3D打印技術(shù)的缺點及解決辦法

一、 結(jié)合現(xiàn)有3D打印技術(shù)的研究現(xiàn)狀，闡述現(xiàn)有3D打印技術(shù)的缺點，以及該缺點的解決辦法，針對現(xiàn)有某一種3D打印方法進行改進。簡述3D打印技術(shù)未來的發(fā)展方向（2000字以上）?，F(xiàn)有3D打印技術(shù)的缺點及解決方法1、材料的限制目前主流的3D打印技術(shù)可以實現(xiàn)聚合物塑料、某些金屬或者陶瓷打印，但目前無法實現(xiàn)打印的材料還非常多。材料的限制主要表現(xiàn)為兩個方面的限制，一方面，目前的3D打印技術(shù)可打印的材料種類有限，無法完全適應(yīng)工業(yè)生產(chǎn)中所需的各種各樣的材料的打印。這使得3D打印技術(shù)只能應(yīng)用于一些特定場合，普及推廣仍有很大的障礙。另一方面，針對特定的3D打印機，可打印的材料種類更是特定的幾種或幾類，這使得針對每種或每類材料，就需要設(shè)計專屬的3D打印機，通用性不如傳統(tǒng)的機械加工好。雖然目前在多材料打印上已經(jīng)取得了一定的進展，但除非這些進展達到成熟并有效，否則材料依然會是3D打印的一大障礙。解決方法：針對以上兩方面問題，可以以這樣的思路尋求解決方案。一、研發(fā)新材料，這也是國家目前大力發(fā)展的方向。通過研發(fā)新型的打印性能好、材料性能還能達到傳統(tǒng)材料要求材料，提高3D打印技術(shù)的通用性。二、提高3D打印機本身的通用性。可以從模塊化設(shè)計角度出發(fā)，本體結(jié)構(gòu)保持一致，對不同種類或類型的材料，只改變部分部件如噴頭，而且部件的拆裝性能要好，方便更換。2、打印效率低效率低可以從兩個角度進行分析。一、與傳統(tǒng)機械加工比較，機械加工是在毛坯的基礎(chǔ)上減材形成，通常毛坯和零件之間相差的材料較少，即需要去除的材料少，加工比較快；而3D打印技術(shù)必須將所有零件實體所需材料通過增材方式堆疊，材料體積大。所以從去除或堆疊得材料體積量來比較，增材的體積量通常比減材的體積量要大。二、從成型運動方面考慮，傳統(tǒng)的機械加工主運動多為旋轉(zhuǎn)運動，而3D打印技術(shù)為直線運動，旋轉(zhuǎn)運動更容易達到更大的速度，而且保持一定的穩(wěn)定性，3D打印技術(shù)的掃描運動為直線運動，很難達到較大的速度。因此，3D打印技術(shù)不僅所需加工的體積量大，而且運動速度受限，所以綜合加工效率低。解決方法：針對問題一，可以考慮在一定的規(guī)則毛坯材料上增材，減少需要打印的材料量，主要是用于大批量生產(chǎn)情況下，預(yù)先設(shè)計一系列實體輪廓中所包含的最小毛坯，在毛坯的基礎(chǔ)上打印。針對問題二，從機構(gòu)學(xué)角度，可以設(shè)計可高速運動的機構(gòu)，如并聯(lián)機構(gòu)。另外也需要協(xié)調(diào)設(shè)計材料，增快其熔融速度或凝固速度。還可以從軟件及軌跡規(guī)劃角度著手，采用梯度設(shè)計思想，對于有強度等方面要求的，填充率選擇大一些，其他部分填充率小一些，而不是像目前整個實體都選擇同一填充率。3、質(zhì)量和精度低：首先是質(zhì)量問題，由于3D打印采用“分層制造，層層疊加”的增材制造工藝，層與層之間的結(jié)合再緊密，也無法和傳統(tǒng)模具整體澆鑄而成的零件相媲美，而零件材料的微觀組織和結(jié)構(gòu)決定了零件的物理性能如強度、剛度、耐磨性、耐疲勞性、氣密性等大多不能滿足工程實際的使用要求。其次是精度問題，由于3D打印技術(shù)固有的成型原理及發(fā)展還不完善，其打印成型零件的精度包括尺寸精度、形狀精度和表面粗糙度都較差，不能作為功能性零件，只能做原型件使用，從而其應(yīng)用將大打折扣。解決方法：對于質(zhì)量問題，可以考慮從打印路徑的角度出發(fā)，使打印紋理走勢與零件主要受力方向一致，增加其強度，防止在力的作用下，零件發(fā)生撕裂或破壞。對于精度問題，盡可能研究高分辨率打印技術(shù)，將層分辨率降低，但也要考慮與打印效率的匹配問題。另外可以增減材技術(shù)相結(jié)合，通過減材技術(shù)進行表面處理或其他后處理。二、針對現(xiàn)有的一種3D打印方法的改進針對SLA打印原理，是利用一個紫外激光器進行二維掃描，來實現(xiàn)逐層材料的固化，這樣掃描會特別慢，效率較低。提出這樣的改進思路：將單個激光器改為一種二維的屏幕型激光器，通過程序控制，將三維模型進行實體分層，然后每打印一層，該面激光器顯示的就是該層的形狀，從而實現(xiàn)該層的直接成型，而省去了掃描的程序，這樣打印速率會明顯提高，這樣效率會提高很多。三、3D打印技術(shù)未來的發(fā)展方向1、材料方面:在新材料技術(shù)的推動下，更多的材料種類可以被打印，而且材料的性能比現(xiàn)有材料更好。同一打印機可打印的材料種類增多，是的3D打印技術(shù)更加普及。2、效率方面:從硬件和軟件層面都較現(xiàn)有技術(shù)有提高，打印效率實現(xiàn)質(zhì)的飛躍。3、質(zhì)量和精度方面：通過改進現(xiàn)有技術(shù)，或者與其他工藝結(jié)合，質(zhì)量和精度都可以達到零件的要求，而并非只能打印快速原型。4、多材料復(fù)合打印:在材料種類越來越多、材料性能越來越好的情況下，多材料復(fù)合打印更能充分發(fā)揮各種材料的性能優(yōu)勢，是未來的一個發(fā)展趨勢。4、新型原理的出現(xiàn):3D打印技術(shù)是比較廣義的定義，事實上只要能進行材料增加的技術(shù) 都可 用于3D打印，尤其是在微納3D打印技術(shù)方面，各種新技術(shù)在最近幾年已經(jīng)大量涌現(xiàn)。5、應(yīng)用領(lǐng)域變廣:目前的3D打印技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用于制造領(lǐng)域、建筑領(lǐng)域、航天、軍工、汽車、生物科技等領(lǐng)域，在未來的發(fā)展中，學(xué)科交叉已經(jīng)成為熱門趨勢，因此3D打印也會向更多的領(lǐng)域延伸。6、生產(chǎn)模式的改變：隨著3D打印技術(shù)的進一步普及，工業(yè)領(lǐng)域的生產(chǎn)與設(shè)計模式會發(fā)生一些顯著的變化，生產(chǎn)方式也會發(fā)生相應(yīng)的變化，定制化個性化的生產(chǎn)成為可能。二、根據(jù)現(xiàn)有3D打印技術(shù)相關(guān)知識，設(shè)計一種新的3D打印方法，可結(jié)合目前尚未用于3D打印領(lǐng)域的相關(guān)技術(shù)。畫出所設(shè)計技術(shù)的原理圖，并詳分步驟細說明其工作原理、實施步驟和優(yōu)點。實現(xiàn)FDM多種材料復(fù)合打印的一些想法: 可打印的材料有不同的種類，每種材料具有各自的優(yōu)勢，如強度、剛度、輕質(zhì)等方面。 對于每一種材料，又有幾個不同的系列，體現(xiàn)為材料力學(xué)性能的不同，分別用于不同的零件要求。 每種材料都設(shè)計特定的噴嘴，這種噴頭是標準化、系列化的，方便更換，更換方式可參考加工中心刀庫換刀的方式進行。 每種噴頭可打印一系列的材料，這些材料有預(yù)先的安裝接口，當更換材料系列時，噴頭部件移動到相應(yīng)接口，材料方便送入噴頭。 實際打印操作時，可結(jié)合工程分析軟件，對零件力學(xué)性能要求進行分析，可以將零件不同部位用不同材料進行打印，各自充分發(fā)揮各種材料的性能優(yōu)勢，使整體的零件能達到實用要求。例如承受應(yīng)力較小的部分，可以用低強度材料，如果有減重要求，此時可選用輕質(zhì)材料；承受應(yīng)力較大的部分，選用高強度材料。 這樣，一臺3D打印機可打印的材料就是材料種類數(shù)與系列數(shù)的乘積，可以充分拓寬打印材優(yōu)點: 用同一個噴頭部件，通