初识3D打印机幻灯片

1 2 2 2 3 2 3D打印 英文叫3DPrinting 还有个很难懂的名字叫增材制造 顾名思义 3D打印就是把材料一层一层增加 堆叠 最后制造出一个物体 3D打印机在设计文件指令的引导下 喷出固体粉末或熔融的液态材料 使其固化为一个特殊的平面薄层 第一层固化后 打印头返回 在第一层上部形成另一个薄层 第二层固化后 打印头再次返回 并在第二层上部形成另一层薄层 如此往复 最终薄层累积成为三维物体 3D打印是什么 4 2 平时我们使用的打印机 是将油墨打印在一张纸上 而3D打印机是将耗材打印在一张纸上 而3D打印机将耗材打印出很多层堆叠在一起 打印出来的是一个实体 3D打印机与普通打印机的区别 5 2 其实3D打印是一项非常好玩的技术 你只需要在脑海中构想好你的设计 然后在电脑上通过三维建模软件设计出模型 再通过3D打印机就可以把你的想法转化为实物了 如何3D打印 6 2 万能制造机 其实3D打印可以打印的材料种类很多 比如塑料 尼龙 金属 树脂 纸张 巧克力 细胞等 而且可以自由成型 所以3D打印机被誉为 万能制造机 7 2 3D打印材料举例 PLA是从玉米中提取出来的 他是最常见的一种3D打印材料 很环保的哦 8 2 3D打印机的类型 3D打印机的类型有很多种 可以使用的材料也不相同 我们会在后面的课程中给大家介绍 现在我们先从FDM3D打印机开始介绍 FDM是熔融沉积制造的意思 它是最常见的3D打印机类型 3D打印机按照技术类型可以分为 FDM SLA DLP SLS 3DP等 9 2 10 3D打印的技术类型 目前主要的3D打印技术类型有 熔融沉积成型技术 FDM 数字光学处理技术 DLP 立体光固化成型技术 SLA 三维印刷技术 3DP 选择性激光烧结技术 SLS 分层实体制造技术 LOM 等 我们选择了几种代表性技术让大家学习 目前主要的3D打印技术类型有 熔融沉积成型技术 FDM 数字光学处理技术 DLP 立体光固化成型技术 SLA 三维印刷技术 3DP 选择性激光烧结技术 SLS 分层实体制造技术 LOM 等 我们选择了几种代表性技术让大家学习 目前主要的3D打印技术类型有 熔融沉积成型技术 FDM 数字光学处理技术 DLP 立体光固化成型技术 SLA 三维印刷技术 3DP 选择性激光烧结技术 SLS 分层实体制造技术 LOM 等 我们选择了几种代表性技术让大家学习 2 熔融堆积成型技术 FDM 20世纪80年代 斯科特 克伦普 ScottCrumple 在测试产品的设计时遇到了难题 通过CAD设计的3D模型很难被转化为真实的样品 为解决这一问题 克伦普决定用热塑性 加热融化 冷却后可重新凝固 塑料为材料 设计出一种可以将材料高温熔化后粘合在一起的快速生产模型的机器 喷头根据3D模型的数据 喷射到打印平台的指定位置 熔融状态材料在喷出后迅速固话 从而在打印平台上一层层堆积起来 反复这一过程可堆积成完整的物品 该项技术被称为熔融沉积成型技术 FDM 此后3D打印技术被广泛应用 11 2 熔融堆积成型技术 FDM 2007年 第一款开源FDM桌面级3D打印机RepRap在英国问世 由于互联网的盛行 使得大家都非常方便的得到技术资料 国内的桌面级3D打印机市场也由此打开 FDM的材料包括一切热塑性的材料 例如经过改造的塑料 橡胶 硅胶等 只要具备 加热时融化 降温时固化 这个特征 就可以用来3D打印 所以 近年来人类逐渐开发出巧克力3D打印机 糖果3D打印机 甚至水泥3D打印机 线性 塑料轴 加热挤出头 熔融物 平台 凝固模型 12 2 加热融化 逐层叠加 成型平台 就像蛋糕店里面挤蛋糕花 把奶油装在一个锥状 像一把老式雨伞 的塑料里 顶部开个小孔 挤出来的奶油一层层堆积成特定的形状 难道克伦普以前是在蛋糕店工作的 O O哈哈 13 2 数字光学处理技术 简称DLP 与FDM一般用 热 作为动力不同 DLP是一种用 光 作为动力的3D打印技术 光照射到液态的光敏树脂 对光很敏感的一种液态材料 上 光敏树脂就会固化 从而成型 DLP使用高分辨率的数字光处理器投影仪 把有轮廓的光 投影到光敏树脂表面 使表面特定区域内的一层树脂固化 当一层加工结束后 就生成物体的一个截面 然而平台移动一层 固化层上掩盖另一层液态树脂 再进行第二层投影 第二固化层牢固地粘结在前一固化层上 这样一层层叠加而成三维工件原型 用光敏树脂材料打印的城市模型 14 2 与DLP相似的是SLA SLA是 StereoLithographyAppearance 的缩写 即立体光固化成型技术 不同的是 DLP是一下子可以成型一个面 面SLA是可以成型一个点 鼓DLP比SLA要快 SLA用特定波长与强度的光聚焦到光固化材料表面 使之按由点到线 有线到面顺序凝固 打印出一层 然而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 这样层层叠加而成一个三维实体 数字光学处理技术 简称DLP 平台 马达 镜头 DLP 光敏树脂 光源 DLP数字光学处理技术 15 2 三维印刷技术 3DPrinting 简称3DP 美国麻省理工学院的EmanualSachs教授于1989年申请了三维印刷技术 3DP 的专利 这是一种以陶瓷 金属 石膏 塑料等粉末为材料 利用粘合剂每一层粉末粘合到一起 通过层层叠加而成型 另外 与普通的平面打印机一样 在粘合粉末材料的同时 加上有颜色的颜料 就可以打印出彩色的东西了 3DP是目前世界上比较成熟的彩色3D打印技术 其他技术一般难以做到彩色打印 3DP技术打印的全彩人像 3DP技术打印的全彩汽车组件 16 2 三维印刷技术 3DPrinting 简称3DP 3DP设备在控制系统的控制下喷粉装置在平台上均匀的铺一层粉末 然后喷嘴将粘合剂喷在模型截面的地方 喷有粘合剂的地方 粉末粘合在一起 粘合剂没喷到的地方 粉末没有粘合 然后平台下降一层粉末的厚度 重复铺粉 喷涂粘合剂 通过层层叠加 直至完成整个模型成型 最后从成型室中取出 而没有粘合在一起的粉末还可以重复利用 3DP粉末粘合成型工艺 17 2 20世纪80年代 美国德克萨斯大学奥斯汀分校的研究生C R Dechaed使用选择性激光烧结技术实现快速成型制造 随后他利用这种技术开发出商业用途的3D打印机 SLS技术是将粉末材料进行烧结成型的一种技术 和3DP技术相似 同样采用粉末为材料 所不同的是 这种粉末在激光照射高温条件下才能熔化 简单原理 喷粉装置先铺一层粉末材料 将材料预热到接近熔化点 再采用激光照射 将需要成型模型的截面形状扫描 是粉末熔化 被烧结部分粘合到一起 此过程不断循环 粉末层层堆积 知道最后成型 选择性激光烧结技术 简称SLS 扫描镜 激光束 平整滚 粉末 激光器 SLS激光烧结成型工艺 18 2 激光烧结技术是成型原理最复杂 条件最高 设备及材料成本最高的3D打印技术 但也是目前对3D打印技术发展影响最为深远的技术 目前SLS技术的材料可以是尼龙 蜡 陶瓷 金属等粉末 材料的种类多元化 SLS最大的优势是 产品质量不受模型复杂程度的影响 且产品强度高 使用金属粉末打印的模型强度在锻造和铸造强度之间 因此利用SLS技术可直接完成成品打印 也可间接地打印金属零件 选择性激光烧结技术 简称SLS SLS技术打印的零件 SLS技术打印的手枪 19 2 选择性激光烧结技术 简称SLS 尤其适用于航空航天 军事 船舶制造等领域复杂精密模型的制作 缩短制造周期 减小加工成本 激光烧结技术也存在一定的不足 粉末烧结和粘合在一起后 模型表面光滑度较低 需要后期处理 下面图片为激光烧结技术而成的模型 3D打印的房子 3D打印的零件 3D打印的火箭 20 2 分层实体制造技术 简称LOM LOM又称层叠法成型 它以片材 如纸片 塑料薄膜或复合材料 为原材料 由美国Helisys公司的MichaelFeygin于1986年发明 激光切割系统按照计算机提取的截面轮廓线数据 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 这样一层层的切割 粘合 最终成为三维工件 LOM常用的材料是纸 金属箔 塑料膜 陶瓷膜等 由于此项技术使用起来比较麻烦 一直没有太大改进 所以现在逐渐被淘汰 LOM分层实体成型工艺 21 2 3D打印技术 除了FDM DLP SLA 3DP SLS LOM技术之外 还有诸如SCP SmoothCurvatureP