浅议3d打印技术在样板设计中应用和不足

《浅议3d打印技术在样板设计中应用和不足》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。

1、浅议3D打印技术在样板设计中应用和不足【摘要】3D打印技术被称为第三次工业革命，其快速制造产品的模式为工业设计的发展带来了前所未有的机遇。笔者根据自身的经历，以MakerBotReplicator2打印机为例，分析了熔融挤出成型原理的该款3D打印机在样板设计应用时的优势与不足，并对该设备未来民用市场进行了展望。【关键词】3D打印；产品设计；优势；缺点一、引言3D打印技术，又称为增材制造(AM)技术，属于快速成型技术加工，诞生于20世纪80年代后期，发展至今已将近30年。与传统的通过把工件上多余的材料切削去除过程相比，3D打印技术则是通过逐层累

2、加得到产品。根据成型工艺的不同，3D打印技术分为立体光刻、立体光固成型、PVC塑料烫印复膜，熔融挤出成型(FDM)、三维喷绘打印(3DP)和数字光处理(DLP)等几种工艺类型。[1]目前，3D打印技术的应用领域已经从普通的工业产品扩展到航天科技和医疗行业。2010年该技术在材料、设备及服务等行业的应用市场都有了显著增长，全球市场产值超过13亿美元，预计到2016年会超过30亿美元。虽然3D打印技术日趋完善，应用越来越广泛，但是受其自身的原理所限，这种技术在实际应用中还存在一定的不足，本文以设备MakerBotReplicator2为研究对象，

3、对3D打印技术中熔融挤出成型（FMD）该技术的简单应用与不足做一个肤浅的介绍与分析，望能抛砖引玉。二、设备基本参数MakerBotReplicator2打印机只是一个桌面级设备，作为3D打印技术中熔融挤出成型技术的代表，它直观地展示了3D打印技术的工艺原理，并满足小型工业产品设计工作室或者日常一般产品开发过程中样件的试制要求。MakerBotReplicator2打印机部分设备参数如表1。三、设备应用优势分析从上述参数中可以看到MakerBotReplicator2打印机极其节约空间，其外形尺寸与14寸的CRT显示器相接近，因此可当做日常办公

4、设备的一个重要组成直接放置在办公桌上，而无需再增加其他放置的平台或者安装空间。打印机控制软件界面友好易于操作，对相关配套软硬件要求不高，可通过普通办公电脑完成打印操作。样件设计时,我们采用了Rhino软件即犀牛软件开发设计，通过该软件进行3D建模，然后把生成的.stl数据文件导入到打印机操作软件MakerWare,并连接到打印机，简单设置即可输出打印。3D打印技术从制造技术上实现结构设计人员梦寐以求的“所见即所得”的愿望，节约了大量的时间和成本。在此之前，要完成一个新产品的结构或形状设计，大致要经过以下步骤：设计人员首先通过如PRO-E、So

5、lid-Work等三维设计软件进行三维建模完成产品初步设计，然后输出产品图纸并交给试制车间或者手板工作室进行试样及组装，调整组装的配合间隙或修改设计图纸，重新试样直至完成最终产品设计。基本上试制过程就是一个拼装过程，样机的各部位都是通过切割焊以及打磨或手工改模等传统工艺来完成，整个过程耗时费力。3D打印技术改变了这个过程，在设计软件中完成零件初稿设计，设计人员把该零件的图纸数据发送给打印机软件，简单设置后打印机控制软件将自动生成喷射路径并向打印机发出指令，打印机接到命令开始打印。依据样件的尺寸以及不同的精度要求，一定的时间后即可在打印机的工作

6、平台上得到与设计图纸对应的产品。由于MakerBotReplicator2打印机已经实现了无人值守功能，设备启动打印后，设计人员无需再时刻查看打印进度，只需定时检查打印状态是否正常即可。此特性也同样为相关人员节约了大量的时间。目前，一盘重量lkg的进口PVC原料采购成本为800元人民币。以一个口径80mm、高度50mm、重量约为50g的杯子为例，其材料成本仅为：800/1000*50=40元，如采用国产原料其成本更低。此外，MakerBotReplicator2作为3D打印技术的入门级产品，该打印机的大致价格为2万元人民币左右，因此即便考虑设

7、备的采购成本，其价位同样能够被各个产品公司或者工业设计工作室所轻易接受。另外，基于3D打印技术是一次成型而无需考虑脱模的原因，因此设计产品型腔时不再考虑脱模的要求，降低了样件制作难度，为产品设计提供了便利。四、设备缺陷分析MakerBotReplicator2打印机的应用使得样品试制变得简单，且不易受到其他生产因素的影响，极大的加快了新产品的研发速度，并降低了样件试制的成本，但是其不足之处同样明显，主要表现于以下几个方面：1、试制样板的尺寸受限制。在前文的设备参数中，我们看到该设备打印成型的区域为28.5X15.3X15.5cm,这个参数直接

8、决定了通过该款打印机能够直接打印生成的单个产品、零件或者组件的最大尺寸不超过该区域尺寸，而大尺寸产品依旧只能通过拼装或其他方式得到样件。2、产品表面粗糙度偏大，各个