第一期3D打印公開(kāi)課【精制材料】

1、,1,3D打印的魅力,1,實(shí)操應(yīng)用,傳統(tǒng)生產(chǎn)方式手工,優(yōu)點(diǎn)：柔性靈活、 富有藝術(shù)性 缺點(diǎn)：可復(fù)制性低、效率低、個(gè)人主觀印記明顯 數(shù)千年來(lái)一直在延續(xù)，生命力依然旺盛,2,實(shí)操應(yīng)用,傳統(tǒng)生產(chǎn)方式機(jī)床,優(yōu)點(diǎn)：數(shù)控加工精確度高、材料范圍廣 缺點(diǎn)：加工局限性多、一個(gè)工件可能需要多種機(jī)床先后加工才能交付、材料損耗多 歐洲機(jī)床委員及德國(guó)機(jī)床制造商協(xié)會(huì)主席Martin Kapp 日前稱，今年全世界機(jī)床消費(fèi)量預(yù)計(jì)將達(dá)到史無(wú)前例的681億歐元,3,實(shí)操應(yīng)用,傳統(tǒng)生產(chǎn)方式模具,優(yōu)點(diǎn)：批量加工成本低、品質(zhì)基本穩(wěn)定 缺點(diǎn)：制造模具本身的成本高、柔性差 塑料制品90%以上由模具成型，我國(guó)塑料制品2012接近6000萬(wàn)噸，

2、而且年增長(zhǎng)在15%20%。,4,實(shí)操應(yīng)用,先進(jìn)制造方式3D打印,5,實(shí)操應(yīng)用,3D打印（英語(yǔ)：3D printing），屬于快速成型技術(shù)的一種，它是一種數(shù)字模型文件為基礎(chǔ)，運(yùn)用粉末狀金屬或塑料等材料，通過(guò)逐層堆疊累積的方式來(lái)構(gòu)造物體的技術(shù)（即“增材制造”）?？梢跃_地將設(shè)計(jì)思想轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂幸欢üδ艿脑突蛑苯又圃炝慵?目前國(guó)內(nèi)傳媒界習(xí)慣把快速成型技術(shù)叫做“3D打印”或者“三維打印”。學(xué)術(shù)界則習(xí)慣稱為“增材制造”或“增量制造”。,什么是3D打印,6,實(shí)操應(yīng)用,3D打印機(jī)是一種高效、準(zhǔn)確的數(shù)字信息輸出工具。,不擅長(zhǎng)：,擅長(zhǎng)：,3D打印機(jī)不可能完全取代其他制造工具/設(shè)備，而會(huì)和現(xiàn)有制造工具結(jié)合應(yīng)用，

3、創(chuàng)造出更豐富的產(chǎn)品類別。,3D打印的魅力,7,實(shí)操應(yīng)用,3D打印的魅力,3D打印技術(shù)的應(yīng)用，將推動(dòng)我們的設(shè)計(jì)制造方式進(jìn)行優(yōu)化：,依據(jù)性能/功能要求進(jìn)行設(shè)計(jì)，盡量忽略制造工藝的限制,依據(jù)制造工藝的條件（限制）進(jìn)行設(shè)計(jì),Chris Anderson （前連線雜志總編輯）:”3D打印機(jī)賦予了每一個(gè)普通人創(chuàng)新的能力。3D打印機(jī)不是一場(chǎng)技術(shù)革命，而是一場(chǎng)社會(huì)革命，它賦予個(gè)人制造自己的產(chǎn)品能力，這確實(shí)是一場(chǎng)革命?！?8,實(shí)操應(yīng)用,3D打印的魅力,Chris Anderson:”3D打印機(jī)賦予了每一個(gè)普通人創(chuàng)新的能力。3D打印機(jī)不是一場(chǎng)技術(shù)革命，而是一場(chǎng)社會(huì)革命，它賦予個(gè)人制造自己的產(chǎn)品能力，這確實(shí)是一場(chǎng)革

4、命。”,9,實(shí)操應(yīng)用,3D打印的魅力,3D打印具有材料利用率高、小批量生產(chǎn)復(fù)雜結(jié)構(gòu)物件等優(yōu)點(diǎn)。,10,實(shí)操應(yīng)用,持續(xù)升溫的關(guān)注度,11,實(shí)操應(yīng)用,持續(xù)升溫的關(guān)注度,2012年3月9日，奧巴馬宣布了重振美國(guó)制造業(yè)計(jì)劃，提出“再工業(yè)化”，意在奪回美國(guó)制造業(yè)在世界的優(yōu)勢(shì)?！霸俟I(yè)化”不是原有工業(yè)化的重復(fù)，而是以“人工智能+機(jī)器人+數(shù)字制造技術(shù)”打敗“中國(guó)制造”。 4月17日選擇了第一個(gè)技術(shù)3D打印，后于8月16日成立了國(guó)家增材制造創(chuàng)新研究院。政府投資3000萬(wàn)美元，企業(yè)投資4500萬(wàn)美元，主要由聯(lián)邦政府負(fù)責(zé)管理和組建，是一個(gè)產(chǎn)學(xué)研結(jié)合的機(jī)構(gòu)。 之后，奧巴馬曾多次在公開(kāi)演講中提及3D打印技術(shù)的重要意義

5、。,12,實(shí)操應(yīng)用,持續(xù)升溫的關(guān)注度,英國(guó)有專門的商業(yè)、創(chuàng)新和技能部（BIS）和技術(shù)戰(zhàn)略委員會(huì)（TSB），是主導(dǎo)先進(jìn)制造業(yè)發(fā)展的主要部門。 歐盟委員會(huì)2010年3月發(fā)布：歐洲2020戰(zhàn)略。 2010年6月日本內(nèi)閣通過(guò)的新增長(zhǎng)戰(zhàn)略一起，規(guī)劃了日本經(jīng)濟(jì)從2011年到2020年的調(diào)整路徑，其中包含了對(duì)于先進(jìn)制造業(yè)的發(fā)展思路和支持政策。 2013年6月底，李克強(qiáng)總經(jīng)理提倡央視、新華社、人民日?qǐng)?bào)，在3D打印技術(shù)宣傳和倡導(dǎo)上做出表率。 2013年8月，習(xí)近平總書(shū)記：3D打印技術(shù)很重要需抓緊產(chǎn)業(yè)化。,13,實(shí)操應(yīng)用,3D打印的戰(zhàn)略意義,我國(guó)作為制造業(yè)大國(guó)，轉(zhuǎn)型升級(jí)壓力凸顯，各種成本的增加，倒逼我們?nèi)で竽軌?/p>

6、幫助我們打造“制造強(qiáng)國(guó)”、設(shè)計(jì)創(chuàng)新的有效途徑與工具。 消費(fèi)行為的轉(zhuǎn)變也要求我們改變產(chǎn)品制造模式，從少品種、大批量轉(zhuǎn)向多品種、小批量的個(gè)性化定制模式。新產(chǎn)品生命周期越來(lái)越短，研發(fā)生產(chǎn)的效率、成本與品質(zhì)更為制勝關(guān)鍵。 3D打印還符合節(jié)能環(huán)保、減少浪費(fèi)的可持續(xù)發(fā)展之路。 不進(jìn)步就是落后，沒(méi)能趕上第一次和第二次工業(yè)革命，我們不能錯(cuò)過(guò)第三次。,14,實(shí)操應(yīng)用,為什么3D打印尚未普及,3D打印機(jī)的材料種類還不夠多 3D打印缺乏行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) 相關(guān)配套不足：軟件、材料、零部件、售后維護(hù)等,最大的問(wèn)題還是設(shè)計(jì)師們對(duì)3D打印認(rèn)識(shí)還不充分，沒(méi)能利用這種先進(jìn)的制造方式來(lái)提升設(shè)計(jì)附加值，尤其是在我國(guó),15,實(shí)操應(yīng)用,2,3

7、D打印機(jī)的起源與發(fā)展,16,實(shí)操應(yīng)用,3D打印機(jī)的起源,1979年，東京大學(xué)的中川威雄教授利用分層技術(shù)制造了金屬?zèng)_裁模、成形模和注塑模。,Charles W. Hull在UVP的資助下，完成了第1個(gè)RP系統(tǒng)Stereo lithography Apparatus（SLA），并于1986年獲得專利,其實(shí)增材建造的方式是自古有之，只是日本率先把這個(gè)概念引入到數(shù)字制造領(lǐng)域。,17,實(shí)操應(yīng)用,3D打印機(jī)的發(fā)展歷程,18,實(shí)操應(yīng)用,3D打印機(jī)的發(fā)展歷程,19,實(shí)操應(yīng)用,3D打印機(jī)的發(fā)展歷程,20,實(shí)操應(yīng)用,3,主流的3D打印工藝與代表設(shè)備,21,實(shí)操應(yīng)用,3D打印機(jī)原理,22,實(shí)操應(yīng)用,(selecte

8、d laser Sintering)選擇激光性燒結(jié)工藝,(fused deposition modeling)融熔沉積工藝,(three-dimensional printing)三維印刷工藝,(laminated object manufacturing) 薄材疊層制造工藝,成型 工藝,(stereo lithography apparatus)光固化成型工藝,較為成熟的,SLA,SLS,FDM,3DP,LOM,23,實(shí)操應(yīng)用,SLA工作原理圖,SLA技術(shù)原理：激光直接打在樹(shù)脂上，讓打到的樹(shù)脂凝固。打到的地方就成型了，未打到的地方還是液態(tài)樹(shù)脂。,SLA激光光固化,24,實(shí)操應(yīng)用,SLA光固化

9、成型工藝:,SLA工藝成型樣件,成形材料：液態(tài)光敏樹(shù)脂；-制件性能：相當(dāng)于工程塑料或蠟?zāi)＃?主要用途：高精度塑料件、鑄造用蠟?zāi)?、樣件或模?25,實(shí)操應(yīng)用,SLA光固化成型工藝-優(yōu)勢(shì)與劣勢(shì):,SLA工藝成型樣件,優(yōu)勢(shì)： 1、表面質(zhì)量較好 2、成型精度較高,精度在0.1-0.3mm之間 3、系統(tǒng)分辨率較高。,劣勢(shì)： 1、SLA系統(tǒng)造價(jià)高昂,使用和維護(hù)成本過(guò)高。2、SLA系統(tǒng)是要對(duì)液體進(jìn)行操作的精密設(shè)備，對(duì)工作環(huán)境要求苛刻。3、成型件多為樹(shù)脂類，強(qiáng)度,剛度,耐熱性有限,不利于長(zhǎng)時(shí)間保存。4、立體光固化成型技術(shù)被單一公司所壟斷.,26,實(shí)操應(yīng)用,SLA代表設(shè)備:,SLA工藝代表設(shè)備,600*600*

10、400mm成型空間,1500 *750 * 550 mm成型空間,27,實(shí)操應(yīng)用,SLS工作原理圖,激光粉末燒結(jié)成型：激光直接打在粉末上，讓粉末瞬間融化瞬間凝固。燒到的地方就成型了，未燒到的地方還是粉末。成型材料和成型件的物理性能很好，持久耐用。,SLS激光粉末燒結(jié)成型,28,實(shí)操應(yīng)用,SLS選擇性激光燒結(jié)成型工藝:,SLS工藝成型樣件,-成形材料：粉末；-制件性能：相當(dāng)于工程塑料、蠟?zāi)?、砂型?主要用途：樣件或模型，金屬件。,29,實(shí)操應(yīng)用,SLS選擇性激光燒結(jié)成型工藝:,SLS工藝成型樣件,SLS優(yōu)點(diǎn)； 1、可采用多種材料。 2、制造工藝比較簡(jiǎn)單。 3、高精度。一般能夠達(dá)到工件整體范圍內(nèi)(

11、0.052.5)mm的公差。當(dāng)粉末粒徑為0.1mm以下時(shí)，成型后的原型精度可達(dá)0.1mm。 4、材料利用率高，價(jià)格便宜，成本低。 5、無(wú)需支撐結(jié)構(gòu)。,30,實(shí)操應(yīng)用,SLS代表設(shè)備:,SLS工藝代表設(shè)備,金屬粉末3D打印機(jī),尼龍粉末3D打印機(jī),31,實(shí)操應(yīng)用,3DP工藝成型原理,全彩色3D打?。合蠕佉槐臃勰┎牧?，然后利用噴嘴選擇性地在粉層表面噴射粘接劑，將粉末材料粘接在一起形成實(shí)體層，逐層粘接，最終形成三維零件。,全彩色粉末材料粘接成型,32,實(shí)操應(yīng)用,3DP三維印刷工藝:,3DP工藝成型原理,該技術(shù)由美國(guó)麻省理工大學(xué)的Emanual Sachs教授發(fā)明于1993年，工作原理類似于噴墨打印機(jī)

12、。 -成形材料：粉末。-制件性能：相當(dāng)于工程塑料、蠟?zāi)?、砂型?主要用途：樣件或模型，彩色件。,33,實(shí)操應(yīng)用,3DP三維印刷工藝:,3DP工藝成型樣件,優(yōu)點(diǎn)： 1、速度快； 2、適合制造復(fù)雜形狀的零件； 3、可用與制造復(fù)合材料或非均勻材料的零件； 4、適合制造小批量零件； 5、可打印彩色模型 缺點(diǎn)： 1、成形件的強(qiáng)度較低，只能做概念型使用，而不能做功能性試驗(yàn)； 2、零件易變性甚至出現(xiàn)裂紋； 3、表面粗糙,34,實(shí)操應(yīng)用,3DP工藝代表設(shè)備,3DP三維印刷工藝:,35,實(shí)操應(yīng)用,FDM工藝成型原理,熔融擠出成型：將材料瞬間融化了，擠壓出來(lái)進(jìn)行堆積，瞬間凝固，就堆積出實(shí)物來(lái)。,熔融擠出成型,36

13、,實(shí)操應(yīng)用,FDM熔融擠壓成型:,FDM工藝成型原理,是一種不依靠激光作為成型能源、而將各種絲材（如工程塑料ABS、聚碳酸酯PC等）加熱熔化進(jìn)而堆積成型方法。 -成形材料：固體絲狀工程塑料；-制件性能：相當(dāng)于工程塑料或蠟?zāi)＃?主要用途：塑料件、鑄造用蠟?zāi)?、樣件或模型?37,實(shí)操應(yīng)用,FDM熔融擠壓成型:,FDM工藝成型樣品,優(yōu)點(diǎn)： 1、構(gòu)造原理和操作簡(jiǎn)單，維護(hù)成本低，系統(tǒng)運(yùn)行安全。 2、材料性能是主要優(yōu)點(diǎn)，ABS原型強(qiáng)度可以達(dá)到注塑零件的1/3。 3、可以成型任意復(fù)雜程度的零件。 4、原材料利用率高，且材料壽命長(zhǎng)，以材料卷的形式提供，易于搬運(yùn)和快速更換。 5、支撐去除簡(jiǎn)單，無(wú)需化學(xué)清洗，分離

14、容易。 6、多用于概念設(shè)計(jì)的三維打印機(jī)對(duì)原型精度和物理化學(xué)特性要求不高，便宜的價(jià)格是其能否推廣開(kāi)來(lái)的決定性因素。 缺點(diǎn)： 1、成型精度較低，成型件的表面有較明顯的條紋； 2、需要設(shè)計(jì)與制作支撐結(jié)構(gòu)； 3、成型速度相對(duì)較慢,38,實(shí)操應(yīng)用,FDM工藝代表設(shè)備,FDM熔融擠壓成型:,39,實(shí)操應(yīng)用,FDM工藝樣品,FDM熔融擠壓成型:,40,實(shí)操應(yīng)用,FDM工藝樣品,FDM熔融擠壓成型:,41,實(shí)操應(yīng)用,FDM工藝樣品,FDM熔融擠壓成型:,42,實(shí)操應(yīng)用,FDM工藝樣品,FDM熔融擠壓成型:,43,實(shí)操應(yīng)用,FDM工藝樣品,FDM熔融擠壓成型:,44,實(shí)操應(yīng)用,FDM工藝樣品,FDM熔融擠壓成型

15、:,45,實(shí)操應(yīng)用,FDM工藝樣品,FDM熔融擠壓成型:,46,實(shí)操應(yīng)用,LOM工藝成型原理,箔材疊層實(shí)體制作工藝,根據(jù)三維CAD模型每個(gè)截面的輪廓線，在計(jì)算機(jī)控制下，激光切割系統(tǒng)對(duì)箔材沿輪廓線將工作臺(tái)上的紙割出輪廓線，然后由熱壓機(jī)構(gòu)將一層層紙壓緊并粘合在一起。取出，將多余的廢料小塊剔除，最終獲得三維產(chǎn)品。,47,實(shí)操應(yīng)用,LOM工藝成型原理,又稱為分層實(shí)體制造。 -成形材料：涂敷有熱敏膠的纖維紙/PVC薄膜；-制件性能：相當(dāng)于高級(jí)木材；-主要用途：快速制造新產(chǎn)品樣件、模型或鑄造用木模。,LOM箔材疊層實(shí)體制作工藝:,48,實(shí)操應(yīng)用,LOM箔材疊層實(shí)體制作工藝:,LOM工藝成型樣件,優(yōu)勢(shì)： 1

16、、成型速度較快，由于只需要使激光束沿著物體的輪廓進(jìn)行切割，無(wú)需掃描整個(gè)斷面，所以成型速度很快，因而常用于加工內(nèi)部結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的大型零件。 2、無(wú)需設(shè)計(jì)和構(gòu)建支撐結(jié)構(gòu)。 3、工藝過(guò)程中不存在材料相變，因此不易引起翹曲變形。 劣勢(shì)： 1、難以構(gòu)建形狀精細(xì)、多曲面的零件，僅限于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的零件。 2、 廢料去除困難。 3、由于材料質(zhì)地原因，加工的原型件抗拉性能和彈性不高； 4、易吸濕膨脹，需進(jìn)行表面防潮處理；,49,實(shí)操應(yīng)用,LOM工藝代表設(shè)備,LOM箔材疊層實(shí)體制作工藝:,50,實(shí)操應(yīng)用,4,3D打印時(shí)代，你準(zhǔn)備好了嗎,51,實(shí)操應(yīng)用,3D打印突破了制造與服務(wù)的界限，物流的形態(tài)會(huì)發(fā)生變化，數(shù)字化技術(shù)作為

17、技能趨于普及，智慧（知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)）在這一輪革命中將占據(jù)優(yōu)勢(shì)。,杰里米里夫金,以3D打印為標(biāo)志的第三次工業(yè)革命,52,實(shí)操應(yīng)用,DIY制造業(yè)、 DIY設(shè)計(jì)、 DIY工廠、 DIY生物學(xué) 開(kāi)源硬件、開(kāi)源軟件、開(kāi)源社區(qū)、開(kāi)源創(chuàng)新 創(chuàng)客的四個(gè)桌面工廠：3D打印機(jī)、數(shù)控機(jī)器、激光切割機(jī)、3D掃描儀 工廠的概念將悄然改變，云工廠出現(xiàn) 制造業(yè)經(jīng)濟(jì)由大規(guī)模工業(yè)重塑為以前設(shè)計(jì)商店的手工匠人模式，是數(shù)字制造和個(gè)人制造的結(jié)合 3D打印在小批量生產(chǎn)、個(gè)性化定制生產(chǎn)、創(chuàng)意領(lǐng)域上勝出，大批量生產(chǎn)仍是傳統(tǒng)的生產(chǎn)模式,3D打印時(shí)代的特點(diǎn),53,實(shí)操應(yīng)用,新的設(shè)計(jì)制造流程圖,54,實(shí)操應(yīng)用,3D打印，已經(jīng)無(wú)處不在,55,實(shí)操應(yīng)

18、用,3D打印與普通民眾的距離其實(shí)很近,56,實(shí)操應(yīng)用,專業(yè)3D打印機(jī),個(gè)人3D打印機(jī),生產(chǎn)全流程可用3D打印,57,實(shí)操應(yīng)用,交流和溝通用的模型 設(shè)計(jì)概念評(píng)估 造型和匹配的確認(rèn) 安裝驗(yàn)證 功能/性能測(cè)試 環(huán)境測(cè)試 設(shè)計(jì)保密 實(shí)驗(yàn)或教學(xué)用的模型 營(yíng)銷宣傳和體驗(yàn)用的樣品 快速模具 工裝和夾具 直接數(shù)字化制造,消費(fèi)品包裝 建筑模型. 玩具、動(dòng)漫和游戲角色. 消費(fèi)電子 航空航天應(yīng)用的終端產(chǎn)品. 汽車試制和改裝件. 收藏品和裝飾品. 鞋模和運(yùn)動(dòng)裝備的驗(yàn)證品. 快速模具、工裝、夾具. 熔模鑄造的蠟芯. 金屬牙齒制造； 珠寶制造.,應(yīng)用領(lǐng)域,58,實(shí)操應(yīng)用,應(yīng)用領(lǐng)域,59,實(shí)操應(yīng)用,應(yīng)用領(lǐng)域,60,實(shí)操應(yīng)用,應(yīng)用領(lǐng)域,61,實(shí)操應(yīng)用,應(yīng)用領(lǐng)域,62,實(shí)操應(yīng)用,應(yīng)用領(lǐng)域,63,實(shí)操應(yīng)用,應(yīng)用領(lǐng)域,64,實(shí)操應(yīng)用,65,實(shí)操應(yīng)用,第一步：準(zhǔn)備一個(gè)可打印的3D