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1、3D 打印机技术详解及未来的发展打印机技术详解及未来的发展 编辑：oa161 商务办公网 3D 打印机英文“3D Printers”， 打印机这个称号是近年该商品来关于民用商场而呈现 3D 的一个新词。其实在专业范畴他有另一个称号“疾速成形技能”。疾速成形技能又称疾速原型制造(Rapid Prototyping Manufacturing， 简称 RPM)技能， 诞生于 20 世纪 80 时代后期， 是依据资料堆积法的一种高新制造技能，被认为是近 20 年来制造范畴的一个重大成果。它集机械工程、 CAD、逆向工程技能、分层制造技能、数控技能、资料科学、激光技能于一身，能够主动、直接、疾速、准确
2、地将描绘思维转变为具有必定功用的原型或直接制造零件，然后为零件原型制造、新描绘思维的校验等方面供给了一种高效低本钱的完结手法。即，疾速成形技能即是运用三维 CAD 的数据，通过疾速成型机，将一层层的资料堆积成实体原型。 RPM 技能是在现代 CAD/CAM 技能、激光技能、核算机数控技能、精细伺服驱动技能以及新资料技能的根底上集成开展起来的。不相同品种的疾速成型体系因所用成形资料不相同，成形原理和体系特色也各有不相同。可是，其基本原理都是相同的，那即是 “分层制造，逐层叠加“， 类似于数学上的积分进程。形象地讲，疾速成形体系就像是一台“立体打印机“，因而得名“3D 打印机”。 3D 打印机的原
3、理打印机的原理 3D 打印机能够依据零件的形状，每次制做一个具有必定细小厚度和特定形状的截面，然后再把它们逐层粘结起来，就得到了所需制造的立体的零件。每个截面数据相当于医学上的一张 CT 像片；整个制造进程能够比喻为一个 “积分“的进程。当然，整个进程是在电脑的操控下，由 3D 打印机体系主动完结的。不相同公司制造的 3D 打印机所用的成形资料不相同，体系的作业原理也有所差异，但其基本原理都是相同的，那即是“分层制造、逐层叠加“。这种技能能够形象地叫做“增长法“或“加法“。 3D 打印机的制造进程咱们举个比如：例如咱们制造一个塑料质料的苹果，首要咱们需求在电脑上运用 3D 软件制造出一个苹果的
4、 3D 模型文件，然后把它转换成 3D 打印机撑持的文件格局。接下来需求给 3D 打印机放入塑料耗材，如今 3D 打印机就能够制造了。这个进程是不是像咱们的平面打印机的操作呀！好下面说要点。 打印体系在制造的时分会从这个苹果 3D 模型底部开端切成许多片（多少片呢？这个要依据打印机的技能指标它所撑持的“层厚”来决议。）也即是咱们上面说的截面图。最先开端制造的是苹果模型的最底部的那一个截面，也即是苹果最底部的一层，这时分体系会操控激光器（或喷嘴）在这一层截面图的规模烧结质料（或挤出质料不相同的打印机技能制造办法也有差异这个下面咱们会说到），这一层做好后是第二层依此类推。这样这个塑料苹果就一层层的
5、“成长”出来了。 3D 打印机的技能打印机的技能 如今市面上现已有十几种不相同的 3D 打印机的技能，其间比拟老练的有 UV、SLA、SLS、LOM 和 FDM 等办法。咱们将在下面介绍 4 种当前运用比拟广泛的技能： SLA 技能技能 3D 打印机的原理打印机的原理 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集到光固化资料表面，使之由点到线，由线到面次序凝结，完结一个层面的绘图作业，然后升降台在笔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 是最早实用化的疾速成形技能，选用
6、液态光敏树脂质料，技能原理如图所示。其技能进程是，首要通过 CAD 描绘出三维实体模型，运用离散程序将模型进行切片处置，描绘扫描途径，发生的数据将准确操控激光扫描器和升降台的运动；激光光束通过数控设备操控的扫描器，按描绘的扫描途径 照射到液态光敏树脂表面 ， 使表面特定区域内的一层树脂固化后， 当一层加工结束后，就生成零件的一个截面；然后 升降台降低必定间隔， 固化层上掩盖另一层液态树脂，再进行第二层扫描，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。将原型从树脂中取出后，进行结尾固化，再经打光、电镀、喷漆或上色处置即得到需求的商品。 SLA 技能首要用于制造多种模具、模
7、型等；还能够在质猜中通过参加其它成分， SLA 用原型模替代熔模精细铸造中的蜡模。 SLA 技能成形速度较快，精度较高，但因为树脂固化进程中发生缩短，不可避免地会发生应力或导致形变。因而开发缩短小、固化快、强度高的光敏资料是其开展趋势。 SLA 技能的优势技能的优势 1.光固化成型法是最早呈现的疾速原型制造技能，老练度高，通过时刻的查验。 2.由 CAD 数字模型直接制成原型，加工速度快，商品出产周期短，无需切削东西与模具。 3.能够加工布局外形杂乱或运用传统手法难于成型的原型和模具。 4.使 CAD 数字模型直观化，降低过错修正的本钱。 5.为试验供给试样，能够对核算机仿真核算的成果进行验证
8、与校核。 6.可联机操作，可长途操控，利于出产的主动化。 SLA 技能的缺陷技能的缺陷 1.SLA 体系造价昂扬，运用和保护本钱过高。 2.SLA 体系是要对液体进行操作的精细设备，对作业环境需求严苛。 3.成型件多为树脂类，强度，刚度，耐热性有限，不利于长时刻保管。 4.预处置软件与驱动软件运算量大，与加作业用关联性太高。 5.软件体系操作杂乱，入门艰难；运用的文件格局不为宽广描绘人员了解。 6.立体光固化成型技能被单一公司所独占。 总结：总结：SLA 的开展趋势与远景的开展趋势与远景 立体光固化成型法的的开展趋势是高速化，节能环保与微型化。不断进步的加工精度使之有最先可能在生物，医药，微电
9、子等范畴大有作为。 SLS 技能技能 3D 打印机的原理打印机的原理 SLS(Selective Laser Sintering)挑选性激光烧结（以下简称 SLS）技能开始是由美国德克萨斯大学奥斯汀分校的 Carlckard 于 1989 年在其硕士论文中提出的。 后美国 DTM 公司于 1992 年推出了该技能的商业化出产设备 Sinter Sation。几十年来，奥斯汀分校和 DTM 公司在 SLS 范畴做了许多的研讨作业，在设备研制和技能、资料开发上取得了丰硕成果。德国的 EOS 公司在这一范畴也做了许多研讨作业，并开发了相应的系列成型设备。 国内也有多家单位进行 SLS 的关联研讨作业
10、，如华中科技大学、南京航空航天大学、西北工业大学、中北大学和北京隆源主动成型有限公司等，也取得了许多重大成果，如南京航空航天大学研制的 RAP-I 型激光烧结疾速成型体系、北京隆源主动成型有限公司开发的 AFS 一 300 激光疾速成型的商品化设备。 挑选性激光烧结是选用激光有挑选地分层烧结固体粉末，并使烧结成型的固化层层层叠加生成所需形状的零件。其整个技能进程包含 CAD 模型的树立及数据处置、铺粉、烧结以及后处置等。 整个技能设备由粉末缸和成型缸组成，作业时粉末缸活塞（送粉活塞）上升，由铺粉辊将粉末在成型缸活塞（作业活塞）上均匀铺上一层，核算机依据原型的切片模型操控激光束的二维扫描轨道，有
11、挑选地烧结固体粉末资料以构成零件的一个层面。粉末完结一层后，作业活塞降低一个层厚，铺粉体系铺上新粉。操控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。结尾，将未烧结的粉末收回到粉末缸中，并取出成型件。关于金属粉末激光烧结，在烧结之前，整个作业台被加热至必定温度，可削减成型中的热变形，并利于层与层之间的联系。 SLS 技能的特色技能的特色 与其它 3D 打印机技能比拟，SLS 最杰出的长处在于它所运用的成型资料非常广泛。从理论上说，任何加热后能够构成原子间粘结的粉末资料都能够作为 SLS 的成型资料。当前，可成功进行 SLS 成型加工的资料有白腊、高分子、金属、陶瓷粉末和它们的
12、复合粉末资料。因为 SLS 成型资料品种多、用料节省、成型件功用散布广泛、合适多种用处以及 SLS 无需描绘和制造杂乱的支撑体系，所以 SLS 的运用越来越广泛。 总结：SLS 技能 3D 打印机技能中，金属粉末 SLS 技能是这些年大家研讨的一个热门。完结运用高熔点金属直接烧结成型零件，对用传统切削加工办法难以制造出高强度零件，对疾速成型技能更广泛的运用具有格外重要的含义。展望未来，SLS 形技能在金属资料范畴中研讨方向应该是单元体系金属零件烧结成型，多元合金资料零件的烧结成型，领先金属资料如金属纳米资料，非晶态金属合金等的激光烧结成型等，特别合适于硬质合金资料微型元件的成型。此外，依据零件
13、的具体功用及经济需求来烧布局成具有功用梯度和布局梯度的零件。咱们信任，跟着大家对激光烧结金属粉末成型机理的把握，对各种金属资料最佳烧结参数的取得，以及专用的疾速成型资料的呈现，SLS 技能的研讨和引证必将进入一个新的境地。 LOM 技能技能 3D 打印机的原理打印机的原理 分层实体制造法（LOMLaminated Object Manufacturing），LOM 又称层叠法成形，它以片材（如纸片、塑料薄膜或复合资料）为原资料，其成形原理如图所示，激光切开体系依照核算机提取的横截面概括线数据，将反面涂有热熔胶的纸用激光切开出工件的表里概括。切开完一层后，送料机构将新的一层纸叠加上去，运用热粘压
14、设备将已切开层粘合在一起，然后再进行切开，这样一层层地切开、粘合，结尾变成三维工件。LOM 常用资料是纸、金属箔、塑料膜、陶瓷膜等，此办法除了能够制造模具、模型外，还能够直接制造构件或功用件。 Lom 技能的特色 该技能的特色是作业牢靠，模型支撑性好，本钱低，功率高。缺陷是前、后处置费时吃力，且不能制造中空布局件。成形资料：涂敷有热敏胶的纤维纸；制件功用：相当于高档木材； 首要用处：疾速制造新商品样件、模型或铸造用木模。 FDM 技能技能 3D 打印机的原理打印机的原理 熔积成型（FDMFused DepositionModeling）法，该办法运用丝状资料（白腊、金属、塑料、低熔点合金丝）为
15、质料，运用电加热办法将丝材加热至略高于熔化温度（约比熔点高 1），在核算机的操控下，喷头作 x-y 平面运动，将熔融的资料涂覆在作业台上，冷却后构成工件的一层截面，一层成形后，喷头上移一层高度，进行下一层涂覆，这样逐层堆积构成三维工件。 FDM 技能的特色 该技能污染小，资料能够收回，用于中、小型工件的成形。下图为 FDM 成形原理图。成形资料：固体丝状工程塑料；制件功用：相当于工程塑料或蜡模； 首要用处：塑料件、铸造用蜡模、样件或模型。 Ps：当前国内常见的自己级 3D 打印机多用此技能除了上述 4 种最为了解的技能外，还有许多技能也现已实用化，如三维打印技能、光屏蔽技能、直接壳法、直接烧结
16、技能、全息干与制造等这里就不做具体介绍。 3D 打印机技能的长处打印机技能的长处 制造疾速 3D 打印机技能是并行工程中进行杂乱原型或许零件制造的有用手法，能使商品描绘和模具出产同步进行，然后进步公司研制功率，缩短商品描绘周期，极大的降低了新品开发的本钱及危险，关于外形尺寸较小，异形的商品特别适用。 CAD/CAM 技能的集成描绘制造一体化一向来说是如今的一个难点，核算机辅佐技能（CAPP）在现阶段因为还无法与 CAD、CAM 彻底的无缝对接，这也是制约制造业信息化一向以来的难点之一，而疾速成型技能集成 CAD、CAM、激光技能、数控技能、化工、资料工程等多项技能，使得描绘制造一体化的概念完满完结。彻底再现三维作用通过疾速成型制造完结的零部件，彻底实在的再现三维外型，无论外表面的异形曲面仍是内腔的异形孔，都能够实在准确的完结外型，基本上不再需求再凭借外部设备进行修正。 资料品种繁复 到当前为止，各类 3D 打印机设备上所运用的资料品种有许多，树脂、尼龙、塑料、白腊、纸以及金属或陶瓷的粉末，基本上满意了绝大多数商品对资料的机械功用需求。发明明显的经济效益与传统机械加工办法比
