三维打印技术应用研究

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1、三维打印技术应用研究【摘要】三维立体打印属于一种快速成型（Rapidprototyping)技术，是一种由CAD（计算机辅助设计）数据通过成型设备以材料累加的方式制成实物模型的技术。这一过程不再需要传统的刀具、夹具和机床就可以打造岀任意形状，它可以自动、快速、直接和精确地将计算机中的设计转化为模型，甚至直接制造零件或模具，从而有效的缩短产品研发周期、提高产品质量并缩减生产成本。【关键词】三维打印；数字雕刻；计算机辅助设计与制造一、什么是三维打印技术三维打印机在过去通常又被称为“快速成型机”。它通过对电脑中三维软件的识别，进行STL（三角网格格式）转换，再结合切层软件确定摆放方

2、位和切层路径，并进行切层工作和相关支撑材料的构造。最后使用喷头将固态的线型成型材料加热成半熔融状态之后挤出来，和支撑材料自下而上，一次一层的构铸成最终实体。它的工作步骤是这样的：使用CAD软件来创建物品，然后通过SD卡或者USB传输到3D打印机中，进行打印设置后，打印机就可以把它们打印出来，3D打印机的工作原理和传统打印机基本一样,都是由控制组件、机械组件、打印头、耗材和介质等架构组成的，打印原理是一样的。3D打印机主要是在打印前在电脑上设计了一个完整的三维立体模型，然后在进行打印输出。它的工作步骤是这样的：使用CAD软件来创建物品，如果你有现成的模型也可以，比如动物模型、人

3、物、或者微缩建筑等等。然后通过SD卡或者USB优盘把它拷贝到3D打印机中，进行打印设置后，打印机就可以把它们打印岀来，其工作结构分解图如下。3D打印机的工作原理和传统打印机基本一样，都是由控制组件、机械组件、打印头、耗材和介质等架构组成的，打印原理是一样的。3D打印机主要是在打印前在电脑上设计了一个完整的三维立体模型，然后在进行打印输出。二、三维打印技术的工作方式1..激光烧结法。使用大功率激光束把粉末加热到“烧结温度”，从而把它与基体烧结在一起。最终完成零件的成型过程。目前工业应用此法成型的材料有热塑料，聚合碳化物、尼龙、蜡等等。2.喷射微粒法。使用喷咀，喷射出小熔滴，小熔

4、滴射到基体上，冷却后就形成新的一层材料，如此一层层喷射，一层层增长，最终形成所需的形状。喷射微粒制造现在已有两家公司制造出了这种设备，美国的preceptionsystemInc公司所生产的原型机，可以喷射蜡微滴，以制作精密蜡模。3..三维喷射粘结法。此法综合了“选择性激光烧结”及“喷射微滴”这两种三维打印法的特点。微型喷头喷射粘有粘结剂的微粒到需要粘结的地方，逐层喷射直到整个零件坯完成为止。这样的零件坯还要在120°C的温度下热处理2h,取出后去掉未粘结的粉末,还要在1000〜1500°C的温度下焙烧以保证零件达到足够的机械及耐热强度。这种方法是由美国麻省理工大学开发的，主

5、要用于制造陶瓷铸模，铸芯（用于失蜡铸造）及多孔陶瓷坯（再用液态金属渗浸后形成金属陶瓷复合物零件）。4.熔化沉积法。这种方法是通过XY控制的加热头来送出熔化的材料于基体或已固化的材料上，由于底层材料较冷，从而使熔化的材料沉积固化。这样逐层，逐带生成出所需要的零件。釆用的材料可以是热塑性材料，也可以是金属带或丝。三、三维打印技术的材料1.金属粉末3DP快速成形。金属粉末三维打印成形的研究主要集中在成形工艺参数控制与优化、制件后处理强化工艺改进等方面，其目的是解决制件的精度和强度偏低问题。2•陶瓷粉末3DP快速成形。新型陶瓷结构材料由于具有高强度、高硬度、耐腐蚀、耐高温等优异性能而

6、被广泛使用，但是其本身硬而脆的特性使其普通加工成形异常困难。3.型砂3DP快速铸型。目前铸造技术及设备的柔性相对较差，通常需要采用多种工艺流程，使用多种装置、工具、模具和夹具，需要一个较长的周期来制造铸型或零件原型。铸件的结构和尺寸的改变将会直接影响铸型的设计、制造、装配等长而复杂的工艺过程。随着高新技术的不断发展和市场需求的个性化和多样化，铸造企业必须掌握灵活性强、市场响应速度快、可小批量生产而不明显增加产品成本的砂型近净成形技术。因此，3DP快速成形工艺在铸造领域得到广泛的应用。四、三维打印的应用领域1•有助于设计成品的验证。三维打印技术，能在设计过程中将样件或模型制造出

7、来，评审就一目了然,比图形更清楚，更直观。这样可在早期发现设计差错,避免由于设计差错而造成制造工艺装备的浪费。1.有利于并行工程的应用。三维打印技术从CAD到CAM可以直接连线或通过简单的接口就能实现。各个生产部门和生产过程可以共享信息，并行进行。工艺规程和工序设计都降低到最小程度，不需要决定工序的先后次序及复杂的加工路线，从而为并行工程创造了最好条件。1.模具制造领域的应用。与数控加工技术相比，三维打印技术能更快，更容易地设计并制造出各种复杂的模具，并大大提高生产效率和产品质量。4•适合于小批量或复杂