3DPrintingTechnologyAndApplication3D打印技術(shù)及應(yīng)用3D打印技術(shù)的含義、基本原理與特點(diǎn)023D打印技術(shù)的特點(diǎn)013D打印技術(shù)的含義及原理033D打印技術(shù)總結(jié)目錄3D打印技術(shù)的含義及原理01Themeaningandprincipleof3Dprintingtechnology

3D打印技術(shù)是基于離散堆積原理的一種新興制造技術(shù)，其基本原理是基于離散/堆積成型，如圖所示，首先需要將零件的數(shù)字模型（如CAD模型）按一定方式離散，轉(zhuǎn)換成可加工的離散面、離散線(xiàn)和離散點(diǎn)，而后采用多種手段，將這些離散的面、線(xiàn)段和點(diǎn)堆積形成零件的整體形狀。

由于3D打印技術(shù)工藝過(guò)程無(wú)需專(zhuān)用工具，工藝規(guī)劃步驟簡(jiǎn)單，大大降低制造成本、縮短制造周期，提高了企業(yè)新產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)能力和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。3D打印技術(shù)的含義及原理Themeaningandprincipleof3Dprintingtechnology三維造型3D打印技術(shù)突破了傳統(tǒng)的制造工藝，把傳統(tǒng)的“減材”加工變?yōu)椤霸霾摹绷Ⅲw加工，如圖所示，無(wú)需考慮制件的外形復(fù)雜程度，完全真實(shí)地復(fù)制出三維造型。3D打印技術(shù)的含義及原理Themeaningandprincipleof3Dprintingtechnology將設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)化為實(shí)物3D打印技術(shù)的含義及原理Themeaningandprincipleof3Dprintingtechnology

如圖所示，3D打印技術(shù)就是利用三維CAD的數(shù)據(jù)，通過(guò)3D打印機(jī)，將一層層的材料堆積成實(shí)體原型。首先通過(guò)三維建模軟件獲得零件的CAD文件，并將該文件導(dǎo)出3D打印設(shè)備所能識(shí)別的STL格式。

打印設(shè)備根據(jù)零件模型對(duì)其進(jìn)行分層處理并離散，從而得到各層截面的二維輪廓信息。

系統(tǒng)根據(jù)輪廓信息自動(dòng)生成加工路徑，由成型頭在系統(tǒng)的控制下，逐點(diǎn)、逐線(xiàn)、逐面的對(duì)成型材料進(jìn)行立體堆積，從而完成對(duì)三維坯件的制作，最后再對(duì)坯件進(jìn)行必要的后處理，使零件在功能、尺寸、外觀(guān)等方面滿(mǎn)足設(shè)計(jì)需求。3D打印工藝原理

3D打印技術(shù)的工藝過(guò)程一般都包括三維模型的建立、3D打印前處理、實(shí)體疊加打印成型及后處理四個(gè)步驟。3D打印技術(shù)的含義及原理Themeaningandprincipleof3Dprintingtechnology

3D打印工藝流程

工業(yè)3D打印機(jī)

其工藝流程如圖1所示。各種3D打印工藝基本都基于該流程進(jìn)行產(chǎn)品的制備。圖2為工業(yè)3D打印機(jī)。

圖1

圖23D打印技術(shù)的特點(diǎn)02Characteristicsof3DPrintingTechnology3D打印技術(shù)的特點(diǎn)Characteristicsof3DPrintingTechnology與傳統(tǒng)模型加工制造相比，3D打印技術(shù)有以下優(yōu)勢(shì)。（1）個(gè)性化定制能力強(qiáng)

3D打印技術(shù)最大的優(yōu)勢(shì)之一在于其強(qiáng)大的個(gè)性化定制能力。

通過(guò)數(shù)字建模，用戶(hù)可以設(shè)計(jì)出任意形狀的三維模型，并通過(guò)3D打印機(jī)精確地將這些模型轉(zhuǎn)化為實(shí)體物品。

這種能力使得3D打印在醫(yī)療、珠寶、藝術(shù)品等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。

例如，在醫(yī)療領(lǐng)域，醫(yī)生可以根據(jù)患者的具體情況，設(shè)計(jì)并打印出個(gè)性化的醫(yī)療植入物，如假肢、牙齒矯正器等，從而提高治療效果和患者的生活質(zhì)量。3D打印的假肢、牙齒矯正器、眼鏡

由于3D打印是從數(shù)字模型直接制造物體的，因此設(shè)計(jì)師可以在幾乎沒(méi)有任何限制的情況下自由地設(shè)計(jì)和創(chuàng)新。

他們可以創(chuàng)造出傳統(tǒng)制造技術(shù)無(wú)法實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜形狀和結(jié)構(gòu)。3D打印技術(shù)不用考慮生產(chǎn)工藝問(wèn)題，任何復(fù)雜的零件都可以制造，且生產(chǎn)效率高。3D打印技術(shù)的特點(diǎn)Characteristicsof3DPrintingTechnology（2）設(shè)計(jì)自由度高用3D打印技術(shù)打印的工藝品3D打印的飛機(jī)零部件

3D打印技術(shù)省去了傳統(tǒng)工藝模具設(shè)計(jì)與制作等工序，直接從CAD軟件的三維模型數(shù)據(jù)得到實(shí)體零件，生產(chǎn)周期大大縮短，也簡(jiǎn)化了制造流程，節(jié)約制模成本。

比如博理科技公司推出以TAPS高速光固化3D打印機(jī)為核心的數(shù)字化鞋模生產(chǎn)方案，新方案從設(shè)計(jì)理念到快速生產(chǎn)一雙鞋模假底，整個(gè)流程可被壓縮至1天——所有流程集聚在一臺(tái)3D打印機(jī)上完成。3D打印技術(shù)的特點(diǎn)Characteristicsof3DPrintingTechnology（3）產(chǎn)品制造周期短，制造流程簡(jiǎn)單3D打印的鞋模假底3D打印技術(shù)的特點(diǎn)Characteristicsof3DPrintingTechnology（4）制造材料的多樣性

3D打印技術(shù)可以使用多種不同的材料，如圖所示，為塑料、金屬、陶瓷、生物材料，從而滿(mǎn)足不同領(lǐng)域的需要。

這使得3D打印能夠用于制造各種不同類(lèi)型的產(chǎn)品，從簡(jiǎn)單的塑料模型到復(fù)雜的金屬零件。3D打印金屬、陶瓷、混凝土、生物材料

3D打印能夠根據(jù)數(shù)字模型制造出非常復(fù)雜的制件，不受傳統(tǒng)制造技術(shù)中刀具、夾具和模具的限制，從而實(shí)現(xiàn)更高的設(shè)計(jì)自由度，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)加工工藝的不足。

這使得3D打印技術(shù)在航空、醫(yī)療和其他需要高度復(fù)雜部件的行業(yè)中非常受歡迎，如圖所示，為結(jié)構(gòu)復(fù)雜的航空、醫(yī)療、戒指等的3D打印制造。

航空、醫(yī)療、戒指復(fù)雜零件的制造3D打印技術(shù)的特點(diǎn)Characteristicsof3DPrintingTechnology（5）可完成復(fù)雜零件制造

與傳統(tǒng)的減材制造方法相比，3D打印通過(guò)逐層堆積材料的方式構(gòu)建物體，相較于傳統(tǒng)制造技術(shù)，能夠顯著減少材料浪費(fèi)，提高材料利用率。

同時(shí)也減少了制造過(guò)程中產(chǎn)生的噪音和污染。同時(shí)也進(jìn)行了一些環(huán)保材料的打印應(yīng)用，如圖所示，為環(huán)保材料的3D打印應(yīng)用。3D打印技術(shù)的特點(diǎn)Characteristicsof3DPrintingTechnology（6）可減少材料浪費(fèi)、環(huán)保

用酸奶杯3D打印而成的椅子

廢棄實(shí)物3D打印的餐具

3D打印技術(shù)可以快速地將設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)化為實(shí)物，這對(duì)于產(chǎn)品開(kāi)發(fā)、原型制作和測(cè)試非常有用，直接從數(shù)字模型轉(zhuǎn)化為實(shí)物，無(wú)需制造多個(gè)原型和進(jìn)行多次試驗(yàn)。

這大大加快了產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的速度，縮短了產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期，并使得設(shè)計(jì)師能夠更快地迭代和優(yōu)化他們的設(shè)計(jì)。如圖所示，為3D打印金屬及工藝品快速原型。3D打印技術(shù)的特點(diǎn)Characteristicsof3DPrintingTechnology（7）快速原型制作3D打印金屬及工藝品快速原型（8）可實(shí)現(xiàn)分布式生產(chǎn)3D打印技術(shù)不需要集中的制造車(chē)間，可以在需求地點(diǎn)附近生產(chǎn)，降低了運(yùn)輸和庫(kù)存成本。3D打印技術(shù)總結(jié)03Summaryof3DPrintingTechnology3D打印技術(shù)也存在一定的不足，主要表現(xiàn)在以下方面：（1）存在材料的限制：目前可用于3D打印的材料種類(lèi)相對(duì)有限，且價(jià)格較高。雖然已經(jīng)有許多種材料被開(kāi)發(fā)出來(lái)用于3D打印，但它們的性能和適用范圍仍然受到一定限制。（2）精度和表面質(zhì)量有待提高：盡管3D打印技術(shù)在精度方面已經(jīng)取得了很大的進(jìn)步，但與一些傳統(tǒng)制造方法相比仍然存在一定的差距。（3）設(shè)備成本較高：高質(zhì)量的3D打印設(shè)備往往價(jià)格昂貴，這對(duì)于一些中小企業(yè)或個(gè)人用戶(hù)來(lái)說(shuō)可能是一個(gè)不小的負(fù)擔(dān)。（4）速度與效率相對(duì)較低：與傳統(tǒng)制造方法相比，3D打印技術(shù)的速度和效率相對(duì)較低。特別是對(duì)于大型復(fù)雜的物體來(lái)說(shuō)，打印時(shí)間可能會(huì)非常長(zhǎng)。（5）法律和倫理問(wèn)題：隨著3D打印技術(shù)的普及和應(yīng)用范圍的擴(kuò)大，一些法律和倫理問(wèn)題也逐漸浮現(xiàn)出來(lái)。3D打印技術(shù)總結(jié)Summaryof3DPrintingTechnology

綜上所述，3D打印技術(shù)具有自身的優(yōu)缺點(diǎn)，雖然3D打印技術(shù)還存在一些不足之處，但其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)使其在各個(gè)領(lǐng)域都有著廣泛的應(yīng)用前景。

未來(lái)隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步和創(chuàng)新以及材料科學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)等相關(guān)領(lǐng)域的支持和