3D打印技術(shù)介紹報(bào)告人：郝慶棟2報(bào)告提綱發(fā)展瓶頸應(yīng)用領(lǐng)域/發(fā)展趨勢國內(nèi)外現(xiàn)狀3D打印機(jī)的幾種技術(shù)簡介3D打印技術(shù)定義相關(guān)技術(shù)難點(diǎn)3D打印成品鑒賞33D打印這個(gè)名稱是近年來該產(chǎn)品針對民用市場而出現(xiàn)的一個(gè)新詞，是通俗叫法，其實(shí)在專業(yè)領(lǐng)域它有其它學(xué)術(shù)名稱“快速成形技術(shù)”(及“快速原型制造技術(shù)”、“增量制造技術(shù)”、“增材制造技術(shù)”)。一、3D打印技術(shù)定義3DCADFile三維CAD文件3D

Printer三維打印機(jī)3DModel三維模型4

快速成形技術(shù)誕生于20世紀(jì)80年代后期，是基于材料堆積法的一種高新制造技術(shù)，是一種不再需要傳統(tǒng)的刀具、夾具和機(jī)床就可以打造出任意形狀，根據(jù)零件或物體的三維模型數(shù)據(jù)，通過成型設(shè)備以材料累加的方式制成實(shí)物模型的技術(shù)，被認(rèn)為是近20年來制造領(lǐng)域的一個(gè)重大成果。它集機(jī)械工程、CAD、逆向工程技術(shù)、分層制造技術(shù)、數(shù)控技術(shù)、材料科學(xué)、激光技術(shù)于一身，可以自動(dòng)、直接、快速、精確地將設(shè)計(jì)思想轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂幸欢üδ艿脑突蛑苯又圃炝慵?，從而為零件原型制作、新設(shè)計(jì)思想的校驗(yàn)等方面提供了一種高效低成本的實(shí)現(xiàn)手段。一、3D打印技術(shù)定義SpreadLayerofPowder鋪開一層粉末PrintCross-Section打印橫截面12SpreadLayerofPowder打印粉末層35二、3D打印機(jī)的幾種技術(shù)簡介3D打印機(jī)的技術(shù)：現(xiàn)在市面上已經(jīng)有十幾種不同的3D打印機(jī)的技術(shù)，其中比較成熟的有SLS、SLA、LOM和FDM等方法。6二、3D打印機(jī)的幾種技術(shù)簡介SLS(SelectiveLaserSintering)選擇性激光燒結(jié)

SLS最初是由美國德克薩斯大學(xué)奧斯汀分校的Carlckard（C.R.Dechard）于1989年在其碩士論文中提出的。后美國DTM公司于1992年推出了該工藝的商業(yè)化生產(chǎn)設(shè)備SinterSation。SLS技術(shù)3D打印機(jī)的工作原理：整個(gè)工藝裝置由粉末缸和成型缸組成，工作時(shí)粉末缸活塞（送粉活塞）上升，由鋪粉輥將粉末在成型缸活塞（工作活塞）上均勻鋪上一層，計(jì)算機(jī)根據(jù)原型的切片模型控制激光束的二維掃描軌跡，有選擇地?zé)Y(jié)固體粉末材料以形成零件的一個(gè)層面。粉末完成一層后，工作活塞下降一個(gè)層厚，鋪粉系統(tǒng)鋪上新粉?？刂萍す馐賿呙锜Y(jié)新層。如此循環(huán)往復(fù)，層層疊加，直到三維零件成型。最后，將未燒結(jié)的粉末回收到粉末缸中，并取出成型件。對于金屬粉末激光燒結(jié)，在燒結(jié)之前，整個(gè)工作臺(tái)被加熱至一定溫度，可減少成型中的熱變形，并利于層與層之間的結(jié)合。9二、3D打印機(jī)的幾種技術(shù)簡介FDM（FusedDepositionModeling）熔積成型該方法使用絲狀材料（石蠟、金屬、塑料、低熔點(diǎn)合金絲）為原料，利用電加熱方式將絲材加熱至略高于熔化溫度（約比熔點(diǎn)高1℃），在計(jì)算機(jī)的控制下，噴頭作x-y平面運(yùn)動(dòng)，將熔融的材料涂覆在工作臺(tái)上，冷卻后形成工件的一層截面，一層成形后，噴頭上移一層高度，進(jìn)行下一層涂覆，這樣逐層堆積形成三維工件。10二、3D打印機(jī)的幾種技術(shù)簡介3DP(Three-DimensionalPrinting)微噴射粘結(jié)技術(shù)將制件的CAD三維模型根據(jù)工藝要求進(jìn)行離散分層得到一系列的層片，按照這些層片的輪廓信息，鋪粉裝置逐層鋪粉，且噴頭噴射粘結(jié)劑微滴選擇性地固化一層一層的粉末，形成各截面輪廓，并逐步有序地疊加成三維實(shí)體。但3DP工藝通過粉末的粘連而堆積成形，成形的制件具有疏松多孔的結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)會(huì)使制件的強(qiáng)度偏低，成形的制件需采用后處理強(qiáng)化工藝使組織致密化以提高其強(qiáng)度，且后處理工藝（如高溫?zé)Y(jié)、熱等靜壓）會(huì)使制件體積嚴(yán)重收縮。11三、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀23451996年，

3DSystems公司推出Actua2100，第一次使用了3D打印機(jī)稱謂2005年，

ZCroporation發(fā)布SpectrumZ510，世界上第一臺(tái)彩色3D打印機(jī)以色列objet公司，是快速成型和快速制造的光固化技術(shù)先鋒南非科工研究理事會(huì)在一種最新的快速成型制造技術(shù)上取得突破2011年3D打印市場規(guī)模億美元。1國外研究現(xiàn)狀三、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀國外3D打印實(shí)例2012年8月，世界上第一輛3D打印賽車“阿里翁”使用Stratasys3D打印機(jī)以及從網(wǎng)絡(luò)上下載的設(shè)計(jì)圖，成功打印出了AR-15步槍的下機(jī)匣，并把它變成了一支槍3D打印做成的鮮肉特別有彈性，而且烹飪后肉質(zhì)松散有嚼頭，絲毫不遜于真正的肉13三、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀2345中國從1994年開始研究3D打印北京隆源公司于1995年成功研發(fā)了一臺(tái)AFS激光快速成型機(jī)北京航空航天大學(xué)“變形開裂”和內(nèi)部缺陷和內(nèi)部組織”控制等“瓶頸難題”是快速成型和快速制造的光固化技術(shù)先鋒2012年，南風(fēng)股份決定投資“重型金屬構(gòu)件電熔精密成型技術(shù)產(chǎn)業(yè)化項(xiàng)目”2012年在北京召開3D打印技術(shù)研討會(huì)1國內(nèi)研究現(xiàn)狀三、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀國內(nèi)3D打印實(shí)例王華明教授及其科研團(tuán)隊(duì)在飛機(jī)鈦合金大型整體主承力結(jié)構(gòu)件激光快速成形工藝研究、工程化成套裝備研發(fā)與裝機(jī)應(yīng)用關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)等方面取得了突破性的進(jìn)展，無需大型鍛造工業(yè)裝備、大型鍛造模具及鍛坯制備加工；機(jī)械加工余量小、材料利用率高、生產(chǎn)周期短；加工過程實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)件“近凈成形”，只需一步完成；加工設(shè)計(jì)靈活度高，可以實(shí)現(xiàn)特殊功能零部件的“原位”鑄造；所制備的零件具有優(yōu)異的綜合力學(xué)性能等。該技術(shù)大大降低了制造成本，提高了制造效率與加工質(zhì)量，被國內(nèi)外公認(rèn)為是對飛機(jī)、發(fā)動(dòng)機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)等重大工業(yè)裝備研制與生產(chǎn)具有重要影響的核心關(guān)鍵制造技術(shù)之一。北京航空航天大學(xué)首創(chuàng)3D打印制造飛機(jī)大型鈦合金風(fēng)擋三、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀國內(nèi)3D打印實(shí)例通過對這一技術(shù)的應(yīng)用，福特汽車的工程師就可以快速制作出一系列具有細(xì)微差異的可測試部件來幫助開發(fā)出最合適的部件，從而確保其最后生產(chǎn)的車型是選用了最好的零部件。而由此帶來的好處是提高了整個(gè)開發(fā)效率，縮短了上市周期，并降低了時(shí)間和成本16軟件開發(fā)中的算法專用的3D打印成形工藝金屬材料最佳燒結(jié)參數(shù)軟件大功率光纖激光器粉末處理系統(tǒng)粉末床預(yù)熱溫度場均勻控制裝置硬件But四、3D打印相關(guān)技術(shù)難點(diǎn)17五、應(yīng)用領(lǐng)域/發(fā)展趨勢到目前為止，各類3D打印機(jī)設(shè)備上所使用的材料種類有很多，樹脂、尼龍、塑料、石蠟、紙以及金屬或陶瓷的粉末。從產(chǎn)品設(shè)計(jì)到模具設(shè)計(jì)與制造，材料工程、醫(yī)學(xué)研究、文化藝術(shù)、建筑工程等等都逐漸的使用3D打印機(jī)技術(shù)，使得3D打印機(jī)技術(shù)有著廣闊的前景。3D打印技術(shù)已在工業(yè)造型、產(chǎn)品設(shè)計(jì)（實(shí)物模型/樣件）、機(jī)械制造、模具制造、航空航天(風(fēng)洞用實(shí)體模型)、軍事、建筑設(shè)計(jì)、影視、家電(開發(fā)新產(chǎn)品)、輕工、醫(yī)學(xué)(人體器官模型、骨骼)、藝術(shù)創(chuàng)作、考古/文物復(fù)制、數(shù)字雕刻、首飾等領(lǐng)域都得到了較為廣泛的應(yīng)用。應(yīng)用領(lǐng)域18五、應(yīng)用領(lǐng)域/發(fā)展趨勢打印機(jī)價(jià)格目前，3D打印機(jī)的發(fā)展在走兩條完全不同的路，一條是面向工業(yè)和行業(yè)應(yīng)用，成為徹底的工業(yè)生產(chǎn)工具，另一個(gè)方向則是3D打印的個(gè)人桌面化，為極客們的創(chuàng)意提供變現(xiàn)的可能。工業(yè)級3D打印機(jī)較為昂貴，價(jià)格從萬美元到100多萬美元不等，主要用在高端產(chǎn)品設(shè)計(jì)或者研究領(lǐng)域。在打印的精細(xì)程度以及打印材料的廣泛程度上，工業(yè)級3D打印機(jī)遠(yuǎn)超個(gè)人桌面級機(jī)器，當(dāng)然，價(jià)格也在另一個(gè)層級上。伴隨一些3D打印商紛紛將目標(biāo)客戶拓展至個(gè)人，低價(jià)策略也成為了一種趨勢。比如3DSYSTEM公司的競爭對手STRATASYS，就推出了適合個(gè)人的MOJO3D打印機(jī)（售價(jià)9900美元)。該機(jī)型不依靠激光作為成型能源，可以將各種絲材加熱溶化成型。+19六、3D打印瓶頸成本（耗材的價(jià)格）目前已經(jīng)研究出可以使用在3D打印機(jī)上的材料約有14種，在此基礎(chǔ)上又可混搭出107種。這些材料多為粉末或者黏稠的液體，從價(jià)格上來看，便宜的幾百塊一公斤，最貴的一公斤則要4萬元以上。目前該技術(shù)做做樣品和教學(xué)還可以。打印材料（耗材）的多樣性/可用性耗材的局限性是3D打印不得不面對的現(xiàn)實(shí)。目前，3D打印的耗材非常有限，現(xiàn)有的市場上的耗材多為石膏、無機(jī)粉料、光敏樹脂、塑料等。如果真要“打印”房屋或汽車，光靠這些材料是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。比如最重要的金屬構(gòu)件，這恰恰是3D打印的軟肋。打印的精度成型精度和質(zhì)量問題，也在困擾先臨三維。他們稱，由于3D打印工藝發(fā)展還不完善，特別是對快速成型軟件技術(shù)的研究還不成熟，目前快速成型零件的精度及表面質(zhì)量大多不能滿足工程直接使用，不能作為功能性部件，只能做原型使用。打印的速度現(xiàn)階段，3D打印機(jī)無法作為大規(guī)模生產(chǎn)的手段，只能作用于原型開發(fā)或者單件制造。在生產(chǎn)效率上，3D打印技術(shù)雖發(fā)端于“快速成型”，耗時(shí)還是得以小時(shí)來計(jì)，尚難滿足批量生產(chǎn)的要求。成品力學(xué)性能3