3D打印技術(shù)介紹

1、1技術(shù)原理3D打印機(jī)又稱三維打印機(jī)，是一種累積制造技術(shù)，即快速成形技術(shù)的一種機(jī)器，它是一種 數(shù)字模型文件為基礎(chǔ)，運(yùn)用特殊蠟材、粉末狀 金屬或塑料等可粘合材料，通過打印一層層的粘合材 料來制造三維的物體?，F(xiàn)階段三維打印機(jī)被用來制造產(chǎn)品。逐層打印的方式來構(gòu)造物體的技術(shù)。3D打印機(jī)的原理是把數(shù)據(jù)和原料放進(jìn) 3D打印機(jī)中，機(jī)器會(huì)按照 程序把產(chǎn)品一層層造出來。3D打印機(jī)堆疊薄層的形式有多種多樣。3D打印機(jī)與傳統(tǒng)打印機(jī)最大的區(qū)別在于它使用的墨水”是實(shí)實(shí)在在的原材料，堆疊薄層的形式有多種多樣， 可用于打印的介質(zhì)種類多樣， 從繁多的塑料到金屬、 陶瓷以及橡膠類物質(zhì)。 有些打印機(jī)還能結(jié)合不同介質(zhì)，令打印出來的物

2、體一頭堅(jiān)硬而另一頭柔軟。1、有些3D打印機(jī)使用 噴墨”的方式。即使用打印機(jī)噴頭將一層極薄的液態(tài)塑料物質(zhì)噴涂在鑄模托盤上，此涂層然后被置于紫外線下進(jìn)行處理。 之后鑄模托盤下降極小的距離， 以 供下一層堆疊上來。2、還有的使用一種叫做 熔積成型”的技術(shù)，整個(gè)流程是在噴頭內(nèi)熔化塑料，然后通過 沉積塑料纖維的方式才形成薄層。3、還有一些系統(tǒng)使用一種叫做激光燒結(jié)”的技術(shù)，以粉末微粒作為打印介質(zhì)。粉末微粒被噴撒在鑄模托盤上形成一層極薄的粉末層，熔鑄成指定形狀，然后由噴出的液態(tài)粘合劑進(jìn)行固化。4、有的則是利用真空中的電子流熔化粉末微粒，當(dāng)遇到包含孔洞及懸臂這樣的復(fù)雜結(jié)構(gòu)時(shí)，介質(zhì)中就需要加入 凝膠劑或其他物質(zhì)

3、以提供支撐或用來占據(jù)空間。這部分粉末不會(huì)被熔鑄，最后只需用水或氣流沖洗掉支撐物便可形成孔隙。2操作流程編輯三維打印通常是采用數(shù)字技術(shù)材料打印機(jī)來實(shí)現(xiàn)的，使用3D打印機(jī)的流程是：1、輕點(diǎn)電腦屏幕上的 打印”按鈕，一份數(shù)字文件便被傳送到一臺(tái)噴墨打印機(jī)上，它將 一層墨水噴到紙的表面以形成一副二維圖像。2、而在3D打印時(shí)，軟件通過電腦輔助設(shè)計(jì)技術(shù)（CAD）完成一系列數(shù)字切片，并將這些切片的信息傳送到 3D打印機(jī)上，后者會(huì)將連續(xù)的薄型層面堆疊起來，直到一個(gè)固態(tài)物體成型。3工作步驟編輯軟件建模3D打印機(jī)工作步驟是這樣的：先通過計(jì)算機(jī)建模軟件建模，如果你有現(xiàn)成的模型也可以，比如動(dòng)物模型、人物、或者微縮建筑等

4、等。然后通過SD卡或者USB優(yōu)盤把它拷貝到3D打印機(jī)中，進(jìn)行打印設(shè)置后，打印機(jī)就 可以把它們打印出來，其工作結(jié)構(gòu)分解圖如下。3D打印機(jī)的工作原理和傳統(tǒng)打印機(jī)基本一樣，都是由控制組件、機(jī)械組件、打印頭、耗材和介質(zhì)等架構(gòu)組成的，打印原理是一樣的。3D打印機(jī)主要是在打印前在電腦上設(shè)計(jì)了一個(gè)完整的三維立體模型，然后再進(jìn)行打印輸出。3D打印與激光成型技術(shù)一樣，采用了分層加工、疊加成型來完成3D實(shí)體打印。每一層的打印過程分為兩步，首先在需要成型的區(qū)域噴灑一層特殊膠水，膠水液滴本身很小， 且不易擴(kuò)散。然后是噴灑一層均勻的粉末，粉末遇到膠水會(huì)迅速固化黏結(jié)，而沒有膠水的區(qū)域仍保持松散狀態(tài)。這樣在一層膠水一層粉末

5、的交替下，實(shí)體模型將會(huì)被打印”成型，打印完畢后只要掃除松散的粉末即可刨”出模型，而剩余粉末還可循環(huán)利用。三維設(shè)計(jì)三維打印的 設(shè)計(jì)過程 是：先通過計(jì)算機(jī)建模軟件建模，再將建成的三維模型 分區(qū)”成逐層的截面，即 切片，從而指導(dǎo)打印機(jī)逐層打印。設(shè)計(jì)軟件和打印機(jī)之間協(xié)作的標(biāo)準(zhǔn)文件格式是STL文件格式。一個(gè)STL文件使用三角面來近似模擬物體的表面。三角面越小其生成的表面分辨率越高。PLY是一種通過掃描產(chǎn)生的三維文件的掃描器，其生成的VRML或者WRL文件經(jīng)常被用作全彩打印的輸入文件。打印過程打印機(jī)通過讀取文件中的橫截面信息，用液體狀、粉狀或片狀的材料將這些截面逐層 地打印出來，再將各層截面以各種方式粘合

6、起來從而制造出一個(gè)實(shí)體。這種技術(shù)的特點(diǎn)在于其幾乎可以造出任何形狀的物品。打印機(jī)打出的截面的厚度（即 Z方向）以及平面方向即 X-Y方向的分辨率是以dpi （像 素每英寸）或者微米來計(jì)算的。一般的厚度為 100微米，即0.1毫米，也有部分打印機(jī)如 Objet Connex 系列還有三維 Systems' ProJet 系列可以打印出 16微米薄的一層。而平面 方向則可以打印出跟激光打印機(jī)相近的分辨率。打印出來的 墨水滴”的直徑通常為50至ij 100個(gè)微米。用傳統(tǒng)方法制造出一個(gè)模型通常需要數(shù)小時(shí)到數(shù)天，根據(jù)模型的尺寸以及復(fù)雜程度而定。而用三維打印的技術(shù)則可以將時(shí)間縮短為數(shù)個(gè)小時(shí)，當(dāng)然其是

7、由打印機(jī)的性能以及模型的尺寸和復(fù)雜程度而定的。傳統(tǒng)的制造技術(shù)如注塑法可以以較低的成本大量制造聚合物產(chǎn)品，而三維打印技術(shù)則可以以更快，更有彈性以及更低成本的辦法生產(chǎn)數(shù)量相對(duì)較少的產(chǎn)品。一個(gè)桌面尺寸的三維打印機(jī)就可以滿足設(shè)計(jì)者或概念開發(fā)小組制造模型的需要。制作完成三維打印機(jī)的分辨率對(duì)大多數(shù)應(yīng)用來說已經(jīng)足夠（在彎曲的表面可能會(huì)比較粗糙，像 圖像上的鋸齒一樣），要獲得更高分辨率的物品可以通過如下方法：先用當(dāng)前的三維打印機(jī) 打出稍大一點(diǎn)的物體，再稍微經(jīng)過表面打磨即可得到表面光滑的高分辨率”物品。有些技術(shù)可以同時(shí)使用多種材料進(jìn)行打印。有些技術(shù)在打印的過程中還會(huì)用到支撐物， 比如在打印出一些有倒掛狀的物體時(shí)

8、就需要用到一些易于除去的東西（如可溶的東西）作為支撐物。4專利技術(shù)編輯3D打印技術(shù)目前各國最新研制出的主要技術(shù)有：選擇性激光燒結(jié)、直接金屬激光燒結(jié)、熔融沉積成型、立體平版印刷、數(shù)字光處理、 熔絲制造、電子束熔化成型、選擇性熱燒結(jié)、粉末層噴頭三維打印等等。1、熔融沉積快速成型（Fused Deposition Modeling , FDM ）熔融沉積又叫熔絲沉積，它是將絲狀熱熔性材料加熱融化，通過帶有一個(gè)微細(xì)噴嘴的 噴頭擠噴出來。熱熔材料融化后從噴嘴噴出，沉積在制作面板或者前一層已固化的材料上， 溫度低于固化溫度后開始固化，通過材料的層層堆積形成最終成品。在3D打印技術(shù)中，F(xiàn)DM的機(jī)械結(jié)構(gòu)最簡(jiǎn)單

9、， 設(shè)計(jì)也最容易，制造 成本、維護(hù)成本和 材料成本也最低，因此也是在家用的桌面級(jí) 3D打印機(jī)中使用得最多的技術(shù)， 而工業(yè)級(jí)FDM 機(jī)器，主要以Stratasys公司產(chǎn)品為代表。FDM技術(shù)的桌面級(jí)3D打印機(jī)主要以ABS和PLA為材料，ABS強(qiáng)度較高，但是有毒 性，制作時(shí)臭味嚴(yán)重，必須擁有良好通風(fēng)環(huán)境，此外熱收縮性較大，影響成品精度；PLA是一種生物可分解塑料，無毒性，環(huán)保，制作時(shí)幾乎無味，成品形變也較小，所以國外主流 桌面級(jí)3D打印機(jī)均以轉(zhuǎn)為使用 PLA作為材料。FDM打印機(jī)，由于出料結(jié)FDM技術(shù)的優(yōu)勢(shì)在于制造簡(jiǎn)單，成本低廉，但是桌面級(jí)的構(gòu)簡(jiǎn)單，難以精確控制出料形態(tài)與成型效果，同時(shí)溫度對(duì)于 FD

10、M成型效果影響非常大，而 桌面級(jí)FDM 3D打印機(jī)通常都缺乏恒溫設(shè)備，因此基于FDM的桌面級(jí)3D打印機(jī)的成品精度通常為0.3mm-0.2mm ,少數(shù)高端機(jī)型能夠支持 0.1mm層厚，但是受溫度影響非常大， 成品效果依然不夠穩(wěn)定。 此外，大部分FDM機(jī)型制作的產(chǎn)品邊緣都有分層沉積產(chǎn)生的臺(tái)階效應(yīng)”，較難達(dá)到所見即所得的 3D打印效果，所以在對(duì)精度要求較高的快速成型領(lǐng)域較少 采用FDM。2、光固化成型(Stereolithigraphy Apparatus , SLA)光固化技術(shù)是最早發(fā)展起來的快速成型技術(shù)，也是研究最深入、技術(shù)最成熟、應(yīng)用最 廣泛的快速成型技術(shù)之一。光固化技術(shù)，主要使用光敏樹脂為材

11、料，通過紫外光或者 其他光源照射凝固成型，逐層固化，最終得到完整的產(chǎn)品。光固化技術(shù)優(yōu)勢(shì)在于成型速度快、原型精度高，非常適合制作精度要求高，結(jié)構(gòu)復(fù)雜 的原型。使用光固化技術(shù)的工業(yè)級(jí)3D打印機(jī)，最著名的是objet,該制造商的3D打印機(jī)提供超過123種感光材料，是目前支持材料最多的3D打印設(shè)備。光固化快速成型應(yīng)該是 3D打印技術(shù)中精度最高，表面也最光滑的，objet系列最低材料層厚可以達(dá)到16微米(0.016毫米)。但是光固化快速成型技術(shù)也有兩個(gè)不足，首先光敏 樹脂原料有一定毒性，操作人員使用時(shí)需要注意防護(hù)，其次光固化成型的原型在外觀方面非常好，但是強(qiáng)度方面尚不能與真正的制成品相比，一般主要用于原

12、型設(shè)計(jì)驗(yàn)證方面，然后通過一系列后續(xù)處理工序?qū)⒖焖僭娃D(zhuǎn)化為工業(yè)級(jí)產(chǎn)品。此外，SLA技術(shù)的設(shè)備成本、維護(hù)成本和材料成本都遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于FDM ,因此，基于光固化技術(shù)的3D打印機(jī)主要應(yīng)用在專業(yè)領(lǐng)域，桌面領(lǐng)域已有兩個(gè)桌面級(jí)別SLA技術(shù)3D打印機(jī)項(xiàng)目啟動(dòng)，一個(gè)是Form1 , 一個(gè)是B9 ,相信不久的將來會(huì)有更多低成本的SLA桌面3D打印機(jī)面世。3、三維粉末粘接(Three Dimensional Printing and Gluing,3DP )3DP技術(shù)由美國麻省理工大學(xué)開發(fā)成功，原料使用粉末材料，如陶瓷粉末、金屬粉末、塑料粉末等，3DP技術(shù)工作原理是，先鋪一層粉末，然后使用噴嘴將粘合劑噴在需要成型 的

13、區(qū)域，讓材料粉末粘接，形成零件截面，然后不斷重復(fù)鋪粉、噴涂、粘接的過程，層層疊 加，獲得最終打印出來的零件。3DP技術(shù)的優(yōu)勢(shì)在于成型速度快、無需支撐結(jié)構(gòu)，而且能夠輸出彩色打印產(chǎn)品，這是 其他技術(shù)都比較難以實(shí)現(xiàn)的。3DP技術(shù)的典型設(shè)備，是 3DS旗下zcorp的zprinter系列，也是3D照相館使用的設(shè)備，zprinter的z650打印出來的產(chǎn)品最大可以輸出39萬色，色彩方面非常豐富，也是在色彩外觀方面，打印產(chǎn)品最接近于成品的3D打印技術(shù)。但是3DP技術(shù)也有不足，首先粉末粘接的直接成品強(qiáng)度并不高，只能作為測(cè)試原型， 其次由于粉末粘接的工作原理，成品表面不如SLA光潔，精細(xì)度也有劣勢(shì)，所以一般為

14、了產(chǎn)生擁有足夠強(qiáng)度的產(chǎn)品，還需要一系列的后續(xù)處理工序。此外，由于制造相關(guān)材料粉末的PWDR技術(shù)比較復(fù)雜，成本較高，所以 3DP技術(shù)主要應(yīng)用在專業(yè)領(lǐng)域，桌面級(jí)別僅有一個(gè) 項(xiàng)目在啟動(dòng)，但仍然處于 0.1狀態(tài)，尚需觀察后續(xù)進(jìn)展。4、選擇性激光燒結(jié)(Selecting Laser Sintering , SLS )該工藝由美國德克薩斯大學(xué)提出，于1992年開發(fā)了商業(yè)成型機(jī)。SLS利用粉末材料在激光照射下燒結(jié)的原理，由計(jì)算機(jī)控制層層堆結(jié)成型。SLS技術(shù)同樣是使用層疊堆積成型，所不同的是，它首先鋪一層粉末材料，將材料預(yù)熱到接近熔化點(diǎn)，再使用激光在該層截面上掃描，使粉末溫度升至熔化點(diǎn)，然后燒結(jié)形成粘接，接著不斷重復(fù)鋪粉、燒結(jié)的過程， 直至完成整個(gè)模型成型。激光燒結(jié)技術(shù)可以使用非常多的粉末材料，并制成相應(yīng)材質(zhì)的成品，激光燒結(jié)的成品 精度好、強(qiáng)度高，但是最主要的優(yōu)勢(shì)還是在于金屬成品的制作。激光燒結(jié)可以直接燒結(jié)金屬零件，也可以間接燒結(jié)金屬零件，最終成品的強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于其他3D打印技術(shù)。SLS家族最知名的是德國EOS的M系列。激光燒結(jié)技術(shù)雖然優(yōu)勢(shì)非常明顯，但是也同樣存在缺陷，首先粉末燒結(jié)的表面粗糙， 需要后期處理，其次使用大功率激光器，除了本身的設(shè)備成本，還需要很多輔助保護(hù)工藝， 整體技術(shù)難度較大，制造和維護(hù)成本非