《d打印技術(shù)的由來》課件

3D打印技術(shù)的由來3D打印技術(shù)，又稱增材制造，是一種將數(shù)字模型轉(zhuǎn)化為物理對象的制造技術(shù)。它起源于20世紀80年代，由美國工程師查爾斯·惠勒·戴爾·胡爾發(fā)明。3D打印技術(shù)的定義增材制造3D打印是一種通過逐層添加材料，最終構(gòu)建三維實體模型的技術(shù)，也被稱為增材制造。數(shù)字模型3D打印過程通常始于使用計算機輔助設(shè)計(CAD)軟件創(chuàng)建對象的數(shù)字模型。層層疊加3D打印機按照數(shù)字模型的指令，逐層添加材料，最終形成完整的實體模型。廣泛應(yīng)用3D打印技術(shù)已廣泛應(yīng)用于工業(yè)制造、醫(yī)療健康、建筑設(shè)計、教育科研、藝術(shù)創(chuàng)意等領(lǐng)域。3D打印技術(shù)的發(fā)展歷程12000年后3D打印技術(shù)進入快速發(fā)展階段，應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴展，市場規(guī)模迅速擴大。21990年代3D打印技術(shù)開始應(yīng)用于工業(yè)制造，如模具制造、原型設(shè)計等。31980年代3D打印技術(shù)起源，出現(xiàn)第一臺3D打印機，并開始進行技術(shù)研究和探索。3D打印技術(shù)的發(fā)展歷程大致可以分為三個階段:起源階段、發(fā)展階段、爆發(fā)階段。3D打印技術(shù)在過去幾十年中取得了巨大的進步，并將在未來繼續(xù)發(fā)展，為人類社會帶來更多改變。1980年代:3D打印技術(shù)的起源1980年代是3D打印技術(shù)的萌芽階段，這一時期主要圍繞著快速成型技術(shù)展開研究。1981年H.K.博士在麻省理工學(xué)院提出基于層疊制造的快速成型概念1984年查爾斯·惠勒在3DSystems公司注冊了第一個立體光刻(SLA)專利1986年:SLA第一臺3D打印機誕生1986年，美國3DSystems公司研制出世界上第一臺光固化成型(SLA)3D打印機，名為“SLA-1”。這臺機器采用紫外線光固化技術(shù)，將液態(tài)光敏樹脂材料層層固化，從而構(gòu)建出三維實體模型。SLA技術(shù)的出現(xiàn)標志著3D打印技術(shù)的正式誕生，為后續(xù)技術(shù)的快速發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。1988年:FDM3D打印技術(shù)出現(xiàn)FDM3D打印技術(shù)，即熔融沉積成型技術(shù)，是使用熱塑性材料進行3D打印的一種方法。通過將塑料絲材加熱至熔融狀態(tài)，然后通過噴嘴擠出，層層堆疊，最終形成三維模型。1990年代:3D打印技術(shù)的穩(wěn)步發(fā)展1應(yīng)用領(lǐng)域擴展3D打印技術(shù)開始應(yīng)用于醫(yī)療、航空、汽車等行業(yè)。2打印機種類增加SLS、FDM等新的3D打印技術(shù)出現(xiàn)，打印機種類更加多樣化。3打印精度提升3D打印技術(shù)的精度不斷提高，可以制造出更精密的零件。4研究投入增加許多大學(xué)和研究機構(gòu)投入資源進行3D打印技術(shù)的研究和開發(fā)。1990年代是3D打印技術(shù)穩(wěn)步發(fā)展的重要階段，應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴展，技術(shù)不斷完善，為其后來的爆發(fā)式增長奠定了基礎(chǔ)。2000年后:3D打印技術(shù)的爆發(fā)增長技術(shù)進步2000年以后，3D打印技術(shù)取得了重大突破，包括精度提高、速度加快和材料多樣化。成本下降3D打印機的價格大幅下降，使這項技術(shù)更容易被個人和小型企業(yè)所接受。應(yīng)用擴展3D打印技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴展，從工業(yè)制造到醫(yī)療健康、教育和藝術(shù)創(chuàng)意。市場規(guī)模擴大3D打印市場規(guī)模迅速增長，全球眾多企業(yè)紛紛投入3D打印技術(shù)的研究和應(yīng)用。3D打印技術(shù)的原理分層制造3D打印機通過逐層疊加材料，將設(shè)計圖轉(zhuǎn)換為實體模型。數(shù)字模型設(shè)計軟件創(chuàng)建的3D模型，包含了打印對象的幾何信息。材料擠出打印機將材料加熱融化，通過噴嘴擠出，逐層堆積成型。光固化利用紫外線照射，使液態(tài)樹脂固化成型，常用在SLA打印技術(shù)中。3D打印的基本工作流程1模型設(shè)計首先，使用3D建模軟件設(shè)計并創(chuàng)建所需的模型，可以是復(fù)雜的設(shè)計，也可以是簡單的圖形。2切片處理將3D模型轉(zhuǎn)化成打印機可以理解的切片數(shù)據(jù)，每個切片代表一個層級，包含打印路徑和材料信息。3打印過程根據(jù)切片數(shù)據(jù)，3D打印機逐層打印材料，層層疊加形成最終的三維實體。4后處理打印完成后，需要對打印件進行后處理，例如去除支撐結(jié)構(gòu)、打磨拋光等，以獲得最終的產(chǎn)品。3D掃描技術(shù)原理3D掃描儀通過發(fā)射激光或結(jié)構(gòu)光，測量物體表面點的三維坐標，并將這些坐標數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為三維模型。常用的3D掃描技術(shù)包括結(jié)構(gòu)光掃描、激光三角測量、時間飛行法等。應(yīng)用3D掃描技術(shù)廣泛應(yīng)用于工業(yè)設(shè)計、醫(yī)療健康、文物保護、建筑設(shè)計等領(lǐng)域。例如，在工業(yè)設(shè)計中，3D掃描可以幫助設(shè)計師快速獲取產(chǎn)品模型，進行產(chǎn)品設(shè)計和優(yōu)化。優(yōu)勢3D掃描技術(shù)能夠快速、準確地獲取物體的三維模型，無需人工建模，提高效率。同時，3D掃描可以還原物體的真實形狀和細節(jié)，為后續(xù)設(shè)計和制造提供更準確的參考。3D建模軟件11.3D建模軟件3D建模軟件是創(chuàng)建和編輯3D模型的工具。常見軟件包括AutodeskMaya、Blender、3dsMax等。22.3D模型3D模型是用于3D打印的數(shù)字模型。3D建模軟件用于創(chuàng)建和編輯3D模型，并最終生成用于打印的STL文件。33.STL文件STL文件是3D打印機使用的標準文件格式，包含3D模型的幾何信息。44.3D打印通過3D打印機將STL文件轉(zhuǎn)換成物理模型，最終輸出3D打印產(chǎn)品。3D打印機種類熔融沉積成型技術(shù)(FDM)材料加熱融化，層層堆積成型，成本低，易操作，適合制作原型和簡單模型。光固化成型技術(shù)(SLA)使用光敏樹脂材料，通過紫外線照射固化成型，精度高，表面光滑，適用于精細模型和珠寶制作。選擇性激光燒結(jié)技術(shù)(SLS)粉末材料在激光照射下熔融燒結(jié)成型，強度高，耐熱性好，適合制作復(fù)雜模型和功能性部件。噴墨3D打印技術(shù)(MJP)利用噴墨技術(shù)將液態(tài)材料噴射到平臺上，逐層堆疊成型，適合制作色彩豐富的模型和個性化產(chǎn)品。光固化成型技術(shù)(SLA)原理SLA技術(shù)使用紫外線光固化液體光敏樹脂，逐層構(gòu)建三維物體。樹脂在紫外線照射下發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，固化成型。通過精確控制光束路徑，實現(xiàn)精細的物體結(jié)構(gòu)。特點高精度，表面光滑細節(jié)表現(xiàn)力強適合制作模型、原型應(yīng)用于醫(yī)療、珠寶等領(lǐng)域優(yōu)勢SLA技術(shù)制造的物體具有高精度、光滑表面，能夠清晰展現(xiàn)模型細節(jié)。該技術(shù)應(yīng)用范圍廣泛，可用于制作各種模型、原型，滿足不同行業(yè)需求。局限性SLA技術(shù)對打印環(huán)境要求較高，需要控制溫度和濕度。打印成本相對較高，且打印速度相對較慢。熔融沉積成型技術(shù)(FDM)1材料擠出FDM使用熱塑性塑料線材，通過加熱熔化，然后擠出到打印平臺上。2分層堆積逐層堆疊擠出的塑料，形成三維模型，層與層之間融合。3廣泛應(yīng)用FDM因其價格低廉、操作簡便，被廣泛應(yīng)用于原型設(shè)計、教育和工業(yè)生產(chǎn)。選擇性激光燒結(jié)技術(shù)(SLS)粉末材料SLS使用熱塑性粉末材料，通過激光熔化粉末層來構(gòu)建三維物體。激光燒結(jié)激光束掃描粉末床，使粉末材料局部熔化，層層堆積形成物體。強度高SLS制造的零件具有高強度、高韌性和耐高溫的特性。復(fù)雜結(jié)構(gòu)SLS可以制造具有復(fù)雜幾何形狀和內(nèi)部結(jié)構(gòu)的零件。噴墨3D打印技術(shù)(MJP)噴墨3D打印技術(shù)噴墨3D打印技術(shù)利用噴墨打印機，將綁定劑噴到粉末材料層上，然后固化材料，構(gòu)建三維模型。特點MJP具有精度高、材料種類多、顏色豐富、打印速度快的優(yōu)勢。應(yīng)用適用于原型制造、珠寶設(shè)計、醫(yī)療模型等領(lǐng)域。3D打印的應(yīng)用領(lǐng)域1工業(yè)制造3D打印在工業(yè)制造中應(yīng)用廣泛，包括原型設(shè)計、定制化生產(chǎn)、模具制造等。3D打印可以幫助企業(yè)快速制造出各種零件，提高效率，降低成本。2醫(yī)療健康3D打印技術(shù)在醫(yī)療健康領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景，包括假肢制造、生物打印、醫(yī)療器械制造等。3D打印可以幫助醫(yī)生為患者定制個性化的醫(yī)療解決方案。3建筑設(shè)計3D打印技術(shù)在建筑設(shè)計領(lǐng)域也有著重要的應(yīng)用，包括模型制作、建筑構(gòu)件制造等。3D打印可以幫助建筑師快速建造出各種復(fù)雜的建筑結(jié)構(gòu)。工業(yè)制造汽車制造3D打印可以用于制造汽車原型，降低生產(chǎn)成本和周期。航空航天3D打印可以制造復(fù)雜形狀的飛機零件，例如發(fā)動機葉片和機身部件。機器人制造3D打印可以制造輕質(zhì)、堅固的機器人零件，提升機器人性能。醫(yī)療健康醫(yī)療器械3D打印技術(shù)在醫(yī)療器械制造中發(fā)揮著重要作用，可用于定制義肢、假牙和手術(shù)導(dǎo)板等，為患者提供更加精準和個性化的治療。藥物研發(fā)3D打印技術(shù)可以用于藥物開發(fā)，通過構(gòu)建人體器官模型，幫助研究人員更好地理解藥物的作用機理和安全性。組織工程3D打印技術(shù)在組織工程方面取得了突破性進展，可以利用生物材料和細胞制造出人工器官，為患者提供新的治療方案?？祻?fù)護理3D打印技術(shù)可以制造出更輕便、更舒適的醫(yī)療器械，為患者提供更好的康復(fù)護理服務(wù)。建筑設(shè)計定制化建筑3D打印技術(shù)可以根據(jù)客戶的個性化需求，創(chuàng)造出獨特且符合人體工程學(xué)的建筑結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)創(chuàng)新3D打印可以實現(xiàn)復(fù)雜幾何形狀的建筑結(jié)構(gòu)，提升建筑效率，并降低建造成本。可持續(xù)發(fā)展3D打印減少了建筑材料浪費，有助于實現(xiàn)綠色建筑和可持續(xù)發(fā)展目標。教育科研教學(xué)應(yīng)用3D打印技術(shù)幫助學(xué)生直觀地理解理論知識，設(shè)計和制作模型，提高學(xué)習(xí)興趣。科研創(chuàng)新研究人員可利用3D打印制造原型和實驗設(shè)備，加速科研項目進度，推動科技進步。圖書館資源3D打印為圖書館提供新的資源形式，幫助學(xué)生獲取更豐富的學(xué)習(xí)素材和研究工具。藝術(shù)創(chuàng)意雕塑3D打印技術(shù)允許藝術(shù)家創(chuàng)作出具有復(fù)雜幾何形狀的雕塑，這些雕塑無法通過傳統(tǒng)雕刻方法實現(xiàn)。珠寶設(shè)計設(shè)計師們可以創(chuàng)建定制珠寶，并使用3D打印來快速制作原型，以便在生產(chǎn)前進行測試和修改。建筑模型3D打印可以創(chuàng)建詳細的建筑模型，以幫助建筑師和設(shè)計師進行設(shè)計和規(guī)劃。時尚3D打印正在改變服裝行業(yè)，設(shè)計師們正在使用3D打印技術(shù)來制作定制服裝和配飾。3D打印的優(yōu)勢與局限性優(yōu)勢快速制造個性化設(shè)計低成本材料選擇廣泛環(huán)保局限性打印精度有限打印速度較慢維護成本高應(yīng)用領(lǐng)域受限快速制造縮短產(chǎn)品開發(fā)周期3D打印技術(shù)可以快速制作原型，簡化產(chǎn)品設(shè)計和迭代過程，加速產(chǎn)品開發(fā)。個性化定制生產(chǎn)根據(jù)客戶需求定制設(shè)計和生產(chǎn)，滿足個性化需求，提升產(chǎn)品競爭力。滿足小批量生產(chǎn)需求適用于小批量定制產(chǎn)品，降低生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)效率，滿足市場快速變化的需求。個性化設(shè)計滿足個性需求3D打印技術(shù)可以根據(jù)用戶的個性化需求，定制設(shè)計獨特的物品，滿足他們的個性化需求，例如定制珠寶、個性化家居用品等。無限創(chuàng)意空間用戶可以根據(jù)自己的想法，設(shè)計各種形狀和樣式的產(chǎn)品，擺脫傳統(tǒng)制造的限制，實現(xiàn)個性化創(chuàng)意。獨特定制服務(wù)3D打印技術(shù)的出現(xiàn)，為用戶提供了獨特的定制服務(wù)，他們可以根據(jù)自己的需求，定制屬于自己的專屬產(chǎn)品，例如定制模型、定制玩具等。材料選擇有限有限的材料選擇目前3D打印可用的材料種類有限，主要包括塑料、金屬、陶瓷等。特殊材料的限制某些特殊材料，如復(fù)合材料、生物材料等，目前尚未實現(xiàn)3D打印。打印成本較高材料成本3D打印使用各種材料，有些材料價格昂貴，如金屬和特殊塑料。設(shè)備成本3D打印設(shè)備價格差異很大，高端設(shè)備非常昂貴，例如工業(yè)級3D打印機。打印時間成本復(fù)雜模型的打印時間較長，這會增加人力成本和能源消耗。未來3D打印技術(shù)的發(fā)展趨勢1打印精度的提升更高分辨率和更細致的細節(jié)2材料種類的豐富新型材料，如納米材料、生物材料和可降解材料3打印速度的加快提高生產(chǎn)效率，降低成本4應(yīng)用領(lǐng)域的拓展食品、服裝、醫(yī)療器械等更多領(lǐng)域打印精度的提升層厚減小3D打印精度主要取決于層厚。層厚越小，打印出的模型越精細，表面越光滑。打印頭精度打印頭的精度決定了打印路徑的精確度，從而影響模型的尺寸精度和表面質(zhì)量。材料性能材料的流動性、收縮率等因素都會影響打印精度。新型材料的開發(fā)有助于提升打印精度?？刂葡到y(tǒng)先進的控制系統(tǒng)可以實現(xiàn)更精準的運動控制和溫度控制，進一步提升打印精度。材料種類的豐富金屬材料3D打印技術(shù)已能處理多種金屬材料，如不銹鋼、鋁合金、鈦合金等。塑料材料3D打印技術(shù)支持多種塑料材料，包括ABS、PLA、尼龍等。陶瓷材料陶瓷材料的3D打印技術(shù)已開始應(yīng)用于醫(yī)療器械、航空航天等領(lǐng)域。復(fù)合材料3D打印技術(shù)正在探索更多新型復(fù)合材料的打印應(yīng)用，如碳纖維增強塑料。打印速度的加快技術(shù)進步3D打印技術(shù)不斷創(chuàng)新，例如多噴頭技術(shù)、高速激光掃描技術(shù)等，有效提升了打印速度。材料優(yōu)化新材料的開發(fā)，例如快速固化樹脂，能縮短打印時間。新型材料的應(yīng)用也帶來了更快的打印速度。設(shè)備升級3D打印設(shè)備不斷升級，更高的功率、更強大的硬件配置，以及更精密的控制系統(tǒng)，都顯著提升了打印效率