D打印技术的简介发展和应用课件.ppt

3D打印技术 1 1 3D打印的简介 3D打印 又称增量制造 积层制造 AdditiveManufacturing AM 可指任何打印三维物体的过程 3D打印主要是一个不断添加的过程 在计算机控制下层叠原材料 3D打印的内容可以来源于三维模型或其他电子数据 其打印出的三维物体可以拥有任何形状和几何特征 3D打印机属于工业机器人的一种 2 日常生活中使用的普通打印机可以打印电脑设计的平面物品 而所谓的3D打印机与普通打印机工作原理基本相同 只是打印材料有些不同 普通打印机的打印材料是墨水和纸张 而3D打印机内装有金属 陶瓷 塑料 砂等不同的 打印材料 是实实在在的原材料 打印机与电脑连接后 通过电脑控制可以把 打印材料 一层层叠加起来 最终把计算机上的蓝图变成实物 通俗地说 3D打印机是可以 打印 出真实的3D物体的一种设备 3 3D打印技术的基本原理 3D打印的原理是依据计算机设计的三维模型 设计软件可以是常用的CAD软件 也可以是通过逆向工程获得的计算机模型 将复杂的三维实体模型 切 成设定厚度的一系列片层 从而变为简单的二维图形 逐层加工 层叠增长 三维CAD模型设计 CAD模型的近似处理 对STL文件切片处理 逐层制造 原型制作流程图 4 3D打印技术的步骤 三维设计 三维打印的设计过程是 先通过计算机建模软件建模 再将建成的三维模型 分区 成逐层的截面 即切片 从而指导打印机逐层打印 切片处理 打印机通过读取文件中的横截面信息 用液体状 粉状或片状的材料将这些截面逐层地打印出来 再将各层截面以各种方式粘合起来从而制造出一个实体 这种技术的特点在于其几乎可以造出任何形状的物品 完成打印 三维打印机的分辨率对大多数应用来说已经足够 在弯曲的表面可能会比较粗糙 像图像上的锯齿一样 要获得更高分辨率的物品可以通过如下方法 先用当前的三维打印机打出稍大一点的物体 再稍微经过表面打磨即可得到表面光滑的 高分辨率 物品 5 3D打印的几种技术 6 三种主流技术 1 熔融沉积成型技术 Fuseddepositionmodeling FDM 有些3D打印机使用 喷墨 的方式 整个流程是在喷头内熔化塑料 然后通过沉积塑料纤维的方式才形成薄层 优点 成型精度更高 成型实物强度更高 可以彩色成型 但是成型后表面粗糙 7 立体平板印刷 SLA 技术 2 立体平板印刷 Stereolithography SLA 可以想象一下把一根黄瓜切成很薄的薄片再拼成一整根 先由软件把3D的数字模型 切 成若干个平面 这就形成了很多个剖面 在工作的时候 有一个可以举升的平台 这个平台周围有一个液体槽 槽里面充满了可以紫外线照射固化的液体 紫外线激光会从底层做起 固化最底层的 然后平台下移 固化下一层 如此往复 直到最终成型 优点 精度高 可以表现准确的表面和平滑的效果 精度可以达到每层厚度0 05毫米到0 15毫米 缺点则为可以使用的材料有限 并且不能多色成型 8 选择性激光烧结 Selectivelasersintering SLS 3 选择性激光烧结 Selectivelasersintering SLS 利用粉末状材料成形的 将材料粉末铺洒在已成形零件的上表面 并刮平 用高强度的CO2激光器在刚铺的新层上扫描出零件截面 材料粉末在高强度的激光照射下被烧结在一起 得到零件的截面 并与下面已成形的部分粘接 当一层截面烧结完后 铺上新的一层材料粉末 选择地烧结下层截面 优点 比SLA要结实的多 通常可以用来制作结构功能件 激光束选择性地熔合粉末材料 尼龙 弹性体 未来还有金属 优于SLA的地方 材料多样且性能接近普通工程塑料材料 无碾压步骤因此Z向的精度不容易保证好 工艺简单 不需要碾压和掩模步骤 使用热塑性塑料材料可以制作活动铰链之类的零件 成型件表面多粉多孔 使用密封剂可以改善并强化零件 使用刷或吹的方法可以轻易地除去原型件上未烧结的粉末材料 9 3D打印技术的分类 目前国内还没有一个明确的3D打印机分类标准 但是我们可以根据设备的市场定位将它简单的分成三类 个人级 专业级 工业级 10 个人级3D打印视频演示 11 3D打印的应用领域 三维打印机技术可快速地将模型转换成物理实物模型 这样可以方便地验证设计人员的设计思想和产品结构的合理性 可装配性 美观性 发现设计中的问题可及时修改 目前 3D打印技术已在工业造型 机械制造 航空航天 军事 建筑 影视 家电 轻工 医学 考古 文化艺术 雕刻 首饰等领域都得到了广泛应用 并且随着这一技术本身的发展 其应用领域将不断拓展 12 生物3D打印 3D打印出来的人耳和头骨 13 3D打印在建筑和材料领域 2014年8月 10幢3D打印建筑在上海张江高新青浦园区内交付使用 作为当地动迁工程的办公用房 这些 打印 的建筑墙体是用建筑垃圾制成的特殊 油墨 按照电脑设计的图纸和方案 经一台大型3D打印机层层叠加喷绘而成 金属3D打印 14 3D打印在人文艺术的应用 时代卫士 作者ManfredKielnhofer 抛光镍钢由Shapeways公司于2014年3D打印制作 图中为3D打印的限量版首饰 这串项链的原材料为玻璃纤维填充的染色尼龙 把材料串起来的挂绳同材料本身一样 也是3D打印出来的 3D打印衣服 15 3D打印汽车 2014年年初 瑞典超级跑车生产商柯尼赛格发布了新车One 1 其中使用了许多3D打印的零部件 在柯尼赛格生产的汽车中 One 1拥有3D打印的测镜内零件 风道 钛排气部件 和全套的涡轮增压器组装线 美国公司LocalMotors与橡树岭国家实验室 以及Cincinnati公司正在合作研发大型的增量制造系统组装整车车体 LocalMotors公司还计划2014年9月在国际生产科技展上在观众面前现场打印汽车 汽车底盘和车身由纤维加强的热塑性塑料制成 没有动力传送系统 车轮和车闸重量不足450磅 全车总共也只有40个零部件 并且随着每次改进 零部件的数量会越变越少 Urbee是世界第一辆使用了3D打印技术的汽车 车身和车窗是3D打印的 它由美国工程公司KorEcologic和斯特塔西公司 3D打印机Stratasys的生产商 共同制造 融合了多重技术 外观很有未来主义的风格 斯特拉迪 为世界首款3D打印汽车的名字 由 本地汽车 公司打造 整辆汽车的零件成本约为3500美金 制作周期为44个小时 并且最高时速可以达到80公里每小时 16 3D打印的限制因素 材料的限制虽然高端工业印刷可以实现塑料 某些金属或者陶瓷打印 但无法实现打印的材料都是比较昂贵和稀缺的 另外 打印机也还没有达到成熟的水平 无法支持日常生活中所接触到的各种各样的材料 机器的限制3D打印技术在重建物体的几何形状和机能上已经获得了一定的水平 几乎任何静态的形状都可以被打印出来 但是那些运动的物体和它们的清晰度就难以实现了 知识产权的忧虑在过去的几十年里 音乐 电影和电视产业中对知识产权的关注变得越来越多 3D打印技术也会涉及到这一问题 因为现实中的很多东西都会得到更加广泛的传播 人们可以随意复制任何东西 并且数量不限 17 总结 3D打印最革命性的一点就是增量制造 增量制造的支持者称3D打印