《3d打印技术的缺点及解决办法》由会员分享,可在线阅读,更多相关《3d打印技术的缺点及解决办法(4页珍藏版)》请在金锄头文库上搜索。
1、一、 结合现有3D打印技术的研究现状,阐述现有3D打印技术的缺点,以及该缺点的解决办法,针对现有某一种3D打印方法进行改进。简述3D打印技术未来的发展方向(2000字以上)。现有3D打印技术的缺点及解决方法1、材料的限制目前主流的3D打印技术可以实现聚合物塑料、某些金属或者陶瓷打印,但目前无法实现打印的材料还非常多。材料的限制主要表现为两个方面的限制,一方面,目前的3D打印技术可打印的材料种类有限,无法完全适应工业生产中所需的各种各样的材料的打印。这使得3D打印技术只能应用于一些特定场合,普及推广仍有很大的障碍。另一方面,针对特定的3D打印机,可打印的材料种类更是特定的几种或几类,这使得针对每
2、种或每类材料,就需要设计专属的3D打印机,通用性不如传统的机械加工好。虽然目前在多材料打印上已经取得了一定的进展,但除非这些进展达到成熟并有效,否则材料依然会是3D打印的一大障碍。解决方法:针对以上两方面问题,可以以这样的思路寻求解决方案。一、研发新材料,这也是国家目前大力发展的方向。通过研发新型的打印性能好、材料性能还能达到传统材料要求材料,提高3D打印技术的通用性。二、提高3D打印机本身的通用性。可以从模块化设计角度出发,本体结构保持一致,对不同种类或类型的材料,只改变部分部件如喷头,而且部件的拆装性能要好,方便更换。2、打印效率低效率低可以从两个角度进行分析。一、与传统机械加工比较,机械
3、加工是在毛坯的基础上减材形成,通常毛坯和零件之间相差的材料较少,即需要去除的材料少,加工比较快;而3D打印技术必须将所有零件实体所需材料通过增材方式堆叠,材料体积大。所以从去除或堆叠得材料体积量来比较,增材的体积量通常比减材的体积量要大。二、从成型运动方面考虑,传统的机械加工主运动多为旋转运动,而3D打印技术为直线运动,旋转运动更容易达到更大的速度,而且保持一定的稳定性,3D打印技术的扫描运动为直线运动,很难达到较大的速度。因此,3D打印技术不仅所需加工的体积量大,而且运动速度受限,所以综合加工效率低。解决方法:针对问题一,可以考虑在一定的规则毛坯材料上增材,减少需要打印的材料量,主要是用于大
4、批量生产情况下,预先设计一系列实体轮廓中所包含的最小毛坯,在毛坯的基础上打印。针对问题二,从机构学角度,可以设计可高速运动的机构 ,如并联机构。另外也需要协调设计材料,增快其熔融速度或凝固速度。还可以从软件及轨迹规划角度着手,采用梯度设计思想,对于有强度等方面要求的,填充率选择大一些,其他部分填充率小一些,而不是像目前整个实体都选择同一填充率。3、质量和精度低:首先是质量问题,由于3D打印采用“分层制造,层层叠加”的增材制造工艺,层与层之间的结合再紧密,也无法和传统模具整体浇铸而成的零件相媲美,而零件材料的微观组织和结构决定了零件的物理性能如强度、刚度、耐磨性、耐疲劳性、气密性等大多不能满足工
5、程实际的使用要求。其次是精度问题,由于3D打印技术固有的成型原理及发展还不完善,其打印成型零件的精度包括尺寸精度、形状精度和表面粗糙度都较差,不能作为功能性零件,只能做原型件使用,从而其应用将大打折扣。解决方法:对于质量问题,可以考虑从打印路径的角度出发,使打印纹理走势与零件主要受力方向一致,增加其强度,防止在力的作用下,零件发生撕裂或破坏。对于精度问题,尽可能研究高分辨率打印技术,将层分辨率降低,但也要考虑与打印效率的匹配问题。另外可以增减材技术相结合,通过减材技术进行表面处理或其他后处理。二、针对现有的一种3D打印方法的改进针对SLA打印原理,是利用一个紫外激光器进行二维扫描,来实现逐层材
6、料的固化,这样扫描会特别慢,效率较低。提出这样的改进思路:将单个激光器改为一种二维的屏幕型激光器,通过程序控制,将三维模型进行实体分层,然后每打印一层,该面激光器显示的就是该层的形状,从而实现该层的直接成型,而省去了扫描的程序,这样打印速率会明显提高,这样效率会提高很多。三、3D打印技术未来的发展方向1、材料方面:在新材料技术的推动下,更多的材料种类可以被打印,而且材料的性能比现有材料更好。同一打印机可打印的材料种类增多,是的3D打印技术更加普及。2、效率方面:从硬件和软件层面都较现有技术有提高,打印效率实现质的飞跃。3、质量和精度方面:通过改进现有技术,或者与其他工艺结合,质量和精度都可以达
7、到零件的要求,而并非只能打印快速原型。4、多材料复合打印:在材料种类越来越多、材料性能越来越好的情况下,多材料复合打印更能充分发挥各种材料的性能优势,是未来的一个发展趋势。4、新型原理的出现:3D打印技术是比较广义的定义,事实上只要能进行材料增加的技术 都可 用于3D打印,尤其是在微纳3D打印技术方面,各种新技术在最近几年已经大量涌现。5、应用领域变广:目前的3D打印技术已经应用于制造领域、建筑领域、航天、军工、汽车、生物科技等领域,在未来的发展中,学科交叉已经成为热门趋势,因此3D打印也会向更多的领域延伸。6、生产模式的改变:随着3D打印技术的进一步普及,工业领域的生产与设计模式会发生一些显
8、著的变化,生产方式也会发生相应的变化,定制化个性化的生产成为可能。二、根据现有3D打印技术相关知识,设计一种新的3D打印方法,可结合目前尚未用于3D打印领域的相关技术。画出所设计技术的原理图,并详分步骤细说明其工作原理、实施步骤和优点。实现FDM多种材料复合打印的一些想法: 可打印的材料有不同的种类,每种材料具有各自的优势,如强度、刚度、轻质等方面。 对于每一种材料,又有几个不同的系列,体现为材料力学性能的不同,分别用于不同的零件要求。 每种材料都设计特定的喷嘴,这种喷头是标准化、系列化的,方便更换,更换方式可参考加工中心刀库换刀的方式进行。 每种喷头可打印一系列的材料,这些材料有预先的安装接
9、口,当更换材料系列时,喷头部件移动到相应接口,材料方便送入喷头。 实际打印操作时,可结合工程分析软件,对零件力学性能要求进行分析,可以将零件不同部位用不同材料进行打印,各自充分发挥各种材料的性能优势,使整体的零件能达到实用要求。例如承受应力较小的部分,可以用低强度材料,如果有减重要求,此时可选用轻质材料;承受应力较大的部分,选用高强度材料。 这样,一台3D打印机可打印的材料就是材料种类数与系列数的乘积,可以充分拓宽打印材优点: 用同一个喷头部件,通过更换不同的喷嘴,可以打印多种不同系列的材料,同时实现了喷头部件的模块化设计。 材料接口数增多,适用于系列材料的复合打印。 不同材料可充分发挥各自的性能优势。