关于3D打印技术中的几个问题与思考(连载1).doc

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1、关于3D打印技术中的几个问题与思考(连载1)•机械制造论文关于3D打印技术中的几个问题与思考(连载1)刘斌(华南理工大学,广东广州,510640)前言3D打印技术z又称增材制造技术z以前称快速成型”快速成形”技术,岀现在上世纪80年代中后期。世界上(包括国内)的第一次研究开发热度期,在上世纪80年代中后期至2003年左右。2003年至2012年出现了研究开发的低谷,其原因是多方面的。自从2012年开始,该技术的研究开发及应用又有了新的转机,其原因众所周知,因此,自2012年以来,3D打印技术岀现了新一轮的研

2、究开发热度期,并且,其热度远远大于第一次的热度。在这次热度中,3D打印技术的研究与应用如火如荼,对3D打印技术的宣传几乎做到了妇孺皆知。那么在这新一轮的3D打印热潮中”我觉得应该冷静思考一些问题,使国人充分了解3D打印技术的实质及存在的本质问题,从而做到客观、公正、冷静、充分地了解3D打印技术。本文的作者自1993年以来就开始从事3D打印技术(注:那时被称为快速成型技术)的研究,并一直从事其研究与教学,对3D打印技术有比较深刻的理解。本文采用问答形式,对3D打印技术中存在的十几个关键问题进行了思考与回答,以

3、共飨读者。本文中的观点为作者的一家之言,有不对的地方,请读者不吝批评指正。1什么叫3D打印技术?1.1定义3D打印(ThreeDimensionPrinting,简称3DP)技术,是指通过连续的物理层叠加,逐层增加材料来生成三维实体的技术,与传统的去除材料加工技术不同,因此又称为添加制造或增材制造(AdditiveManufacturing,简称AM)技术,以前称为快速成型(R叩idPrototypingz简称RP)技术。作为一种综合性应用技术,3D打印综合了数字建模技术、精密机械、机电控制技术、信息技术、

4、材料科学与化学等诸多方面的前沿技术知识,具有很高的科技含量。3D打印机是3D打印的核装备,它是集机械、控制及计算机技术等为一体的复杂机电一体化系统,主要由高精度机械系统、数控系统、喷射系统和成型环境等子系统组成。3D打印技术,从狭义上来说,主要是指增材成型技术;从成型工艺上看,3D打印技术突破了传统成型方法,它通过快速自动成型系统与计算机数据模型结合,无需任何附加的传统模具制造和机械加工,就能够制造岀各种形状复杂的原型,这使得产品的设计生产周期大大缩短,生产成本大幅下降。1.23D打印技术原理3D打印技术”

5、以前被称为快速成型、快速成形〃是上世纪80年代末期开始商品化的一种高新制造技术,它有不同的英文名称,如RapidPrototyping(快速原型制造、快速成型、快速成形LFreeformManufacturing(自由形式制造)、AdditiveFabrication(增材制造)等,常常简称为RP。该技术将计算机辅助设计(CAD计算机辅助制造(CAM计算机数字控制(CNC激光、精密伺服驱动和新材料等先进技术集于T本(如图1所示X«二一一<种先遶技术的桌成3D打印技术的原理是:依据计算机上构成的工件三维

6、设计模型(图2(a)),对其进行分层切片,得到各层截面的二维轮廓(图2(b)L按照这些轮廓,成形头选择性地固化一层层的液态树脂(或切割一层层的纸,烧结一层层的粉末材料,喷涂一层层的热熔材料或粘结剂等),形成各个截面轮廓(图2(c))并逐步顺序迭加成三维工件(图2(d)XB2三韋一一*一上越r狂仪'O件(大十1•件〉去障氏切剧Ml王设计(b)快注成»3D打印技术彻底摆脱了传统的〃去除〃加工法——部分去除大于工件的毛坯上的材料来得到工件,而采用全新的〃增长〃加工法——用一层层的小毛坯逐步迭加成大工件将复杂的三维

7、加工分解成简单的二维加工的组合,因此,它不必采用传统的加工机床和工模具,只需传统加工方法的10%~30%的工时和20%~35%的成本z就能直接制造出产品样品或模具(图3L由于3D打印技术具有上述突出的优势,所以近年来发展迅速z已成为现代先进制造技术中的—项支柱技术,是实现并行工程(ConcurrentEngineering,简称CE)的必不可少的手段。1.33D打印技术的主流工艺介绍3D打印技术的主流工艺介绍如下:(1)分层物体制造(LaminatedObjectManufacturing,简称LOM)这是

8、历史最为悠久的3D打印技术之一,也是最为成熟的3D打印技术之一。LOM技术自1991年问世以来得到了迅速的发展。由于该工艺多使用纸材、PVC片材等薄形材料,价格低廉且成型精度较高,因此受到了较为广泛的关注,在产品概念设计可视化、造型设计评估、装配检验、熔模铸造等方面应用广泛。其成型原理如图4所示。切割絵崑找图4分妊物处僧迨J艺療理希分层物体制造系统主要包括计算机、数控系统、原材料存储与运送部件、热粘压部件、激光切

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1、关于3D打印技术中的几个问题与思考(连载1)•机械制造论文关于3D打印技术中的几个问题与思考(连载1)刘斌(华南理工大学,广东广州,510640)前言3D打印技术z又称增材制造技术z以前称快速成型”快速成形”技术,岀现在上世纪80年代中后期。世界上(包括国内)的第一次研究开发热度期,在上世纪80年代中后期至2003年左右。2003年至2012年出现了研究开发的低谷,其原因是多方面的。自从2012年开始,该技术的研究开发及应用又有了新的转机,其原因众所周知,因此,自2012年以来,3D打印技术岀现了新一轮的研

2、究开发热度期,并且,其热度远远大于第一次的热度。在这次热度中,3D打印技术的研究与应用如火如荼,对3D打印技术的宣传几乎做到了妇孺皆知。那么在这新一轮的3D打印热潮中”我觉得应该冷静思考一些问题,使国人充分了解3D打印技术的实质及存在的本质问题,从而做到客观、公正、冷静、充分地了解3D打印技术。本文的作者自1993年以来就开始从事3D打印技术(注:那时被称为快速成型技术)的研究,并一直从事其研究与教学,对3D打印技术有比较深刻的理解。本文采用问答形式,对3D打印技术中存在的十几个关键问题进行了思考与回答,以

3、共飨读者。本文中的观点为作者的一家之言,有不对的地方,请读者不吝批评指正。1什么叫3D打印技术?1.1定义3D打印(ThreeDimensionPrinting,简称3DP)技术,是指通过连续的物理层叠加,逐层增加材料来生成三维实体的技术,与传统的去除材料加工技术不同,因此又称为添加制造或增材制造(AdditiveManufacturing,简称AM)技术,以前称为快速成型(R叩idPrototypingz简称RP)技术。作为一种综合性应用技术,3D打印综合了数字建模技术、精密机械、机电控制技术、信息技术、

4、材料科学与化学等诸多方面的前沿技术知识,具有很高的科技含量。3D打印机是3D打印的核装备,它是集机械、控制及计算机技术等为一体的复杂机电一体化系统,主要由高精度机械系统、数控系统、喷射系统和成型环境等子系统组成。3D打印技术,从狭义上来说,主要是指增材成型技术;从成型工艺上看,3D打印技术突破了传统成型方法,它通过快速自动成型系统与计算机数据模型结合,无需任何附加的传统模具制造和机械加工,就能够制造岀各种形状复杂的原型,这使得产品的设计生产周期大大缩短,生产成本大幅下降。1.23D打印技术原理3D打印技术”

5、以前被称为快速成型、快速成形〃是上世纪80年代末期开始商品化的一种高新制造技术,它有不同的英文名称,如RapidPrototyping(快速原型制造、快速成型、快速成形LFreeformManufacturing(自由形式制造)、AdditiveFabrication(增材制造)等,常常简称为RP。该技术将计算机辅助设计(CAD计算机辅助制造(CAM计算机数字控制(CNC激光、精密伺服驱动和新材料等先进技术集于T本(如图1所示X«二一一<种先遶技术的桌成3D打印技术的原理是:依据计算机上构成的工件三维

6、设计模型(图2(a)),对其进行分层切片,得到各层截面的二维轮廓(图2(b)L按照这些轮廓,成形头选择性地固化一层层的液态树脂(或切割一层层的纸,烧结一层层的粉末材料,喷涂一层层的热熔材料或粘结剂等),形成各个截面轮廓(图2(c))并逐步顺序迭加成三维工件(图2(d)XB2三韋一一*一上越r狂仪'O件(大十1•件〉去障氏切剧Ml王设计(b)快注成»3D打印技术彻底摆脱了传统的〃去除〃加工法——部分去除大于工件的毛坯上的材料来得到工件,而采用全新的〃增长〃加工法——用一层层的小毛坯逐步迭加成大工件将复杂的三维

7、加工分解成简单的二维加工的组合,因此,它不必采用传统的加工机床和工模具,只需传统加工方法的10%~30%的工时和20%~35%的成本z就能直接制造出产品样品或模具(图3L由于3D打印技术具有上述突出的优势,所以近年来发展迅速z已成为现代先进制造技术中的—项支柱技术,是实现并行工程(ConcurrentEngineering,简称CE)的必不可少的手段。1.33D打印技术的主流工艺介绍3D打印技术的主流工艺介绍如下:(1)分层物体制造(LaminatedObjectManufacturing,简称LOM)这是

8、历史最为悠久的3D打印技术之一,也是最为成熟的3D打印技术之一。LOM技术自1991年问世以来得到了迅速的发展。由于该工艺多使用纸材、PVC片材等薄形材料,价格低廉且成型精度较高,因此受到了较为广泛的关注,在产品概念设计可视化、造型设计评估、装配检验、熔模铸造等方面应用广泛。其成型原理如图4所示。切割絵崑找图4分妊物处僧迨J艺療理希分层物体制造系统主要包括计算机、数控系统、原材料存储与运送部件、热粘压部件、激光切

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