3D打印快速成型技术

1、特种加工论文题目3D打印快速成型技术XX专业班级学号3D打印快速成型技术摘要：本文主要介绍了特种加工中3D打印快速成型技术，首先介绍它的加工原理, 然后分析它的特点、加工方式，然后说明其在实际生产中的主要应用以及开展方 向。关键词：特种加工技术，3D打印快速成型，特点，应用Abstract:This article mainly introduced the special processing of 3 d printing rapid prototyping technology, introduces its processing principle, and analyzes its

2、characteristics, processing methods, and then explain the main application in practical production and the development direction.Key words： Special processing technology, 3 d printing rapid prototyping, characteristics, application.引言3D打印3D PRINTING 即3D打印技术，又3D打印制造是20世纪80 年代才兴起的一门新兴的技术，是 21世纪制造业最具影响

3、的技术之一。随着计 算机与网络技术的开展，信息高速公路加快了科技传播的速度， 产品的生命周期 越来越短，企业之间的竞争不再只是质量和本钱上的竞争， 而更重要的是产品上 市时间的竞争。因此，通过计算机仿真和 3D打印增加产品的信息量，以便更快 的完成设计及其制造过程，将产品设计和制造过程的时间周期尽量缩短，防止投产后发现问题造成不可挽回的损失。3D打印技术是由CAD模型直接驱动的快速制造复杂形状的三维实体的技术总称。简单的讲，3D打印制造技术就是快速制造新产品首版样件的技术，它 可以在没有任何刀具、模具及工装夹具的情况下，快速直接的实现零件的单件生 产。该技术突破了制造业的传统模式， 特别适合于

4、新产品的开发、单件或少批量 产品试制等。它是机械工程、计算机 CAD、电子技术、数控技术、激光技术、 材料科学等多学科相互渗透与穿插的产物。 它可快速，准确地将设计思想转变为 具有一定功能的原型或零件，以便进展快速评估，修改及功能测试，从而大大缩 短产品的研制周期，减少开发费用，加快新产品推向市场的进程。自从美国3D公司在1987年推出世界上第一台商用快速原形制造设备以来， 快速原形技术快速开展。投入的研究经费大幅增加，技术成果丰硕。原形化系统 产品的销量高速增长。在这方面美国，日本一直处于领先地位，我国在这方面起 步较晚，但是奋起直追，开展研究并取得一定成果，国也有些成熟的产品问世， 他们正

5、在各种生产领域上发挥着作用。二、打印系统的工作原理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 厚度进展分层，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 的数据进展一定的处理，参加加工参数，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。自由曲面 CAD 模型，如果使用传统的方法和数控机床进展加工， 那么复杂的自由曲面，本钱高， 效率低。近年来，3D打印即广泛的被运用

6、于工业生产中。各种 3D打印技术的 过程都包括CAD模型建立、生成STL文件格式、3D打印制作、模型分层切片 和后置处理五个步骤。三、打印过程1三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。设计软件和打印机之间协作的标准文件格式是 STL文件格式。一个STL文件使 用三角面来近似模拟物体的外表。 三角面越小其生成的外表分辨率越高。PLY是 一种通过扫描产生的三维文件的扫描器， 其生成的VRML或者WRL文件经常被 用作全彩打印的输入文件。2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

7、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。打印机打出的截面的厚度即 Z方向以及平面方向即X-Y方向的分辨率是以 dpi像素每英寸或者微米来计算的。一般的厚度为100微米，即0.1毫米，也有局部打印机如 ObjetConnex系列还有三维Systems' ProJe保歹！J可以打印出16 微米薄的一层。而平面方向那么可以打印出跟激光打印机相近的分辨率。打印出来的“墨水滴的直径通常为 50到100个微米。用传统方法制造出一个模型通 常需要数小时到数天，根据模型的尺寸以及复杂程度而定。 而用三维打印的技术 那么可以

8、将时间缩短为数个小时，当然其是由打印机的性能以及模型的尺寸和复 杂程度而定的。传统的制造技术如注塑法可以以较低的本钱大量制造聚合物产品，而三维打印技术那么可以以更快，更有弹性以及更低本钱的方法生产数量相对较少的产品。一个桌面尺寸的三维打印机就可以满足设计者或概念开发小组制造模型的需要。3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外表可能会比拟粗 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，再稍微经过外表打磨即可得到外表光滑 的“高分辨率物品。有些技术可以同时使用多种材料进展打印。 有些技术在打印的过程中还会用到支 撑

9、物，比方在打印出一些有倒挂状的物体时就需要用到一些易于除去的东西如可溶的东西作为支撑物。四、打印造型法主要种类1利用激光固化树脂材料的光造型法StereoHthography。在树脂槽中盛满 液态光敏树脂，它在紫外激光束的照射下会快速固化。 成型过程开场时，可升降 的工作台处于液面下一个截面层厚的高度，聚焦后的激光束，在计算机的控制下， 按照截面轮廓的要求，沿液面进展扫描，使被扫描区域的树脂固化，从而得到该 截面轮廓的树脂薄片。然后，工作台下降一层薄片的高度，以固化的树脂薄片就 被一层新的液态树脂所覆盖，以便进展第二层激光扫描固化，新固化的一层牢粘 结在前一层上，如此重复不已，直到整个产品成型

10、完毕。最后升降台开出液体树 脂外表，取出工件，进展清洗、去处支撑、二次固化以及外表光洁处理等。激 光立体造型制造精度目前可达土 0.1m m，主要用作为产品提供样品和实验模型。 光敏树脂选择性固化快速成型技术适合于制作中小形工件，能直接得到树脂或类 似工程塑料的产品。主要用于概念模型的原型制作，或用来做简单装配检验和工 艺规划。2粉末材料选择性烧结Selected Laser Sintering是一种快速原型工艺， 简称SLS粉末材料选择性烧结采用二氧化碳激光器对粉末材料塑料粉等与粘结剂的混合 粉进展选择性烧结，是一种由离散点一层层堆集成三维实体的快速成型方法。粉末材料选择性烧结采用二氧化碳激

11、光器对粉末材料塑料粉、瓷与粘结剂的混 合粉、金属与粘结剂的混合粉等进展选择性烧结，是一种由离散点一层层对集 成三维实体的工艺方法。在开场加工之前，先将充有氮气的工作室升温，并保持在粉末的熔点一下。成型时，送料筒上升，铺粉滚筒移动，先在工作平台上铺一层粉末材料，然后激 光束在计算机控制下按照截面轮廓对实心局部所在的粉末进展烧结，使粉末溶化继而形成一层固体轮廓。第一层烧结完成后，工作台下降一截面层的高度，在铺 上一层粉末，进展下一层烧结，如此循环，形成三维的原型零件。最后经过 5-1 0小时冷却，即可从粉末缸中取出零件。未经烧结的粉末能承托正在烧结的工件， 当烧结工序完成后，取出零件。粉末材料选择

12、性烧结工艺适合成型中小件，能直接的到塑料、瓷或金属零件，零件的翘曲变形比液态光敏树脂选择性固化工艺要 小。但这种工艺仍需对整个截面进展扫描和烧结，加上工作室需要升温和冷却，成型时间较长。止匕外，由于受到粉末颗粒大小及激光点的限制，零件的外表一般 呈多孔性。在烧结瓷、金属与粘结剂的混合粉并得到原型零件后，须将它置于加 热炉中，烧掉其中的粘结剂，并在孔隙中渗入填充物，其后处理复杂。粉末材料选择性烧结快速原型工艺适合于产品设计的可视化表现和制作功能测试零件。 由 于它可采用各种不同成分的金属粉末进展烧结、进展渗铜等后处理，因而其制成 的产品可具有与金属零件相近的机械性能， 但由于成型外表较粗糙，渗铜

13、等工艺 复杂，所以有待进一步提高。3熔融造型法熔融造型法FDM。工作时直接由计算机控制。喷头挤出 热塑材料并按照层面几何信息逐层由下而上制作出实体模型。F DM技术的最大特点是速度快（一般模型仅需几小时即可成型卜无污染，在原型开发和精铸蜡模等 方面得到广泛应用。FDM生产可选成型材料种类较多，原材料费用低，因而的 到广泛的应用。但是FDM也有其固有的缺点。精度低，热融制造中很难控制精 度，难以制造构造复杂的构件，且材料的制造是处于熔点附近，因而构件的强度 小，也不适合制造大型的制件，这些特点都限制了 FDM的应用围。4热可塑造型法SL©。该方法是用2CO激光熔融烧结树脂粉末的方式制

14、作样件。工作时，由2CO激光器发出的光束在计算机控制下 根据几何形体各层横 截面的几何信息对材料粉末进展扫描，激光扫描处粉末熔化并凝固在一起。然后， 铺上一层新粉末再用激光才3描烧结，如此反复直至制成所需样件。五、3D打印制造特点3D打印技术突破了 “毛坯一切削一加工品传统的零件加工模式，开创了不 用刀具制作零件的先河，是一种利用的薄层叠加的加工方法。与传统的切削加工 方法相比，3D打印加工至少具有以下特点：（1）可迅速制造出具有自由曲面和更为复杂形态的零件，如零件中的凹槽、凸肩和空心局部等，这些利用传统工艺很 难加工的从而大大降低了新产品的开发本钱和开发周期。在时间尤其重要的今 大，它可以为

15、企业节省大量的研发时间。(2)它属于非接触加工，不需要切削加工所必需的刀具和夹具，无刀具磨损和切 削力影响。只需要一套特定的设备，工序简单，没有传统加工的烦琐的工序。传 统的加工中每一个工序都需要机床等复杂加工设备，且加工过程复杂，对操作人员的技术要求很高。(3沅振动、噪声和切削废料。可以为企业节省珍贵的试制原料，简化生产。 传统的制造中由于多是机械制造， 噪音较大。且加工时边角料多。造成资源的浪 费。(4)可实现完全自动化生产。操作可以由电脑控制，无需人的过多干预。真正 实现了自动化。(5)加工效率高，能快速制作出产品实体模。精度高，生产的产品质量好。(6)3D打印技术在产品开发中的关键作用

16、和重要意义是很明显的，它不受复杂形状的限制，可迅速地将示于计算机屏幕上的设计变为进一步评估的实物。根据原型，可对设计的正确性、造型的合理性、可装配性和干预性，进展具体的检 验。通过原型的检验可使开发产品中的风险减到最底的限度。六、主要限制因素1材料限制：虽然高端工业印刷可以实现塑料、某些金属或者瓷打印，但 无法实现打印的材料都是比拟昂贵和稀缺的。 另外，打印机也还没有到达成熟的 水平，无法支持日常生活中所接触到的各种各样的材料。虽然研究者们在多材料打印上已经取得了一定的进展，但除非这些进展到达成熟并有效，否那么材料依 然会是3D打印的一大障碍。2机器限制：3D打印技术在重建物体的几何形状和机能

17、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。这个困难对于制造商来说也许是可以解决的，但是3D打印技术想要进入普通家庭，每个人都能随意打印想要的东西，那么机器的限制就 必须得到解决才行。七、3D打印技术成型主要应用应用领域：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。以 色列的Stratasy公司认为，3D打印机需求量较大的行业包括政府、航天和国防、 医疗设备、高科技、教育业以及制造业。八、完毕语最近两年，3D打印技术概念引起了国外政府、军方、企业的高度重视，但其实3D打印技术已经开展有30余年。美国著名智库

18、高德纳Gartner公司2012 年度和德纳新兴IT技术显示度周期特别报告7yl为，3D打印技术正处于高循环曲线显示度顶点。预计该技术在未来 25年到达生产力成熟期。然而，通过分析发现，3D打印技术却很难取代传统制造工艺，在军事领域的应用主要集中在 对受损部件的修复、复杂构造部件的生产以及小批量部件生产等方面，与传统制造工艺形成了较好的互补关系。例如，美国方案使用3D打印技术在太空空间站上。参考文献：1 3D 打印（简介、原理及技术）.designspark 2013-10-29.2颜永年，人佶.快速制造技术的开展道路与开展趋势 J.电加工与模具, 2007, 2: 25-29.3美胡迪利普森 梅尔芭库曼.3D打印:从想象到现实.2013年4月4 王运赣.3D打印技术修订版.2014-07-015 继全.3D打印：面向