3D打印结课论文

南昌工学院南昌工学院 课程论文报告课程论文报告 2015 年 11 月 课程名称 综合课程设计 论文题目 3D 打印技术 姓 名 二级学院 机械与车辆工程学院 专 业 班 级 学 号 指导教师 职 称 讲 师 目录目录 摘 要 3 一 3D 打印技术简介 4 二 3D 打印技术原理 4 三 3D 打印机的技术 4 1 SLA 技术 4 2 SLS 技术 4 3 LOM 技术 5 4 FDM 技术 5 四 3D 打印机技术的市场应用 5 1 建筑设计领域 5 2 机械制造领域 5 3 模具制造领域 5 4 医学领域 5 5 航天领域 5 五 结语 5 参考文献 7 摘摘 要要 3D 打印 3DP 即快速成型技术的一种 它是一种以数字模型文件为基础 运用粉末状 金属或塑料等可粘合材料 通过逐层打印的方式来构造物体的技术 关键词关键词 3D 打印技术 逐层打印 一一 3D3D 打印技术简介 打印技术简介 3D 打印技术的核心制造思想最早起源于 19 世纪末的美国 到 20 世纪 80 年代后期 3D 打印技术发展成熟并被广泛应用 3D 打印是科技融合体模型中最新的高 维度 的体现之 一 3D 打印 3D printing 又称三维打印 是一种快速成形技术 它以数字化模型为基础 运用粉末状金属或塑料等可粘合材料 通过逐层打印的方式构造物体 由于其在制造工艺方 面的创新 被认为是 第三次工业革命的重要生产工具 3D 打印技术早在 20 世纪 90 年代 中期就已出现 但由于价格昂贵 技术不成熟 早期并没有得到推广普及 经过 20 多年的 发展 该技术已更加娴熟 精确 且价格有所降低 目前 3D 打印技术已经应用到许多学 科领域 工程师和工业设计师利用 3D 打印将设计方案转换为原型并测试 外科医生使用 3D 打印制作器官模型以协助策划复杂的手术方案 考古学家和博物馆的技师利用 3D 打印 制作珍贵文物的复制品 并在此基础上开展研究 这样的创新应用正不断进入大众的视野 二二 3D3D 打印技术原理 打印技术原理 3D 打印技术是一种逐层制造技术 它采用离散 堆积成型原理 其过程是 先得到所需 零件的计算机三维曲面或实体模型 然后根据工艺要求 将其按一定厚度进行分层 将原来 的三维模型变成二维平面信息 即离散过程 再将分层后的数据进行一定的处理 加入加工 参数 产生数控代码 在微机控制下 数控系统以平面加工方式 有序地连续加工出每个薄 层 并使它们自动粘接而成型 从而制造出所需产品的实物样件或成品 这就是材料的堆积 过程 三三 3D3D 打印机的技术打印机的技术 1 SLA 技术 SLA 是最早实用化的快速成形技术 SLA 是 Stereo lithography Appearance 的缩写 即立体光固化成型法 用特定波长与强度的激光聚焦到光固化材料表面 使之由点到线 由 线到面顺序凝固 完成一个层面的绘图作业 然后升降台在垂直方向移动一个层片的高度 再固化另一个层面 这样层层叠加构成一个三维实体 SLA 技术主要用于制造多种模具 模型等 还可以在原料中通过加入其它成分 用 SLA 原型模代替熔模精密铸造中的蜡模 SLA 技术成形速度较快 精度较高 但由于树脂 固化过程中产生收缩 不可避免地会产生应力或引起形变 因此开发收缩小 固化快 强度 高的光敏材料是其发展趋势 2 SLS 技术 选择性激光烧结 SLS 是最古老的 3D 打印技术之一 它使用激光作为能量源来烧 结粉末材料以制造出实体模型 与其他一些增材制造工艺 如熔融沉积成型 FDM 不同 SLS 不需要支撑结构 并且生成的部件具有更为精细的细节 与其它 3D 打印机技术相比 SLS 最突出的优点在于它所使用的成型材料十分广泛 从 理论上说 任何加热后能够形成原子间粘结的粉末材料都可以作为 SLS 的成型材料 目前 可成功进行 SLS 成型加工的材料有石蜡 高分子 金属 陶瓷粉末和它们的复合粉末材料 由于 SLS 成型材料品种多 用料节省 成型件性能分布广泛 适合多种用途以及 SLS 无需 设计和制造复杂的支撑系统 所以 SLS 的应用越来越广泛 3D 打印机技术中 金属粉末 SLS 技术是近年来人们研究的一个热点 实现使用高熔点 金属直接烧结成型零件 对用传统切削加工方法难以制造出高强度零件 对快速成型技术更 广泛的应用具有特别重要的意义 展望未来 SLS 形技术在金属材料领域中研究方向应该是 单元体系金属零件烧结成型 多元合金材料零件的烧结成型 先进金属材料如金属纳米材料 非晶态金属合金等的激光烧结成型等 尤其适合于硬质合金材料微型元件的成型 此外 根 据零件的具体功能及经济要求来烧结形成具有功能梯度和结构梯度的零件 我们相信 随着 人们对激光烧结金属粉末成型机理的掌握 对各种金属材料最佳烧结参数的获得 以及专用 的快速成型材料的出现 SLS 技术的研究和引用必将进入一个新的境界 3 LOM 技术 分层实体制造法 LOM Laminated Object Manufacturing LOM 又称层叠法成形 它以片材 如纸片 塑料薄膜或复合材料 为原材料 其成形原理如图所示 激光切割系统 按照计算机提取的横截面轮廓线数据 将背面涂有热熔胶的纸用激光切割出工件的内外轮廓 切割完一层后 送料机构将新的一层纸叠加上去 利用热粘压装置将已切割层粘合在一起 然后再进行切割 这样一层层地切割 粘合 最终成为三维工件 LOM 常用材料是纸 金 属箔 塑料膜 陶瓷膜等 此方法除了可以制造模具 模型外 还可以直接制造结构件或功 能件 该技术的特点是工作可靠 模型支撑性好 成本低 效率高 缺点是前 后处理费时 费力 且不能制造中空结构件 4 FDM 技术 熔积成型 FDM Fused Deposition Modeling 法 该方法使用丝状材料 石蜡 金 属 塑料 低熔点合金丝 为原料 利用电加热方式将丝材加热至略高于熔化温度 约比熔 点高 1 在计算机的控制下 喷头作 x y 平面运动 将熔融的材料涂覆在工作台上 冷 却后形成工件的一层截面 一层成形后 喷头上移一层高度 进行下一层涂覆 这样逐层堆 积形成三维工件 该技术污染小 材料可以回收 用于中 小型工件的成形 四四 3D3D 打印机技术的市场应用打印机技术的市场应用 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 3D 打印技术的实际应用主要集中在以下几个方面 1 建筑设计领域 建筑模型的传统制作方式 渐渐无法满足高端设计项目的要求 全数字还原不失真的立 体展示和风洞及相关测试的标准 现如今众多设计机构的大型设施或场馆都利用 3D 打印技 术先期构建精确建筑模型来进行效果展示与相关测试 3D 打印技术所发挥的优势和无可比 拟的逼真效果为设计师所认同 2 机械制造领域 由于 3D 打印技术自身的特点 使得其在机械制造领域内 获得广泛的应用 多用于制 造单件 小批量金属零件的制造 有些特殊复杂制件 由于只需单件生产 或少于 50 件的 小批量 一般均可用 3D 打印技术直接进行成型 成本低 周期短 3 模具制造领域 例如玩具制作等传统的模具制造领域 往往模具生产时间长 成本高 将 3D 打印技术 与传统的模具制造技术相结合 可以大大缩短模具制造的开发周期 提高生产率 是解决模 具设计与制造薄弱环节的有效途径 3D 打印技术在模具制造方面的应用可分为直接制模和 间接制模两种 直接制模是指采用 3D 打印技术直接堆积制造出模具 间接制模是先制出快 速成型零件 再由零件复制得到所需要的模具 4 医学领域 在医学领域的应用近几年来 人们对 3D 打印技术在医学领域的应用研究较多 以医学 影像数据为基础 利用 3D 打印技术制作人体器官模型 对外科手术有极大的应用价值 5 航天领域 在航空航天领域中 空气动力学地面模拟实验 即风洞实验 是设计性能先进的天地往返 系统 即航天飞机 所必不可少的重要环节 该实验中所用的模型形状复杂 精度要求高 又 具有流线型特性 采用 3D 打印技术 根据 CAD 模型 由 3D 打印设备自动完成实体模型 能够很好的保证模型质量 五五 结语 结语 生产周期短 随时可以按需求打印 降低生产成本 制造复杂物品 无需增加成本 操 作简单 部件一体化完成 突破物品形状上的制作需求 满足个性化需求 精准度高 可以 非常准确地复制规模精细的设计元素和错综复杂的细节 材料无限组合 可以降不同材料混