智能建造理论与实践 课件 4.6节 3D打印技术

第四章智能建造技术与应用4.63D打印技术——3D打印技术概述3D打印技术的定义及工作原理

3D打印技术的正式名称为“增材制造”，又称为“快速成型技术”，可指任何打印三维物体的过程。与传统的去除材料加工技术（减材制造）不同，它综合了数字建模技术、机电控制技术、信息技术、材料科学与学等诸多方面的前沿技术知识，具有很高的科技含量。3D打印技术的工作原理是在计算机上使用电脑建模软件（如3Dmax等）塑造虚拟3D立体模型，然后将模型文件转换成与3D打印机匹配的格式，并根据切片程序将模型整体划分为很多个横截面。最后，3D打印机通过将横截面堆叠成3D模型，完成打印工作。4.63D打印技术——3D打印技术概述3D打印技术起源3D打印思想起源于19世纪末的美国经过几十年的发展与不断改进，3D打印技术已经从最早的光固化工艺，发展出熔融沉积成型工艺、选择性激光烧结技术、三维印刷工艺等多种制作快速成型产品的工艺其中运用激光烧结技术、熔融沉积成型技术的3D打印技术由于其无需机械加工和任何模具，就可以从计算机图形数据中直接生成各种零件。节省了生产成本与研发时间，在机械零件、珠宝模具、定制版产品以及医学器官等多个领域都得到了最广泛的应用。4.63D打印技术——3D打印相关技术3D打印技术种类——SLA（StereolithographyAppearance，立体光固化成型技术）图4-52SLA光固化快速成型3D打印技术

将液态光敏树脂放入加工槽中，开始时工作台的高度与液面相差一个截面层的厚度，经过聚焦的激光按横截面的轮廓对光敏树脂表面进行扫描，被扫描到的光敏树脂会逐渐固化，这样就可以产生了与横截面轮廓相同的固态的树脂工件。

此时，工作台会下降一个截面层的高度，固化了的树脂工件就会被在加工槽中周围没有被激光照射过的还处于液态的光敏树脂所淹没，激光再开始按照下一层横截面的轮廓来进行扫描，新固化的树脂会粘在下面一层上，经过如此循环往复，整个工件加工过程就完成了然后将完成的工件再经打光、电镀、喷漆或着色处理即得到要求的产品。4.63D打印技术——3D打印相关技术3D打印技术种类——SLS（SelectiveLaserSintering，选择性激光烧结）图4-53SLS选择性激光烧结3D打印技术

整个工艺装置由粉末缸和成型缸组成，工作时粉末缸活塞（送粉活塞）上升，由铺粉辊将粉末在成型缸活塞（工作活塞）上均匀铺上一层，计算机根据原型的切片模型控制激光束的二维扫描轨迹，有选择地烧结固体粉末材料以形成零件的一个层面。

粉末完成一层后，工作活塞下降一个层厚，铺粉系统铺上新粉。控制激光束再扫描烧结新层。如此循环往复，层层叠加，直到三维零件成型。

最后，将未烧结的粉末回收到粉末缸中，并取出成型件。对于金属粉末激光烧结，在烧结之前，整个工作台被加热至一定温度，可减少成型中的热变形，并利于层与层之间的结合。4.63D打印技术——3D打印相关技术3D打印技术种类——LOM（LaminatedObjectManufacturing，分层实体制造法，又称层叠成型法）

它以片材（如纸片、塑料薄膜或复合材料）为原材料，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，利用热黏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、黏合，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。4.63D打印技术——3D打印相关技术3D打印技术种类——FDM（FusedDepositionModeling，熔积成型法）图4-54FDM成型过程简图

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（也有文献中写的是工作台下降一个截面层的高度，然后喷头进行下一个横截面的打印），如此循环往复，热塑性丝状材料就会一层一层地在工作台上完成所需要横截面轮廓的喷涂打印，直至最后完成。4.63D打印技术——3D打印相关技术3D打印技术优势避免了传统制造业的切割程序不需要通过模具进行制造加工速度也较快，生产周期相对较短在制造体积小、结构复杂的物体时具有很大优势通过一体成型的打印技术，不需要二次加工通过与电脑联机结合操作，实现了批量生产和远程操控4.63D打印技术——3D打印技术应用实例从建筑的整体上分析，3D打印技术具有良好的经济效益，且在建筑施工和设计中3D技术可以开展建筑特殊性设计工作，保证工程计价的方便性，获得比较客观的预算，促使人们具有非常直观的感受，对其进行辅助，并且从根本上对存在的问题进行有效解决，促使建筑施工的质量和安全得到保证。在建筑设计中的应用3D打印技术在建筑的施工阶段应用，可很好地控制施工误差，提高施工效率。通过控制系统控制3D建筑打印设备按照不同的切片方案进行打印，打印精确度可控制到mm级别。在建筑打印过程中可