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1、word工程训练I大作业-3D打印机的技术原理学院名称专业班级学 号学生成 绩2018年03月18日3D打印机的技术原理3D打印3Dprinting，是制造业领域正在迅速开展的一项新兴技术，被称为“具有工业革命意义的制造技术。运用该技术进展生产的主要流程是：应用计算机软件，设计出立体的加工样式，然后通过特定的成型设备俗称“3D打印机，用液态、粉末、丝状的固体材料逐层“打印出产品。3D打印是“增材制造AdditiveManufacturing的主要实现形式。“增材制造的理念区别于传统的“去除型制造。传统数控制造一般是在原材料根底上，使用切割、磨削、腐蚀、熔融等方法，去除多余局部，得到零部件，再以
2、拼装、焊接等方法组合成最终产品。而“增材制造与之截然不同，无需原胚和模具，就能直接根据计算机图形数据，通过叠加材料的方法生成任何形状的物体，简化产品的制造程序，缩短产品的研制周期，提高效率并降低本钱。国际上喜欢用“AdditiveManufacturing简称AM来表示3D打印技术，国专业术语是增量制造、增材制造或添加制造。2009年美国ASTM成立了F42委员会，将AM定义为：“Processofjoiningmaterialstomakeobjectsfrom3dmodeldata,usuallylayeruponlayer,asopposedtosubtractivemanufactur
3、ingmethodologies.即：一种与传统的材料去处加工方法截然相反的，通过增加材料、基于三维CAD模型数据，通常采用逐层制造方式，直接制造与相应数学模型完全一致的三维物理实体模型的制造方法。目前主流的3D打印技术有：1、 SLS激光粉末烧结成型Se1ectedLaserSintering；2、 3DP三维打印3DimensionPrinter；3、SLA激光光固化Stereolithography；4、FDM熔融沉积造型FusedDepositionModeling3D打印机的用途，能够实现哪些功能3D打印能够发挥的作用，按照产品设计研发的流程来说：3D打印不仅仅可以快速制作设计原型，
4、从最初的概念设计到最终产品制造，3D打印在产品设计制造的各个环节都具备变革性优势。许多企业在产品设计早期，就会使用3D打印设备快速制作足够多的模型用于评估，不仅节省了时间，而且减少了设计缺陷。随着产品设计研发的进展，他们会采用3D打印反复制作手板模型用于设计沟通、设计验证、装配测试和宣传展示，以实现产品功能改善、生产本钱降低、品质更好、市场承受度提升的目标。在产品小批量试制阶段，3D打印为快速打样提供了最优方案，3D打印出来的样品可以用于宣传展示、市场调查、试销售等。而在产品量产环节，也已经有越来越多的企业在采用3D打印方式来加快交付周期、降低个性化定制价格、改善产品交付质量，以与提高生产效率
5、。3D打印能够发挥的作用，按照不同应用行业来说：近年来，3D打印技术开展迅速，通过与数控加工、铸造、金属冷喷涂、硅胶模等制造手段结合，该技术已成为现代模型、模具和零件制造的有效手段，在航空航天、汽车摩托车、家电、生物医学、文化创意等领域得到了一定应用，在工程和教学研究等应用领域也占有独特地位。具体应用领域包括：1、 工业制造：产品概念设计、原型制作、产品评审、功能验证；制作模具原型或直接打印模具，直接打印产品。3D打印的小型无人飞机、小型汽车等概念产品已问世。3D打印的家用器具模型，也被用于企业的宣传、营销活动中；2、 文化创意和数码娱乐：形状和结构复杂、材料特殊的艺术表达载体。科幻类电影阿凡
6、达运用3D打印塑造了局部角色和道具，3D打印的小提琴接近了手工艺的水平；3、航空航天、国防军工：复杂形状、尺寸微细、特殊性能的零部件、机构的直接制造；4、生物医疗：人造骨骼、牙齿、助听器、假肢等；5、消费品：珠宝、服饰、鞋类、玩具、创意DIY作品的设计和制造；6、建筑工程：建筑模型风动实验和效果展示，建筑工程和施工AEC模拟；7、教育：模型验证科学假设，用于不同学科实验、教学。在北美的一些中学、普通高校和军事院校，3D打印机已经被用于教学和科研；8、个性化定制：基于网络的数据下载、电子商务的个性化打印定制服务。什么样的三维数据才能够用于3D打印3D打印的标准数据格式STLSTLStereoLi
7、thographyInterfaceSpecification格式是目前3D打印/增材制造设备使用的通用接口格式，是由美国3Dsystems公司于1988年制定的一个接口协议，是一种为3D打印/增材制造技术服务的三维图形文件格式，目前已成为3D打印/增材制造的事实上的标准格式。STL格式是存储三维模型信息的一种简单方法，它将复杂的数字模型以一系列的三维三角形面片来近似表达。STL模型是一种空间封闭的、有界的、正如此的唯一表达物体的模型，具有点、线、面的几何信息，能够输入给增材制造设备，用于快速制作实物样品。随着增材制造技术的开展和应用，STL文件格式也得到了各CAD/CAM软件公司的广泛支持。
8、在医学、自然科学和工程领域里，STL技术也得到了广泛的应用。利用三维扫描仪等三维数字化工具对物理原型进展多方位三维扫描，经过点云数据的预处理与优化，得到物体完整的三维数据模型，对该数据模型进展外表三角形小平面化处理，类似于有限元的网格划分，即用许多空间三角形面片来逼近CAD模型，当三角形面片小到一定程度，其近似性可达到工程允许的精度围，其数据文件称为STL文件，可以直接输入3D打印/增材制造设备，用于3D打印/增材制造。STL文件格式化对3D打印/增材制造精度影响3D打印时，由于要将复杂的三维加工转化为一系列简单的二维加工的叠加，因此，成型精度主要取决于二维X，Y平面上的加工精度，以与高度Z方
9、向上的叠加精度。从3D打印机本身而言，可以将X、Y、Z三方向的运动位置精度控制在微米级水平，因而能得到精度相当高的工件。因此，特别在加工复杂的自由曲面与型腔时，3D打印/增材制造比传统的加工方法表现出更明显的优势。然而影响工件最终精度的因素不仅有3D打印机本身的精度，还有一些其它因素，其中比拟重要的是CAD模型的前期处理造成的误差。对于绝大多数增材制造设备而言，开始成型前，必须对工件的三维CAD模型进展STL格式化和切片等前期处理，以便得到一系列的截面轮廓。STL格式己成为3D打印行业事实上的通用标准。在计算机数据处理能力足够的前提下，进展STL格式化时，应选择更小、更多的三角面片，使之更逼近
10、原始三维模型的外表，这样可以降低由STL格式化所带来的误差影响。中国3D打印前景展望3D打印机对传统制造业会带来哪些冲击3D打印产业上游包括材料技术、控制技术、光机电技术、软件技术，中游是立足于信息技术的数字化平台，下游涉与国防科工、航空航天、汽车摩配、家电电子、医疗卫生、文化创意等行业，其开展将会深刻影响先进制造业、工业设计业、生产性服务业、文化创意业、电子商务业与制造业信息化工程。3D打印机给传统制造业带来的冲击，大致有以下几点：1、3D打印技术的开展满足了消费者的需求，将导致工业制造模式的变化相比生产大规模标准化产品的模具制造，3D打印可以在一定约束下随意生产制作个性化产品，可称之为“大
11、规模定制制造模式，是以互联网为支撑的智能化大规模定制的方式，或者是“分散生产，就地销售方式，标志着个性化消费时代的到来。从前，消费者都是在店里挑选、购置已经生产好的商品，现在如此可以根据各自的需求，在“3D打印店定制，边生产边体验，与时获得自己喜欢的产品。2.3D打印技术具备传统模具制造没有的独特优势3D打印技术是不受产品结构和形状的限制的，任何复杂的造型和结构，只要有CAD数据，都可以轻松完成，这样就给个性化、定制化提供了可能性；而且使用3D打印技术，是不需要开模具的，实现了无模化制造，可使新产品研制的本钱下降为传统方式的1/3-1/5，周期缩短为1/5-1/10。再加上3D打印设备大局部可
12、以实现无人值守、24小时不连续加工，也就为厂商节约了人工本钱，提高了生产效率。3D打印的后期辅助加工量大大减小，防止了委外加工的数据泄密和时间跨度，尤其适合一些高性的行业，如军工、核电领域。3D打印技术“打印的产品是自然无缝连接的，一体成型，结构之间的稳固性和连接强度要远远高于传统方法。3.3D打印技术符合低碳环保的开展理念“第三次工业革命概念的真正兴起和全球化传播，与全球可持续开展面临的压力息息相关。具体来说：一是至20世纪80年代，石油和其他化石能源的日渐枯竭，与随之而来的全球气候变化给人类的持续生存带来了危机。二是化石燃料驱动的原有工业经济模式，不再能支撑全球的可持续开展，需要寻求一种使
13、人类进入“后碳时代的新模式。3D打印技术适逢其会，以绿色、节能、低碳、环保的全新姿态迅速得到了全球政府和机构的认可和信赖。3D打印采用的是加法式制造技术，区别与传统的减法式、铣削式制造方式，根本上是生产多少重量的东西，所消耗的也就是同等重量的材料，因此所消耗的材料明显减少；个性化定制以后也不产生产品库存，可以在减少碳排放和原材料消耗的前提下，保持更高的生产效率。3D打印的原材料使用仅为传统生产方式的1/10，这在如今资源珍贵的时代无疑具备巨大优势。 4. 3D打印能有效促进工业设计产业的开展，而全球制造业未来的竞争在于高附加值的设计环节 原先的制造业是生产、加工环节制约着研发设计环节，新产品的
14、研制从一开始就需要考虑到最终能否被生产出来；而3D打印技术对于产品设计没有限制，只要能设计得出来，完成CAD建模，任何结构和形状都可以被生产出来，如此一来，工业设计方面的创意和能量将被无限释放，谁具备突出的工业设计能力，谁就将成为未来全球制造业的领头羊，创造高额利润。中国制造业，如果还是停留在国外设计、国制造或者来料加工的阶段，那么未来只能在低附加值的加工制造环节上苦苦挣扎，因此，中国政府和制造业的有识之士都已经开始积极呼吁和大力传播3D打印技术，国的工业设计教育和产业也得到了越来越多的关注和重视。 国3D打印技术市场现状3D打印技术在国外已经开始被广泛应用在各领域，帮助人们提高开发效率，降低
15、生产本钱，3D打印机已经开始普与开来。 而在国，由于起步较晚，目前还被能够得到广泛普与，主要原因表现在： 1、 市场培育还有一长段路要走。目前，我国多数制造企业尚未承受“数字化设计、“批量个性化生产等先进制造理念，对3D打印这一新兴技术的战略意义认识不足，不了解到这种新兴技术能够做什么，可以创造多大的价值。 2、 企业级、专业级的3D打印设备与其材料还比拟昂贵，客户承受程度低。虽然目前市面上已经有一些价格低至几千元的3D打印机，但是这种入门级的3D打印机更多适合个人、发烧友购置使用，很难用于工业制造、建设工程等领域，更别说航空航天和医疗等专业应用了。而专业级的3D打印设备动辄几十万乃至上百万，让许多关注3D打印技术的企业望而却步。 3、 材料种类还不是足够丰富，也限制了3D打印技术的推广。尽管就塑料材料来说，就已经有上百种之多，从弹性的到刚性的，从遇热融化的到耐高温的，从透明的到不透明的，从生物相容性的到可铸造的，种类繁多，但是目前依
