哪些途徑？【任務(wù)描述】了解3D打印機(jī)的的定義、流程發(fā)展、分類；應(yīng)用領(lǐng)域?！局R(shí)目標(biāo)】1．3D打印工藝發(fā)展。2．3D打印技術(shù)的應(yīng)用?！炯寄苣繕?biāo)】1．了解3D打印工藝起源、發(fā)展。2．了解3D打印的應(yīng)用領(lǐng)域，在教育、醫(yī)療、服飾、廣告、建筑、手辦、工業(yè)制造、原型開(kāi)發(fā)、模具、文物修復(fù)等眾多行業(yè)中的應(yīng)用。播放視頻：《什么是3D打印技術(shù)，3D應(yīng)用》討論問(wèn)題1.你從哪個(gè)渠道了解到3D打印的？問(wèn)題2.看完視頻，講一講3D和傳統(tǒng)加工零件有何不同？問(wèn)題3.說(shuō)一說(shuō)3D的打印的特點(diǎn)？認(rèn)識(shí)3D打印課堂互動(dòng)：任務(wù)1-1認(rèn)識(shí)3D打印技術(shù)及其發(fā)展前景及應(yīng)用領(lǐng)域

認(rèn)識(shí)3D打印3D打印工藝是以數(shù)字模型文件為基礎(chǔ)，運(yùn)用粉末狀金屬或塑料等可黏合材料，通過(guò)逐層打印的方式來(lái)構(gòu)造物體的技術(shù)。什么是3D打印？任務(wù)1-1認(rèn)識(shí)3D打印技術(shù)及其發(fā)展前景及應(yīng)用領(lǐng)域

3D打印分類分層實(shí)體制造（LOM）立體光固化成型（SLA）熔融沉積成型（FDM）選擇性激光燒結(jié)（SLS）數(shù)字光處理（DLP）聚合物噴射技術(shù)（PolyJet）納米金屬射流（NanoParticle

Jetting）連續(xù)液界面生產(chǎn)工藝（CLIP）3D打印有哪些分類呢？任務(wù)1-1認(rèn)識(shí)3D打印技術(shù)及其發(fā)展前景及應(yīng)用領(lǐng)域

3D打印技術(shù)的起源、發(fā)展第一臺(tái)3D打印機(jī)查爾斯.赫爾1992Crump發(fā)明了熔融沉積制造技術(shù)（FDM1989Deckard發(fā)明了粉末激光燒結(jié)技術(shù)SLS1988Feygin發(fā)明了分層實(shí)體制造1986Hull發(fā)明了光固化成型1993Sachs麻省理工大學(xué)發(fā)明了3D打印技術(shù)1995年，麻省理工創(chuàng)造了“三維打印”一詞1902C.Baese光敏聚合物制造塑料件1904Perera1892JE.Blanther分層制造法起源19世紀(jì)末美國(guó)2010Crump意大利恩里·克迪尼發(fā)明了用沙子打印立體建筑的3D打印機(jī)2013專門(mén)研發(fā)3D打印材料公司Madsolid創(chuàng)立2012年Cube推出開(kāi)箱即用3D打印機(jī)2005ZCorp.推出第一臺(tái)彩色高清三維打印任務(wù)1-1認(rèn)識(shí)3D打印技術(shù)及其發(fā)展前景及應(yīng)用領(lǐng)域

3Ｄ打印方式與普通制造方式的不同減材制造：傳統(tǒng)CNC等機(jī)械制造工藝采用去除材料的加工方式增材制造：3D打印采用逐層累加的技術(shù)，即從無(wú)到有1.在生產(chǎn)部件時(shí)不用考慮生產(chǎn)工藝問(wèn)題，任何復(fù)雜形狀的設(shè)計(jì)均可以通過(guò)3D打印機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)。３D打印方式：普通制造方式：1.

部件設(shè)計(jì)完全依賴于生產(chǎn)工藝能否實(shí)現(xiàn)，因而限制了創(chuàng)新部件的發(fā)展。2.將制造模型時(shí)間縮短為數(shù)小時(shí)，根據(jù)打印機(jī)性能和模型尺寸而定，性能越好時(shí)間越短。2.制造一個(gè)模型往往需要數(shù)小時(shí)或者數(shù)天，模型越復(fù)雜時(shí)間越長(zhǎng)。切削打印任務(wù)1-1認(rèn)識(shí)3D打印技術(shù)及其發(fā)展前景及應(yīng)用領(lǐng)域

３D打印與２D打印方式不同之處

在紙面來(lái)回噴墨，然后垂直移動(dòng)填充畫(huà)面，平面增加維度，一層一層的創(chuàng)建物體立體3D打?。睤打印任務(wù)1-1認(rèn)識(shí)3D打印技術(shù)及其發(fā)展前景及應(yīng)用領(lǐng)域

3D打印應(yīng)用領(lǐng)域任務(wù)1-1認(rèn)識(shí)3D打印技術(shù)及其發(fā)展前景及應(yīng)用領(lǐng)域

3D打印產(chǎn)業(yè)領(lǐng)先企業(yè)國(guó)際Materialise比利時(shí)Stratasys美國(guó)3D

Systems美國(guó)Cellink瑞典EOS德國(guó)Carbon3d美國(guó)DesktopMetal美國(guó)Markforge美國(guó)Formlabs美國(guó)

中國(guó)3D打印產(chǎn)業(yè)重點(diǎn)企業(yè)

西安鉑力特湖南華曙高科北京清鋒上海聯(lián)泰深圳創(chuàng)想三維北京鑫精合杭州先臨三維

深圳市極光爾沃

深圳光韻達(dá)光電

北京太爾時(shí)代

湖南華曙任務(wù)1-1認(rèn)識(shí)3D打印技術(shù)及其發(fā)展前景及應(yīng)用領(lǐng)域

任務(wù)1-2認(rèn)識(shí)3D打印機(jī)與打印材料

【任務(wù)導(dǎo)入】3D打印主要有哪兩大領(lǐng)域？常用的3D打印材料有哪些？【任務(wù)描述】通過(guò)本節(jié)學(xué)習(xí)了解3D打印機(jī)種類和常用的打印材料。【知識(shí)目標(biāo)】1．桌面型3D打印機(jī)的主要部件組成。2．3D打印材料及其特性。【技能目標(biāo)】1．了解桌面型和工業(yè)型3D打印機(jī)的發(fā)展，3D桌面型打印機(jī)的主要組成。2．了解3D打印常用代表性材料及其特性、應(yīng)用領(lǐng)域。任務(wù)1-2認(rèn)識(shí)3D打印機(jī)與打印材料

桌面級(jí)3D打印機(jī)的主要部件

圖1-83D打印機(jī)結(jié)構(gòu)圖1．?dāng)D出機(jī)擠出機(jī)可以分為兩類：近程擠出機(jī)和遠(yuǎn)程擠出機(jī)，近程擠出機(jī)與加熱頭和噴嘴是直接連接成一體的；遠(yuǎn)程擠出機(jī)與加熱頭和噴嘴是分開(kāi)的。擠出機(jī)主要由送絲齒輪、導(dǎo)料輪、送料電動(dòng)機(jī)、擠出機(jī)支架和彈簧組成，工作原理是相似的，即彈簧提供的彈力使導(dǎo)料輪和送絲齒輪將耗材夾住，送料電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)送絲齒輪通過(guò)摩擦力拉動(dòng)耗材前進(jìn)或退出。

任務(wù)1-2認(rèn)識(shí)3D打印機(jī)與打印材料2．加熱頭加熱頭主要由加熱塊、加熱棒、

溫度傳感器和進(jìn)料管

（喉管）組成。在加熱棒和溫度傳感器的共間作用下，加熱頭達(dá)到設(shè)定溫度值，使得由進(jìn)料管進(jìn)入加熱頭中的打印耗材變成熱熔狀從噴嘴擠出。2．加熱頭3．噴嘴市面上銷售的噴嘴主要分為Budaschnozzle和J-head兩類，噴嘴精度卻有0.2mm、0.

3mm、0.4mm等多種型號(hào)4．步進(jìn)電動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī)是將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開(kāi)環(huán)控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)元件，是3D打印機(jī)中一項(xiàng)非常重要的動(dòng)力部件，能夠驅(qū)動(dòng)活動(dòng)部件在X、Y、Z軸上的運(yùn)動(dòng)。一般情況下，部件在X、Y軸上的運(yùn)動(dòng)是通過(guò)固定在步進(jìn)電動(dòng)機(jī)上的同步輪帶動(dòng)同步帶及其他同步輪共同作用實(shí)現(xiàn)的；在Z軸上的運(yùn)動(dòng)則是通過(guò)直線絲桿步進(jìn)電動(dòng)機(jī)直接作用完成的。5．同步帶帶按齒形分為梯形齒形和弧形齒形兩大類，三弧形齒形同步帶得到了3D打印機(jī)制造商的廣泛使用。6．打印平臺(tái)打印平臺(tái)就是打印物體的支撐平臺(tái)，又稱工作臺(tái)。打印平臺(tái)尺寸大小都不同，但它們所起到的作用是相同的，即噴嘴擠出的熱熔絲在打印平臺(tái)支撐作用下實(shí)現(xiàn)一層層堆積成型，

同時(shí)模型的第一層牢牢粘貼在打印平臺(tái)上。

一種不能提供加熱功能，主要用于打印PLA材料，如MarkBot

Replicator

Z18;一種提供加熱功能。可以打印ABS和PLA等材料。如MarkeBot

Replicator

2X。7．直線導(dǎo)航分桌面3D打印機(jī)在X、Y、Z軸方向上都有由精密光軸、直線軸承或銅軸承以及塑料滑塊組成的直線導(dǎo)軌。采用銅質(zhì)軸承工作時(shí)噪聲小但是使用壽命比直線軸承短?，F(xiàn)在有些3D打印機(jī)已經(jīng)使用微型滾動(dòng)直線滑軌。8．聯(lián)軸器連軸器是用來(lái)聯(lián)接不同機(jī)構(gòu)中的兩根軸（主動(dòng)軸和從動(dòng)軸）使之同步1

：

1完成傳遞扭矩的傳動(dòng)裝置。3D打印機(jī)的z軸傳動(dòng)有兩種不同的形式，步進(jìn)電機(jī)的軸是一根直線絲桿；聯(lián)軸器下方連接步進(jìn)電機(jī)軸，上方則連接用于Z軸升降的絲桿。9．限位開(kāi)關(guān)3D打印機(jī)都會(huì)在X、Y、Z軸方向上安裝一個(gè)機(jī)械或光電限位開(kāi)關(guān)，主要有如下兩個(gè)作用：1）可以保證打印機(jī)在打印前精確定位到初始位置。2）當(dāng)移動(dòng)部件運(yùn)動(dòng)到行程極限位置時(shí)會(huì)觸及限位開(kāi)關(guān)，此時(shí)在控制系統(tǒng)作用下移動(dòng)部件停止運(yùn)行，起到保護(hù)設(shè)備的作用。10．框架結(jié)構(gòu)分為矩形盒式結(jié)構(gòu)為常用（

MakerBot和Ultimak-er），

矩形桿式結(jié)構(gòu)（PrintrBot）、

三角形結(jié)構(gòu)（Re-pRap）、三角爪式結(jié)構(gòu)（Rostok）、

舵機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)型結(jié)構(gòu)。3D打印材料任務(wù)1-2認(rèn)識(shí)3D打印機(jī)與打印材料圖1-9光敏樹(shù)脂材料打印的型

圖1-10PLA打印產(chǎn)品

圖1-113D打印的ABS行星齒輪圖1-123D打印的車鏈模型任務(wù)1-3認(rèn)識(shí)熔融沉積成型工藝

【任務(wù)導(dǎo)入】什么是熔融沉積成型工藝？【任務(wù)描述】了解熔融沉積成型技術(shù)的原理及特點(diǎn)，工藝過(guò)程，材料和常用設(shè)備?！局R(shí)目標(biāo)】1．熔融沉積成形（FusedDepositionModeling）技術(shù)，簡(jiǎn)稱FDM。2．熔融沉積成型的原理和特點(diǎn)、熔融沉積成型的工藝過(guò)程、材料、設(shè)備?！炯寄苣繕?biāo)】1．了解熔融沉積成型的原理和特點(diǎn)及其發(fā)展。2．了解熔融沉積成型的工藝過(guò)程。3．了解典型的熔融沉積成型的材料和設(shè)備廠家。任務(wù)1-3認(rèn)識(shí)熔融沉積成型工藝圖1-15熔融沉積成型技術(shù)工藝原理熔融沉積成型的工藝過(guò)程

任務(wù)1-3認(rèn)識(shí)熔融沉積成型工藝solidWorks、UG，Pro/ENGINEER，AutoCAD中望3Done、Autodesk123D建立三維實(shí)體模型獲取模型的STL格式數(shù)據(jù)分層切片，設(shè)置打印參數(shù)逐層熔融沉積制造成型后期處理打印層厚打印速度打印溫度填充類型去除支撐打磨拋光噴漆熔融沉積成型的材料和設(shè)備任務(wù)1-3認(rèn)識(shí)熔融沉積成型工藝支撐材料任務(wù)1-3認(rèn)識(shí)熔融沉積成型工藝熔融沉積成型設(shè)備的廠家及型號(hào)介紹任務(wù)1-3認(rèn)識(shí)熔融沉積成型工藝任務(wù)1-4認(rèn)識(shí)光固化成型工藝【任務(wù)導(dǎo)入】什么是光固化成型工藝？

【任務(wù)描述】了解光固化成型法起源、原理、特點(diǎn)及應(yīng)用，常用的光固化技術(shù)的打印材料特性及設(shè)備操作?！局R(shí)目標(biāo)】1.立體光固化技術(shù)的打印原理。2.立體光固化技術(shù)的原理和特點(diǎn)、工藝過(guò)程、材料、設(shè)備?！炯寄苣繕?biāo)】1．了解立體光固化技術(shù)的原理和特點(diǎn)及其發(fā)展。2．了解立體光固化技術(shù)的打印過(guò)程。3．熟悉立體光固化技術(shù)打印的后處理。4．會(huì)操作MPS180激光快速成型機(jī)任務(wù)1-4認(rèn)識(shí)光固化成型工藝光固化成型的原理和特點(diǎn)

任務(wù)1-4認(rèn)識(shí)光固化成型工藝圖立體光固化技術(shù)的打印原理光固化成型的工藝過(guò)程——打印過(guò)程

任務(wù)1-4認(rèn)識(shí)光固化成型工藝圖1-21立體光固化技術(shù)的打印示意圖1）在樹(shù)脂槽中盛滿液態(tài)光敏樹(shù)脂，可升降工作臺(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)控制下按照零件的截面形狀沿X-Y方向在光敏樹(shù)脂表面進(jìn)行逐點(diǎn)掃描，被掃描的區(qū)域樹(shù)脂固化，從而得到該截面的一層樹(shù)脂薄片，形成零件的一個(gè)薄層，未被掃描的樹(shù)脂仍然呈液態(tài)。2）當(dāng)前層掃描完畢后，升降工作臺(tái)下降一個(gè)層厚距離，在固化的樹(shù)脂表面上涂覆一層新的液態(tài)光敏樹(shù)脂，掛板將粘度較大的樹(shù)脂液面刮平，液體樹(shù)脂再次暴露在光線下，激光束按照新層的截面信息在樹(shù)脂上掃描，新層樹(shù)脂固化并與前一層已經(jīng)固化的樹(shù)脂粘結(jié)，如此重復(fù)，直到整個(gè)產(chǎn)品零件實(shí)體模型成型。3）升降臺(tái)升出液體樹(shù)脂表面，取出工件，進(jìn)行相關(guān)后處理，通過(guò)強(qiáng)光、電鍍、噴漆或著色等處理得到需要的最終產(chǎn)品。立體光固化技術(shù)打印的后處理任務(wù)1-4認(rèn)識(shí)光固化成型工藝光固化成型的材料及其特性任務(wù)1-4認(rèn)識(shí)光固化成型工藝維護(hù)與保養(yǎng)任務(wù)1-4認(rèn)識(shí)光固化成型工藝光固化打印機(jī)常見(jiàn)故障排除任務(wù)1-4認(rèn)識(shí)光固化成型工藝任務(wù)1-5認(rèn)識(shí)激光選區(qū)燒結(jié)工藝

【任務(wù)導(dǎo)入】什么是激光選區(qū)燒結(jié)工藝？

【任務(wù)描述】通過(guò)本節(jié)學(xué)習(xí)激光選區(qū)燒結(jié)的打印原理，激光選區(qū)燒結(jié)的打印過(guò)程，選擇性激光燒結(jié)工藝（SLS）工藝使用的材料?！局R(shí)目標(biāo)】1．激光選區(qū)燒結(jié)的打印原理。2．激光選區(qū)燒結(jié)的原理和特點(diǎn)、工藝過(guò)程、材料、設(shè)備?！炯寄苣繕?biāo)】1．了解激光選區(qū)燒結(jié)工藝的原理、特點(diǎn)及劣勢(shì)。2．了解激光選區(qū)燒結(jié)工藝的工藝過(guò)程。3．熟悉激光選區(qū)燒結(jié)工藝設(shè)備和材料。4．了解直接金屬激光燒結(jié)技術(shù)（DMLS）。

激光選區(qū)燒結(jié)工藝的原理和特點(diǎn)選擇性激光燒結(jié)法又稱為選區(qū)激光燒結(jié)，SelectedLaserSintering,簡(jiǎn)稱SLS原理是預(yù)先在工作臺(tái)上鋪一層粉末材料(金屬粉末或非金屬粉末)，激光在計(jì)算機(jī)控制下，按照界面輪廓信息，對(duì)實(shí)心部分粉末進(jìn)行燒結(jié)，將材料粉末鋪灑在已成形零件的上表面，并刮平；用高強(qiáng)度的CO2激光器在剛鋪的新層上掃描出零件截面；材料粉末在高強(qiáng)度的激光照射下被燒結(jié)在一起，得到零件的截面，并與下面已成形的部分粘接；當(dāng)一層截面燒結(jié)完后，鋪上新的一層材料粉末，選擇地?zé)Y(jié)下層截面。后不斷循環(huán)，層層堆積成型。圖1-33SLS工藝原理圖任務(wù)1-5認(rèn)識(shí)激光選區(qū)燒結(jié)工藝

激光選區(qū)燒結(jié)工藝的特點(diǎn)任務(wù)1-5認(rèn)識(shí)激光選區(qū)燒結(jié)工藝

選擇性激光燒結(jié)法缺點(diǎn)任務(wù)1-5認(rèn)識(shí)激光選區(qū)燒結(jié)工藝

SLS的成型原理

選擇性激光燒結(jié)加工的過(guò)程，先采用壓輥將一層粉末平鋪到已成型工件的上表面，數(shù)控系統(tǒng)操控激光束按照該層截面輪廓在粉層上進(jìn)行掃描照射而使粉末的溫度升至熔化點(diǎn)，從而進(jìn)行燒結(jié)并于下面已成型的部分實(shí)現(xiàn)粘合。當(dāng)一層截面燒結(jié)完后工作臺(tái)將下降一個(gè)層厚，這時(shí)壓輥又會(huì)均勻地在上面鋪上一層粉末并開(kāi)始新一層截面的燒結(jié)，如此反復(fù)操作直接工件完全成型。在成型的過(guò)程中，未經(jīng)燒結(jié)的粉末對(duì)模型的空腔和懸臂起著支撐的作用，因此SLS成型的工件不需要像SLA成型的工件那樣需要支撐結(jié)構(gòu)。任務(wù)1-5認(rèn)識(shí)激光選區(qū)燒結(jié)工藝

激光選區(qū)燒結(jié)工藝的工藝過(guò)程任務(wù)1-5認(rèn)識(shí)激光選區(qū)燒結(jié)工藝

圖1-34SLS工藝過(guò)程圖SLS的成型工藝過(guò)程如圖1-34所示為SLS工藝過(guò)程圖，首先，在計(jì)算機(jī)中建立所要制備試樣的CAD模形，然后用分層軟件對(duì)其進(jìn)行處理得到每一加工層面的數(shù)據(jù)信息。成形時(shí)，設(shè)定好預(yù)熱溫度、激光功率、掃描速度、掃描路徑、單層厚度等工藝條件，先在工作臺(tái)上用輥筒鋪一層粉末材料，由CO2激光器發(fā)出的激光束在計(jì)算機(jī)的控制下，根據(jù)幾何形體各層橫截面的CAD數(shù)據(jù)，有選擇地對(duì)粉末層進(jìn)行掃描，在激光照射的位置上，粉末材料被燒結(jié)在一起，未被激光照射的粉末仍呈松散狀，作為成形件和下一層粉末的支撐;一層燒結(jié)完成后，工作臺(tái)下降一截面層的高度，再進(jìn)行下一層鋪粉、燒結(jié)，新的一層和前一層自然地?zé)Y(jié)在一起，全部燒結(jié)完成后除去未被燒結(jié)的多余粉末，便得到所要制備的試樣。激光選區(qū)燒結(jié)工藝的設(shè)備和材料

任務(wù)1-5認(rèn)識(shí)激光選區(qū)燒結(jié)工藝

任務(wù)1-5認(rèn)識(shí)激光選區(qū)燒結(jié)工藝

任務(wù)1-6了解三維立體打印工藝【任務(wù)導(dǎo)入】什么是三維印刷(3DP)工藝？【任務(wù)描述】通過(guò)本節(jié)學(xué)習(xí)三維印刷(3DP)工藝的打印原理；三維印刷(3DP)工藝的打印過(guò)程?！局R(shí)目標(biāo)】1．三維印刷(3DP)工藝的打印原理。