9.3D设计与打印技术的初步应用 (2).pptx

3D技术及3D打印技术初识 3D电影3D游戏3D城市3D打印机 3D概念 3D是英文 ThreeDimensions 的简称 中文是指三维 三个维度 三个坐标 即有长 宽 高 今天的3D 主要特指是基于电脑 互联网的数字化的3D 三维 立体技术 2009年12月18日 著名导演卡梅隆又一历史巨作 阿凡达 全球同步上映 引起了世界范围的3D热潮 其原理是 先产生场景的两个视图或多个视图 然后用某种机制 如佩戴眼镜 将不同视图分别传送给左右眼 确保每只眼睛只看到对应的视图而看不到其他视图 从而产生立体视觉 这种技术的本质只是在空间中产生两张或多张平面图像 通过 欺骗 人眼视觉系统而立体成像 这类技术会使人眼产生矛盾的晶状体焦距调节和视线汇聚调节 长时间观看会产生视觉疲劳 目前市面上的3D显示技术都属于立体图像对技术范畴 实现3D显像的技术概述 主流3D影像技术原理 何洁 7 我们平时感觉到的距离感是两个眼睛共同决定的 8 主流3D影像技术原理 平时看显示器时的示意图 9 主流3D影像技术原理 左右眼看到各自的信息 在脑中重组 由于接收的信号不同 重组发生异变 将原来2D的图像转化成了3D信号 10 主流3D影像技术原理 左眼看到了稍微偏左的图 右眼看到了稍微偏右的图 两幅图在脑中重组的时候 我们看到的A实际上已经偏离了显示器屏幕 进入了显示器屏幕后方如果 左眼看到偏右的图像 右眼看到偏左的图像 则会使我们看到的物体在显示器前方 离我们更近 何洁 11 主流3D影像技术原理 3D电影是如何拍摄出来的 3D影片又是如何投影到荧幕上的 对眼大法看立体图像 3D眼镜 常用3D眼镜 红绿片 偏振式 快门式 常见的3D电影技术 色分法 光分法 时分法 3D电影技术 色分法 有红绿 红蓝等多种模式 观看时 数字3D电影的优点 3D电影的历史 1982年 13号星期五 第三部上映 本片令80年代的3D电影慢慢复苏 3D电影的历史 1983年 3D版的 大白鲨第三集 轰动一时 放映首周就赚得1300万美元的票房 3D电影的历史 2004年 第一部IMAX3D长片 极地特快 诞生 3D电影的历史 2005年 迪士尼的动画片 鸡仔总动员 采用了新型投影技术放映 消除了以往看3D电影时容易产生的眼睛疲劳 3D电影的历史 2009年12月18日 阿凡达 成为有史以来制作规模最大 技术最先进的3D电影 3D电影在中国 2009年7月1日 冰河世纪3 恐龙的黎明 2011年经典3D电影 2011年8月26日 死神来了5 2011年经典3D电影 2011年5月26日 功夫熊猫2 3D游戏 3D城市 相应软件3DMaxmaya等 银川二中 3D打印的概念 3D打印技术是指通过连续的物理层叠加 逐层增加材料来生成三维实体的技术 与传统的去除材料加工技术不同 因此又称为添加制造 AM AdditiveManufacturing 3D打印技术内容涵盖了产品生命周期前端的 快速原型 rapidprototyping 和全生产周期的 快速制造 rapidmanufacturing 相关的所有打印工艺 技术 设备类别和应用 3D打印综合了数字建模技术 机电控制技术 信息技术 材料科学与化学等诸多方面的前沿技术知识 具有很高的科技含量 3D打印的起源 20世纪70年代末到80年代初期 美国3M公司的AlanHebert 1978年 日本的小玉秀男 1980年 美国UVP公司的CharlesHull 1982年 和日本的丸谷洋二 1983年 四人各自独立提出了这种概念 1986年 CharlesHull率先推出光固化方法 stereolithographyapparatus SLA 这是3D打印技术发展的一个里程碑 1988年 他创立的3D打印设备公司生产出了世界上第一台3D打印机SLA 250 1988年 美国人ScottCrump发明了另外一种3D打印技术 熔融沉积制造 FDM 并成立了Stratasys公司 1989年 C Dechard发明了选择性激光烧结法 SLS 其原理是利用高强度激光将材料粉末烧结直至成型 1993年 麻省理工学院获3D印刷技术专利 1995年 美国ZCorp公司从麻省理工学院获得唯一授权并开始开发3D打印机 2005年 市场上首个高清晰彩色3D打印机SpectrumZ510由ZCorp公司研制成功 2010年11月 世界上第一辆由3D打印机打印而成的汽车Urbee问世 2011年7月 英国研究人员开发出世界上第一台3D巧克力打印机 2011年8月 南安普敦大学的工程师们开发出世界上第一架3D打印的飞机 2012年11月 苏格兰科学家利用人体细胞首次用3D打印机打印出人造肝脏组织 2013年11月 美国德克萨斯州奥斯汀的3D打印公司 固体概念 SolidConcepts 设计制造出3D打印金属手枪 3D打印的原理 3D打印技术采用了分层加工 叠加成型来完成3D实体打印 每一层的打印过程分为两步 首先在需要成型的区域喷洒一层特殊胶水 胶水液滴本身很小 且不易扩散 然后是喷洒一层均匀的粉末 粉末遇到胶水会迅速固化黏结 而没有胶水的区域仍保持松散状态 这样在一层胶水一层粉末的交替下 实体模型将会被 打印 成型 打印完毕后只要扫除松散的粉末即可 刨 出模型 而剩余粉末还可循环利用 光固化打印 SLA 是采用紫外光在液态光敏树脂表面进行扫描 每次生成一定厚度的薄层 从底部逐层生成物体 光固化过程原理图 光固化成形 其优点是原材料的利用率将近100 尺寸精度高 0 1mm 表面质量优良 可以制作结构十分复杂的模型 缺点是价格昂贵 可用材料种类有限 制成品在光照下会逐渐解体 选择性激光烧结打印 SLS 是采用高功率的激光 把粉末加热烧结在一起形成零件 其工艺的优点是可打印金属材料和多种热塑性塑料 如尼龙 聚碳酸酯 聚苯乙烯 聚氯乙烯等 打印时无需支撑 打印的零件机械性能好 强度高 缺点是材料粉末比较松散 烧结后成型精度不高 且高功率的激光器价格昂贵 选择性激光烧结 聚合物喷射技术 PolyJet 是当前最为先进的3D打印技术之一 图示为聚合物喷射系统的结构 材料喷射 喷射打印头沿X轴方向来回运动 工作原理与喷墨打印机十分类似 不同的是喷头喷射的不是墨水而是光敏聚合物 当光敏聚合材料被喷射到工作台上后 UV紫外光灯将沿着喷头工作的方向发射出UV紫外光对光敏聚合材料进行固化 完成一层的喷射打印和固化后 设备内置的工作台会极其精准地下降一个成型层厚 喷头继续喷射光敏聚合材料进行下一层的打印和固化 就这样一层接一层 直到整个工件打印制作完成 3D打印的优势 3D打印机不像传统制造机器那样通过切割或模具塑造制造物品 通过层层堆积形成实体物品的方法从物理的角度扩大了数字概念的范围 对于要求具有精确的内部凹陷或互锁部分的形状设计 3D打印机是首选的加工设备 它可以将这样的设计在实体世界中实现 下面是来自各个行业 具有不同背景和专业技术水平的人用类似的方式描述 3D打印原理帮助他们减少主要成本 时间和复杂性障碍 我们一起来看一下3D打印具有哪些优势 3D打印的优势 优势1 制造复杂物品不增加成本就传统制造而言 物体形状越复杂 制造成本越高 对3D打印机而言 制造形状复杂的物品成本不增加 制造一个华丽的形状复杂的物品并不比打印一个简单的方块消耗更多的时间 技能或成本 制造复杂物品而不增加成本将打破传统的定价模式 并改变我们计算制造成本的方式 优势2 产品多样化不增加成本一台3D打印机可以打印许多形状 它可以像工匠一样每次都做出不同形状的物品 传统的制造设备功能较少 做出的形状种类有限 3D打印省去了培训机械师或购置新设备的成本 一台3D打印机只需要不同的数字设计蓝图和一批新的原材料 优势3 无须组装3D打印能使部件一体化成型 传统的大规模生产建立在组装线基础上 在现代工厂 机器生产出相同的零部件 然后由机器人或工人 甚至跨洲 组装 产品组成部件越多 组装耗费的时间和成本就越多 3D打印机通过分层制造可以同时打印一扇门及上面的配套铰链 不需要组装 省略组装就缩短了供应链 节省在劳动力和运输方面的花费 供应链越短 污染也越少 应用领域 3D打印机的应用对象可以是任何行业 只要这些行业需要模型和原型 目前 3D打印技术已在工业设计 文化艺术 机械制造 汽车 摩托车 航空航天 军事 建筑 影视 家电 轻工 医学 考古 雕刻 首饰等领域都得到了应用 随着技术自身的发展 其应用领域将不断拓展 3D打印技术的发展 首款3D打印电动汽车问世45小时完成制造 3D打印技术的发展 3D打印助力少林绝学传承发扬 3D打印技术的发展 美国医生用3D打印心脏救活2周大先心病婴儿 报道称 这名婴儿患有先天性心脏缺陷 它会在心脏内部制造 大量的洞 在过去 这种类型的手术需要停掉心脏 将其打开并进行观察 然后在很短的时间内来决定接下来应该做什么 但有了3D打印技术之后 巴查医生就可以在手术之前制作出心脏的模型 从而使他的团队可以对其进行检查 然后决定在手术当中到底应该做什么 巴查医生说 他使用了婴儿的MRI数据和3D打印技术制作了这个心脏模型 整个制作过程共花费了数千美元 不过他预计制作价格会在未来降低 3D打印业发展趋势 打印出来的静脉即将开始在动物身上进行试验 并最终实施人体临床试验人造骨骼组织相当精细 可用于整形 重建和脊椎手术 3D打印业发展趋势 3 定制化成为常态产品将根据自己确切的具体信息进行定制 通过3D打印技术 创新公司将凭借与竞争对手的标准化产品相同的价格为用户提供定制化体验 以此获得竞争优势 这种体验可能包括制造定制智能手机外壳这样的新奇物品或是为标准化工具进行符合人体工程学的改造 但它很快就会扩张到新的市场 4 产品创新速度加快由于运用3D打印的快速原型制造技术能够缩短把产品概念转化为成熟产品设计的时间 设计人员将能够专注于产品的功能 虽然使用3D打印的快速原型制造技术并不是新鲜事物 但迅速降低的成本 功能得到改进的设计软件以及越来越多的打印材料意味着设计人员将能更方便地使用3D打印机 使他们能够在设计的早期阶段就打印出原型产品 进行修改以及重新打印等等 从而加