1.1 3D打印原理及特点《增材制造技术》教学课件

3D打印认知与实践1.13D打印技术原理与特点问题导入

在生活中，我们可以使用普通打印机将计算机中存储的文件或二维图片打印在纸上。那是否有3D打印机来打印立体物品呢？

在生活中，人们使用手机的时间越来越多，大家都需要一个简约、易用、舒适的手机支架。目前市场上的手机支架价格便宜的千篇一律，没有个性；有创意、适用的价格太高，都不能满足每个人的个性化需求。图1常见手机支架

采用3D打印技术我们可以轻松打印一个属于自己的、独一无二的手机支架，支架上可以有你的名字，你还可以随时更新你的设计和颜色，还可以作为礼物送给你的朋友。当然，你还可以在网络或实体店等地方将你的3D打印产品或者数值模拟进行售卖，将创意变成财富。图23D打印手机支架

在长安街沿线的冬奥主题花坛里，就蕴含着一项3D打印黑科技，这是一座高9.1米的大花坛，主景是冬奥会和冬残奥会会徽。散落地上的蓝白两色“雪花”格外惹眼。“这些‘雪花’的原料是城市固废，经过多道复杂工序后，通过3D打印技术制作出来。一朵朵“雪花”承载着现代科技与零碳环保理念。最大的一片雪花直径达1.7米，在设计、打印中要考虑厚度、宽度、仿实和坚固性，还要考虑3D打印出来的产品能够承载暗藏管线和加强筋。

据悉，长安街沿线花坛的展示结束后，“雪花”将被回收，循环利用。问题导入013D打印的原理3D打印的原理

说起3D打印技术，你一定不陌生，3D打印的人像、电子零部件、服装、鞋子等，我们早已司空见惯。可你知道什么是3D打印吗？

3D打印技术（3DPrinting）有很多个称呼，学术上称之为快速成型技术(RapidPrototypingManufacturing，简称RPM)，3D打印技术从制造工艺的技术上划分它叫做增材制造（AdditiveManufacturing，简称AM）。3D打印技术的原理是一种以数字模型文件为基础，把粉末或液体等形态的可融合材料通过逐层固化的方式来构造实体的技术。

采用3D打印方式制造出实体物品的新兴制造技术，将对传统的工艺流程、生产线、工厂模式、产业链组合产生深刻影响，是制造业有代表性的颠覆性技术。3D打印是利用设计产品的3D数据，采用分层、叠加成形的原理进行打印，其工艺流程一般可分为三维建模、数据分割、打印、后处理四步。3D打印的原理CAD建模STL转换生成片层NC代码实体加工零件原型去支撑、抛光等切片处理前处理快速成型系统工作后处理3D打印的基本程序（GF提供）三维建模分割三维数据成二维打印后处理工艺流程023D打印的特点3D打印的特点1.3D打印技术优点

就传统制造业而言，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，制造一个形状复杂的物品并不会比一个简单的方块消耗更多的时间、技能和成本。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。（1）制造复杂物品不增加成本3D打印的特点（2）产品多样化不增加成本

一台3D打印机可以打印各种不同形状，而传统的制造设备做出的形状种类有限。3D打印机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就可打印出琳琅满目、任何形状、多种材料、多种颜色的产品。这对传统制造来说，是不可想象的。3D打印的特点（3）无须组装

3D打印技术能实现部件的一体化成型。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进行集中组装。产品组成的部件越多，组装耗费的时间和成本就越多。3D打印机通过分层制造不仅可以同时打印多个零件，而且还可以打印组装好的零件。例如:打印一扇门及上面的配套铰链，采用3D打印技术就可一次完成而不需要组装。省略组装就缩短了供应链，节省了劳动力和运输方面的花费。3D打印的特点（4）零时间交付

3D打印机可以按需打印，即时生产。这样减少了企业的实物库存，企业可以根据客户订单使用3D打印机制造出订制或特殊的产品以满足客户需求，所以新的商业模式将成为可能。如果人们所需的物品按需就近生产，零时间交付式生产能最大限度地减少长途运输和库存的成本。3D打印的特点（5）设计空间无限

传统制造技术和工匠制造的产品形状有限，制造形状的能力受制于所使用的工具。例如，传统的木制车床只能制造圆形物品，轧机只能加工用铣刀组装的部件，制模机仅能制造模铸形状。3D打印机可以突破这些局限，开辟巨大的设计空间，甚至可以制作目前可能只存在于自然界的形状。3D打印的特点

传统工匠需要当几年学徒才能掌握所需要的技能，传统的制造机器需要熟练的专业人员进行机器调整和校准后才可使用。而批量生产和计算机控制的3D打印机降低了对使用者技能的要求，3D打印机从设计文件里获得各种指令并实现产品的制造。做同样复杂的物品，3D打印机所需要的操作技能比任何传统机器都少。零技能制造开辟了新的商业模式，并能在远程环境或极端情况下为人们提供新的生产方式。（6）零技能制造3D打印的特点（7）不占空间、便携制造

就单位生产空间而言，与传统制造机器相比，3D打印机的制造能力更强。例如，注塑机只能制造比自身小很多的物品，与此相反,3D打印机可以制造和其打印平台一样大的物品。3D打印机调试好后，打印设备可以自由移动。通过移动机器或手动操作，3D打印机可以制造比自身还要大的物品。较高的单位空间生产能力使得3D打印机适合家用或办公使用，因为它们所需的物理空间小。3D打印的特点（8）减少废弃副产品

与传统的金属制造技术相比，3D打印机制造金属零件时产生较少的副产品。传统金属加工的浪费量惊人，90%的金属原材料被摆放和丢弃在工厂车间里。3D打印制造金属零件时几乎是零废料。随着打印材料的进步，“净成型”制造可望成为更环保的加工方式。3D打印的特点（9）材料无限组合

对当今的加工制造机器而言，将不同原材料结合成单一产品是件难事，因为传统的制造机器在切割或模具成型过程中不能轻易地将多种原材料融合在一起。随着多材料3D打印技术的发展，我们有能力将不同原材料融合在一个产品中。以前无法混合的原料混合后将形成新的材料，这些材料性能、色调种类繁多，打印产品将具有独特的属性或功能。3D打印的特点（10）精确的实体复制品

数字音乐文件可以被无休止地复制，音频质量并不会下降。未来3D打印技术将数字精度扩展到实体世界。扫描技术和3D打印技术将共同提高实体世界和数字世界之间形态转换的分辨率，我们可以扫描、编辑和复制实体对象，创建精确的副本或优化原件。3D打印的特点2.3D打印技术缺点道德的挑战04知识产权的忧虑03机器的限制02众所周知，3D打印技术要成为主流技术，它对机器的材料和功能要求也是不低的，其复杂性也可想而知。目前的3D打印技术在重建物体的几何形状和性能上已经达到了一定的水平，几乎任何静态的形状都可以被打印出来，但是要打印那些运动的物体并保持它们的精度和清晰度就难以实现了。多材料、多功能的3D打印技术的困难对于制造商来说是可以解决的，但是3D打印技术想要进入普通家庭，实现每个人都能随意打印想要的物品，机器的限制就必须得到解决。材料的限制01仔细观察周围的一些3D打印物品和设备，你就会发现3D打印技术发展的第一个羁绊,那就是所需材料的限制。虽然高端工业打印机可以实现塑料、某些金属或者陶瓷打印，但目前无法实现打印的材料还有很多，其中许多都是比较通用或比较昂贵和稀缺的材料。另外，现在的打印机也还没有达到完全成熟的水平，无法任意打印我们在日常生活中所接触到的各种各样的材料。研究者们在多材料打印上已经取得了一定的进展。在过去的几十年里，随着改革开放，音乐、电影和电视产业中对知识产权的关注越来越多。3D打印技术毫无疑问也会涉及这一问题，因为现实中的很多东西都会更加广泛地复制和传播。人们可以随意复制任何东西，并且数量不限。如何制定3D打印的法律法规来保护知识产权，也是我们面临的问题之一，否则就会出现思想和产品泛滥的现象。有没有道德