1.1 3D打印原理及特點(diǎn)《增材制造技術(shù)》教學(xué)課件

3D打印認(rèn)知與實(shí)踐1.13D打印技術(shù)原理與特點(diǎn)問題導(dǎo)入

在生活中，我們可以使用普通打印機(jī)將計算機(jī)中存儲的文件或二維圖片打印在紙上。那是否有3D打印機(jī)來打印立體物品呢？

在生活中，人們使用手機(jī)的時間越來越多，大家都需要一個簡約、易用、舒適的手機(jī)支架。目前市場上的手機(jī)支架價格便宜的千篇一律，沒有個性；有創(chuàng)意、適用的價格太高，都不能滿足每個人的個性化需求。圖1常見手機(jī)支架

采用3D打印技術(shù)我們可以輕松打印一個屬于自己的、獨(dú)一無二的手機(jī)支架，支架上可以有你的名字，你還可以隨時更新你的設(shè)計和顏色，還可以作為禮物送給你的朋友。當(dāng)然，你還可以在網(wǎng)絡(luò)或?qū)嶓w店等地方將你的3D打印產(chǎn)品或者數(shù)值模擬進(jìn)行售賣，將創(chuàng)意變成財富。圖23D打印手機(jī)支架

在長安街沿線的冬奧主題花壇里，就蘊(yùn)含著一項3D打印黑科技，這是一座高9.1米的大花壇，主景是冬奧會和冬殘奧會會徽。散落地上的藍(lán)白兩色“雪花”格外惹眼。“這些‘雪花’的原料是城市固廢，經(jīng)過多道復(fù)雜工序后，通過3D打印技術(shù)制作出來。一朵朵“雪花”承載著現(xiàn)代科技與零碳環(huán)保理念。最大的一片雪花直徑達(dá)1.7米，在設(shè)計、打印中要考慮厚度、寬度、仿實(shí)和堅固性，還要考慮3D打印出來的產(chǎn)品能夠承載暗藏管線和加強(qiáng)筋。

據(jù)悉，長安街沿線花壇的展示結(jié)束后，“雪花”將被回收，循環(huán)利用。問題導(dǎo)入013D打印的原理3D打印的原理

說起3D打印技術(shù)，你一定不陌生，3D打印的人像、電子零部件、服裝、鞋子等，我們早已司空見慣?？赡阒朗裁词?D打印嗎？

3D打印技術(shù)（3DPrinting）有很多個稱呼，學(xué)術(shù)上稱之為快速成型技術(shù)(RapidPrototypingManufacturing，簡稱RPM)，3D打印技術(shù)從制造工藝的技術(shù)上劃分它叫做增材制造（AdditiveManufacturing，簡稱AM）。3D打印技術(shù)的原理是一種以數(shù)字模型文件為基礎(chǔ)，把粉末或液體等形態(tài)的可融合材料通過逐層固化的方式來構(gòu)造實(shí)體的技術(shù)。

采用3D打印方式制造出實(shí)體物品的新興制造技術(shù)，將對傳統(tǒng)的工藝流程、生產(chǎn)線、工廠模式、產(chǎn)業(yè)鏈組合產(chǎn)生深刻影響，是制造業(yè)有代表性的顛覆性技術(shù)。3D打印是利用設(shè)計產(chǎn)品的3D數(shù)據(jù)，采用分層、疊加成形的原理進(jìn)行打印，其工藝流程一般可分為三維建模、數(shù)據(jù)分割、打印、后處理四步。3D打印的原理CAD建模STL轉(zhuǎn)換生成片層NC代碼實(shí)體加工零件原型去支撐、拋光等切片處理前處理快速成型系統(tǒng)工作后處理3D打印的基本程序（GF提供）三維建模分割三維數(shù)據(jù)成二維打印后處理工藝流程023D打印的特點(diǎn)3D打印的特點(diǎn)1.3D打印技術(shù)優(yōu)點(diǎn)

就傳統(tǒng)制造業(yè)而言，物體形狀越復(fù)雜，制造成本越高。對3D打印機(jī)而言，制造形狀復(fù)雜的物品成本不增加，制造一個形狀復(fù)雜的物品并不會比一個簡單的方塊消耗更多的時間、技能和成本。制造復(fù)雜物品而不增加成本將打破傳統(tǒng)的定價模式，并改變我們計算制造成本的方式。（1）制造復(fù)雜物品不增加成本3D打印的特點(diǎn)（2）產(chǎn)品多樣化不增加成本

一臺3D打印機(jī)可以打印各種不同形狀，而傳統(tǒng)的制造設(shè)備做出的形狀種類有限。3D打印機(jī)省去了培訓(xùn)機(jī)械師或購置新設(shè)備的成本，一臺3D打印機(jī)只需要不同的數(shù)字設(shè)計藍(lán)圖和一批新的原材料就可打印出琳瑯滿目、任何形狀、多種材料、多種顏色的產(chǎn)品。這對傳統(tǒng)制造來說，是不可想象的。3D打印的特點(diǎn)（3）無須組裝

3D打印技術(shù)能實(shí)現(xiàn)部件的一體化成型。傳統(tǒng)的大規(guī)模生產(chǎn)建立在組裝線基礎(chǔ)上，在現(xiàn)代工廠，機(jī)器生產(chǎn)出相同的零部件，然后由機(jī)器人或工人進(jìn)行集中組裝。產(chǎn)品組成的部件越多，組裝耗費(fèi)的時間和成本就越多。3D打印機(jī)通過分層制造不僅可以同時打印多個零件，而且還可以打印組裝好的零件。例如:打印一扇門及上面的配套鉸鏈，采用3D打印技術(shù)就可一次完成而不需要組裝。省略組裝就縮短了供應(yīng)鏈，節(jié)省了勞動力和運(yùn)輸方面的花費(fèi)。3D打印的特點(diǎn)（4）零時間交付

3D打印機(jī)可以按需打印，即時生產(chǎn)。這樣減少了企業(yè)的實(shí)物庫存，企業(yè)可以根據(jù)客戶訂單使用3D打印機(jī)制造出訂制或特殊的產(chǎn)品以滿足客戶需求，所以新的商業(yè)模式將成為可能。如果人們所需的物品按需就近生產(chǎn)，零時間交付式生產(chǎn)能最大限度地減少長途運(yùn)輸和庫存的成本。3D打印的特點(diǎn)（5）設(shè)計空間無限

傳統(tǒng)制造技術(shù)和工匠制造的產(chǎn)品形狀有限，制造形狀的能力受制于所使用的工具。例如，傳統(tǒng)的木制車床只能制造圓形物品，軋機(jī)只能加工用銑刀組裝的部件，制模機(jī)僅能制造模鑄形狀。3D打印機(jī)可以突破這些局限，開辟巨大的設(shè)計空間，甚至可以制作目前可能只存在于自然界的形狀。3D打印的特點(diǎn)

傳統(tǒng)工匠需要當(dāng)幾年學(xué)徒才能掌握所需要的技能，傳統(tǒng)的制造機(jī)器需要熟練的專業(yè)人員進(jìn)行機(jī)器調(diào)整和校準(zhǔn)后才可使用。而批量生產(chǎn)和計算機(jī)控制的3D打印機(jī)降低了對使用者技能的要求，3D打印機(jī)從設(shè)計文件里獲得各種指令并實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的制造。做同樣復(fù)雜的物品，3D打印機(jī)所需要的操作技能比任何傳統(tǒng)機(jī)器都少。零技能制造開辟了新的商業(yè)模式，并能在遠(yuǎn)程環(huán)境或極端情況下為人們提供新的生產(chǎn)方式。（6）零技能制造3D打印的特點(diǎn)（7）不占空間、便攜制造

就單位生產(chǎn)空間而言，與傳統(tǒng)制造機(jī)器相比，3D打印機(jī)的制造能力更強(qiáng)。例如，注塑機(jī)只能制造比自身小很多的物品，與此相反,3D打印機(jī)可以制造和其打印平臺一樣大的物品。3D打印機(jī)調(diào)試好后，打印設(shè)備可以自由移動。通過移動機(jī)器或手動操作，3D打印機(jī)可以制造比自身還要大的物品。較高的單位空間生產(chǎn)能力使得3D打印機(jī)適合家用或辦公使用，因為它們所需的物理空間小。3D打印的特點(diǎn)（8）減少廢棄副產(chǎn)品

與傳統(tǒng)的金屬制造技術(shù)相比，3D打印機(jī)制造金屬零件時產(chǎn)生較少的副產(chǎn)品。傳統(tǒng)金屬加工的浪費(fèi)量驚人，90%的金屬原材料被擺放和丟棄在工廠車間里。3D打印制造金屬零件時幾乎是零廢料。隨著打印材料的進(jìn)步，“凈成型”制造可望成為更環(huán)保的加工方式。3D打印的特點(diǎn)（9）材料無限組合

對當(dāng)今的加工制造機(jī)器而言，將不同原材料結(jié)合成單一產(chǎn)品是件難事，因為傳統(tǒng)的制造機(jī)器在切割或模具成型過程中不能輕易地將多種原材料融合在一起。隨著多材料3D打印技術(shù)的發(fā)展，我們有能力將不同原材料融合在一個產(chǎn)品中。以前無法混合的原料混合后將形成新的材料，這些材料性能、色調(diào)種類繁多，打印產(chǎn)品將具有獨(dú)特的屬性或功能。3D打印的特點(diǎn)（10）精確的實(shí)體復(fù)制品

數(shù)字音樂文件可以被無休止地復(fù)制，音頻質(zhì)量并不會下降。未來3D打印技術(shù)將數(shù)字精度擴(kuò)展到實(shí)體世界。掃描技術(shù)和3D打印技術(shù)將共同提高實(shí)體世界和數(shù)字世界之間形態(tài)轉(zhuǎn)換的分辨率，我們可以掃描、編輯和復(fù)制實(shí)體對象，創(chuàng)建精確的副本或優(yōu)化原件。3D打印的特點(diǎn)2.3D打印技術(shù)缺點(diǎn)道德的挑戰(zhàn)04知識產(chǎn)權(quán)的憂慮03機(jī)器的限制02眾所周知，3D打印技術(shù)要成為主流技術(shù)，它對機(jī)器的材料和功能要求也是不低的，其復(fù)雜性也可想而知。目前的3D打印技術(shù)在重建物體的幾何形狀和性能上已經(jīng)達(dá)到了一定的水平，幾乎任何靜態(tài)的形狀都可以被打印出來，但是要打印那些運(yùn)動的物體并保持它們的精度和清晰度就難以實(shí)現(xiàn)了。多材料、多功能的3D打印技術(shù)的困難對于制造商來說是可以解決的，但是3D打印技術(shù)想要進(jìn)入普通家庭，實(shí)現(xiàn)每個人都能隨意打印想要的物品，機(jī)器的限制就必須得到解決。材料的限制01仔細(xì)觀察周圍的一些3D打印物品和設(shè)備，你就會發(fā)現(xiàn)3D打印技術(shù)發(fā)展的第一個羈絆,那就是所需材料的限制。雖然高端工業(yè)打印機(jī)可以實(shí)現(xiàn)塑料、某些金屬或者陶瓷打印，但目前無法實(shí)現(xiàn)打印的材料還有很多，其中許多都是比較通用或比較昂貴和稀缺的材料。另外，現(xiàn)在的打印機(jī)也還沒有達(dá)到完全成熟的水平，無法任意打印我們在日常生活中所接觸到的各種各樣的材料。研究者們在多材料打印上已經(jīng)取得了一定的進(jìn)展。在過去的幾十年里，隨著改革開放，音樂、電影和電視產(chǎn)業(yè)中對知識產(chǎn)權(quán)的關(guān)注越來越多。3D打印技術(shù)毫無疑問也會涉及這一問題，因為現(xiàn)實(shí)中的很多東西都會更加廣泛地復(fù)制和傳播。人們可以隨意復(fù)制任何東西，并且數(shù)量不限。如何制定3D打印的法律法規(guī)來保護(hù)知識產(chǎn)權(quán)，也是我們面臨的問題之一，否則就會出現(xiàn)思想和產(chǎn)品泛濫的現(xiàn)象。有沒有道德