第一篇：快速成型技術(shù)及應(yīng)用學(xué)習(xí)心得

《快速成型技術(shù)及應(yīng)用》學(xué)習(xí)心得

對(duì)于本學(xué)期黃老師的《快速成型技術(shù)及應(yīng)用》學(xué)習(xí)心得，主要從RP技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)、主要的RP成型工藝分析和RP技術(shù)在當(dāng)代模具制造行業(yè)的應(yīng)用三個(gè)方面進(jìn)行說明：

一、RP技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)

快速成型（Rapid Prototyping）技術(shù)是由三維CAD模型直接驅(qū)動(dòng)的快速制造任意復(fù)雜形狀三維實(shí)體的總稱。它集成了CAD 技術(shù)、數(shù)控技術(shù)、激光技術(shù)和材料技術(shù)等現(xiàn)代科技成果，是先進(jìn)制造技術(shù)的重要組成部分。

目前，快速成型技術(shù)已在工業(yè)造型、機(jī)械制造、航空航天、軍事、建筑、影視、家電、輕工、醫(yī)學(xué)、考古、文化藝術(shù)、雕刻、首飾等領(lǐng)域都得到了廣泛應(yīng)用。

RP技術(shù)雖然有其巨大的優(yōu)越性，但是也有它的局限性，由于可成型材料有限，零件精度低，表面粗糙度高，原型零件的物理性能較差，成型機(jī)的價(jià)格較高，運(yùn)行制作的成本高等，所以在一定程度上成為該技術(shù)的推廣普及的瓶頸。從目前國(guó)內(nèi)外RP 技術(shù)的研究和應(yīng)用狀況來看，快速成型技術(shù)的進(jìn)一步研究和開發(fā)的方向主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

（1）大力改善現(xiàn)行快速成型制作機(jī)的制作精度、可靠性和制作能力，提高生產(chǎn)效率，縮短制作周期。尤其是提高成型件的表面質(zhì)量、力學(xué)和物理性能，為進(jìn)一步進(jìn)行模具加工和功能試驗(yàn)提供平臺(tái)。

（2）開發(fā)性能更好的快速成型材料。材料的性能既要利于原型加工，又要具有較好的后續(xù)加工性能，還要滿足對(duì)強(qiáng)度和剛度等不同的要求。

（3）提高RP 系統(tǒng)的加工速度和開拓并行制造的工藝方法。目前即使是最快的快速成型機(jī)也難以完成象注塑和壓鑄成型的快速大批量生產(chǎn)。

（4）RPM 與CAD、CAM、CAPP、CAE 以及高精度自動(dòng)測(cè)量、逆向工程的集成一體化。該項(xiàng)技術(shù)可以大大提高新產(chǎn)品的第一次投入市場(chǎng)就十分成功的可能性，也可以快速實(shí)現(xiàn)反求工程。

（5）研制新的快速成型方法和工藝。除了目前SLA、LOM、SLS、FDM 外，直接金屬成型工藝將是以后的發(fā)展焦點(diǎn)。

二、幾種常見RP工藝

1、FDM，絲狀材料選擇性熔覆（Fused Deposition Modeling）快速原型工藝是一種不依靠激光作為成型能源、而將各種絲材（如工程塑料ABS、聚碳酸酯PC等）加熱熔化進(jìn)而堆積成型方法，簡(jiǎn)稱FDM。

2、SLA，光敏樹脂選擇性固化是采用立體雕刻（Stereolithography）原理的一種工藝，簡(jiǎn)稱SLA，是最早出現(xiàn)的一種快速成型技術(shù)。

3、SLS，粉末材料選擇性燒結(jié)（Selected Laser Sintering）是一種快速原型工藝，簡(jiǎn)稱SLS。粉末材料選擇性燒結(jié)采用二氧化碳激光器對(duì)粉末材料（塑料粉等與粘結(jié)劑的混合粉）進(jìn)行選擇性燒結(jié)，是一種由離散點(diǎn)一層層堆集成三維實(shí)體的快速成型方法。

4、LOM，箔材疊層實(shí)體制作（Laminated Object Manufacturing）快速原型技術(shù)是薄片材料疊加工藝，簡(jiǎn)稱LOM。箔材疊層實(shí)體制作是根據(jù)三維CAD模型每個(gè)截面的輪廓線，在計(jì)算機(jī)控制下，發(fā)出控制激光切割系統(tǒng)的指令，使切割頭作X和Y方向的移動(dòng)，最后疊加成型。

三、RP技術(shù)在模具制造中的應(yīng)用

傳統(tǒng)的模具制造方法可分為兩種,一種是借助母模翻制模具,另一種就是用數(shù)控機(jī)床直接制造模具。在新產(chǎn)品開發(fā)過程中,減少模具制造所需成本和時(shí)間對(duì)縮短整個(gè)產(chǎn)品開發(fā)時(shí)間及降低成本是最有效的步驟,快速成型技術(shù)的一個(gè)飛躍就是進(jìn)入模具制造領(lǐng)域,其潛力所在正是能降低模具制造成本并減少模具開發(fā)時(shí)間。將快速成型技術(shù)引入模具制造過程后的模具開發(fā)制造就是快速模具制造。

快速成型技術(shù)在模具制造領(lǐng)域的應(yīng)用主要是用來制作模具設(shè)計(jì)制造過程中所用的母模,有時(shí)也用快速成型技術(shù)直接制造模具。因此可以將基于RP的快速模具制造分為兩類，即：直接制模法和間接制模法。（這里就不一一闡述了）

利用RP 技術(shù)發(fā)展快速模具制造技術(shù)還存在以下主要問題需要解決或者說需要進(jìn)一步提高。

(1)表面質(zhì)量如何滿足模具的要求,否則無法承受如注射成型這樣的高壓。分層制造法不可避免會(huì)產(chǎn)生臺(tái)階,斜面時(shí)更嚴(yán)重,后處理是目前通用的作法。

(2)尺寸精度如何滿足模具制造的要求,尤其是制造較大模具時(shí),尺寸更不穩(wěn)定。

(3)用作母模時(shí)的強(qiáng)度,耐熱和耐腐蝕性,形狀和尺寸的時(shí)效問題。

(4)塑料或樹脂類模具的導(dǎo)熱性很差，導(dǎo)熱差雖然帶來了可用較低注射壓力的好處,但生產(chǎn)周期太長(zhǎng)也必須考慮。

(5)多數(shù)所謂金屬模具都需要最后滲銅,這就造成這種金屬模具的使用溫度不可太高,可能超過500 ℃就不行了。

(6)使用壽命的進(jìn)一步延長(zhǎng)和使用成本的進(jìn)一步降低。

(7)目前所能制造的模具的體積都很小,怎樣制造大型模具?

(8)受不可缺少的后處理工序的限制,目前還不能制造具有很小細(xì)節(jié)特征的模具,尤其是具有內(nèi)凹形狀的模具。

(9)目前快速成型方法所能成型的材料種類及其有限,需要開發(fā)新型材料。

第二篇：3D打印快速成型技術(shù)及其應(yīng)用

3D打印快速成型技術(shù)及其應(yīng)用

3D打印快速成型技術(shù)及其應(yīng)用

摘要：本文介紹了3D打印技術(shù)的基本原理及其制造流程。通過一些實(shí)例說明了3D打印的應(yīng)用主要是說明在現(xiàn)代軍事方面的應(yīng)用。

一．引言

3D打?。?D PRINTING）即3D打印技術(shù)，又3D打印制造是20世紀(jì)80年代才興起的一門新興的技術(shù)，是21世紀(jì)制造業(yè)最具影響的技術(shù)之一。隨著計(jì)算機(jī)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，信息高速公路加快了科技傳播的速度，產(chǎn)品的生命周期越來越短，企業(yè)之間的競(jìng)爭(zhēng)不再只是質(zhì)量和成本上的競(jìng)爭(zhēng)，而更重要的是產(chǎn)品上市時(shí)間的競(jìng)爭(zhēng)。因此，通過計(jì)算機(jī)仿真和3D打印增加產(chǎn)品的信息量，以便更快的完成設(shè)計(jì)及其制造過程，將產(chǎn)品設(shè)計(jì)和制造過程的時(shí)間周期盡量縮短，防止投產(chǎn)后發(fā)現(xiàn)問題造成不可挽回的損失。

3D打印技術(shù)是由CAD模型直接驅(qū)動(dòng)的快速制造復(fù)雜形狀的三維實(shí)體的技術(shù)總稱。簡(jiǎn)單的講，3D打印制造技術(shù)就是快速制造新產(chǎn)品首版樣件的技術(shù)，它可以在沒有任何刀具、模具及工裝夾具的情況下，快速直接的實(shí)現(xiàn)零件的單件生產(chǎn)。該技術(shù)突破了制造業(yè)的傳統(tǒng)模式，特別適合于新產(chǎn)品的開發(fā)、單件或少批量產(chǎn)品試制等。它是機(jī)械工程、計(jì)算機(jī)CAD、電子技術(shù)、數(shù)控技術(shù)、激光 技術(shù)、材料科學(xué)等多學(xué)科相互滲透與交叉的產(chǎn)物。它可快速，準(zhǔn)確地將設(shè)計(jì)思想轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂幸欢üδ艿脑突蛄慵?，以便進(jìn)行快速評(píng)估，修改及功能測(cè)試，從而大大縮短產(chǎn)品的研制周期，減少開發(fā)費(fèi)用，加快新產(chǎn)品推向市場(chǎng)的進(jìn)程。

自從美國(guó)3D公司在1987年推出世界上

3D打印快速成型技術(shù)及其應(yīng)用

二．3D打印技術(shù)的簡(jiǎn)介

2.1 3D打印系統(tǒng)的工作原理和制造工藝

3D打印技術(shù)是一種逐層制造技術(shù)，它采用離散/堆積成型原理，其過程是：先得到所需零件的計(jì)算機(jī)三維曲面或?qū)嶓w模型；然后根據(jù)工藝要求，將其按一定厚度進(jìn)行分層，將原來的三維模型變成二維平面信息，即離散過程；再將分層后的數(shù)據(jù)進(jìn)行一定的處理，加入加工參數(shù)，產(chǎn)生數(shù)控代碼；在微機(jī)控制下，數(shù)控系統(tǒng)以平面加工方式，有序地連續(xù)加工出每個(gè)薄層，并使它們自動(dòng)粘接而成型，從而制造出所需產(chǎn)品的實(shí)物樣件或成品，這就是材料的堆積過程。已知自由曲面CAD模型，如果使用傳統(tǒng)的方法和數(shù)控機(jī)床進(jìn)行加工，那么復(fù)雜的自由曲面，成本高，效率低。近年來，3D打印即廣泛的被運(yùn)用于工業(yè)生產(chǎn)中。各種3D打印技術(shù)的過程都包括CAD模型建立、生成STL文件格式、3D打印制作、模型分層切片和后置處理五個(gè)步驟，其制造過程如圖1所示

（1）利用激光固化樹脂材料的光造型法（Stereolithography）。光造型裝置一直以美國(guó)3DSYSTEMS公司的ＳＬＡ型產(chǎn)品獨(dú)占鰲頭,并形成壟斷市場(chǎng)。其工作原理如下：由激光器發(fā)出的紫外光,經(jīng)光學(xué)系統(tǒng)匯集成一支細(xì)光束,該光束在計(jì)算機(jī)控制下有選擇的掃描液體光敏樹脂表面,利用光敏樹脂遇紫外光凝固的機(jī)理,一層一層固化光敏樹脂,每固化一層后,工作臺(tái)下降一精確距離,并按新一層表面幾何信息使激光掃描器對(duì)液面進(jìn)行掃描,使新一層樹脂固化并緊緊粘在前一層已固化的樹脂上,如此反復(fù),直至制作生成零件實(shí)體模型。激光立體造型制造精度目

3D打印快速成型技術(shù)及其應(yīng)用

前可達(dá)±0.1ｍｍ,主要用作為產(chǎn)品提供樣品和實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?。此?日本的帝人制機(jī)開發(fā)的SOLIFORM可直接制作注射成型模具和真空注塑模具。

（2）紙張疊層造型法。紙張疊層造型法目前以HELISYS公司開發(fā)的LOM裝置應(yīng)用最廣。該裝置采用專用滾筒紙,由加熱輥筒使紙張加熱聯(lián)接,然后用激光將紙切斷,待加熱輥筒自動(dòng)離開后,再由激光將紙張裁切成層面要求形狀。

（3）熔融造型法熔融造型法（FDM）。以美國(guó)STRATASYS公司開發(fā)的產(chǎn)品FDM(FUSED DEPOSITION MODELLING)應(yīng)用最為廣泛。工作時(shí),直接由計(jì)算機(jī)控制。噴頭擠出熱塑材料并按照層面幾何信息逐層由下而上制作出實(shí)體模型。ＦＤＭ技術(shù)的最大特點(diǎn)是速度快(一般模型僅需幾小時(shí)即可成型)、無污染,在原型開發(fā)和精鑄蠟?zāi)５确矫娴玫綇V泛應(yīng)用。FDM生產(chǎn)可選成型材料種類較多，原材料費(fèi)用低，因而的到廣泛的應(yīng)用。但是FDM也有其固有的缺點(diǎn)。精度低，熱融制造中很難控制精度，難以制造結(jié)構(gòu)復(fù)雜的構(gòu)件，且材料的制造是處于熔點(diǎn)附近，因而構(gòu)件的強(qiáng)度小，也不適合制造大型的制件，這些特點(diǎn)都限制了FDM的應(yīng)用范圍。

（4）熱可塑造型法（SLS）。以DTM公司開發(fā)的選擇性激光燒結(jié)即SLS(SELECTIVE LASER SINTERING)應(yīng)用較多。該方法是用CO2激光熔融燒結(jié)樹脂粉末的方式制作樣件。工作時(shí),由CO2激光器發(fā)出的光束在計(jì)算機(jī)控制下,根據(jù)幾何形體各層橫截面的幾何信息對(duì)材料粉末進(jìn)行掃描,激光掃描處粉末熔化并凝固在一起。然后,鋪上一層新粉末,再用激光掃描燒結(jié),如此反復(fù),直至制成所需樣件。

2.2 3D打印制造的優(yōu)點(diǎn)

3D打印技術(shù)的加工特點(diǎn):3D打印技術(shù)突破了“毛坯→切削→加工品”傳統(tǒng)的零件加工模式,開創(chuàng)了不用刀具制作零件的先河,是一種利用的薄層疊加的加工方法。與傳統(tǒng)的切削加工方法相比,3D打印加工至少具有以下優(yōu)點(diǎn):(1)可迅速制造出具有自由曲面和更為復(fù)雜形態(tài)的零件,如零件中的凹槽、凸肩和空心部分等，這些利用傳統(tǒng)工藝很難加工的,從而大大降低了新產(chǎn)品的開發(fā)成本和開發(fā)周期。在時(shí)間尤其重要的今天，它可以為企業(yè)節(jié)省大量的研發(fā)時(shí)間。

3D打印快速成型技術(shù)及其應(yīng)用

(2)它屬于非接觸加工,不需要切削加工所必需的刀具和夾具,無刀具磨損和切削力影響。只需要一套特定的設(shè)備，工序簡(jiǎn)單，沒有傳統(tǒng)加工的煩瑣的工序。傳統(tǒng)的加工中每一個(gè)工序都需要機(jī)床等復(fù)雜加工設(shè)備，且加工過程復(fù)雜，對(duì)操作人員的技術(shù)要求很高。

(3)無振動(dòng)、噪聲和切削廢料?？梢詾槠髽I(yè)節(jié)省寶貴的試制原料，簡(jiǎn)化生產(chǎn)。傳統(tǒng)的制造中由于多是機(jī)械制造，噪音較大。且加工時(shí)邊角料多。造成資源的浪費(fèi)。

(4)可實(shí)現(xiàn)完全自動(dòng)化生產(chǎn)。操作可以由電腦控制，無需人的過多干預(yù)。真正實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化。

(5)加工效率高,能快速制作出產(chǎn)品實(shí)體模型及模具。精度高，生產(chǎn)的產(chǎn)品質(zhì)量好。

(6)3D打印技術(shù)在產(chǎn)品開發(fā)中的關(guān)鍵作用和重要意義是很明顯的，它不受復(fù)雜形狀的限制，可迅速地將示于計(jì)算機(jī)屏幕上的設(shè)計(jì)變?yōu)檫M(jìn)一步評(píng)估的實(shí)物。根據(jù)原型，可對(duì)設(shè)計(jì)的正確性、造型的合理性、可裝配性和干涉性，進(jìn)行具體的檢驗(yàn)。通過原型的檢驗(yàn)可使開發(fā)產(chǎn)品中的風(fēng)險(xiǎn)減到最底的限度。

三．3D打印技術(shù)在軍事方面的應(yīng)用

當(dāng)前，3D打印技術(shù)在軍事領(lǐng)域的應(yīng)用主要是武器裝備受損部件的維修和復(fù)雜結(jié)構(gòu)件的生產(chǎn)。

3D打印快速成型技術(shù)及其應(yīng)用

3D打印成型技術(shù)打印出的手槍及零部件

4．1武器裝備受損部件維修

美國(guó)國(guó)防部曾采用激光近凈成型進(jìn)行受損零件現(xiàn)場(chǎng)維修，以及專用零件的小批量生產(chǎn)。安妮斯頓陸軍基地采用激光近凈成型成功維修M1艾布拉姆斯坦克的燃?xì)鉁u輪。美國(guó)海軍水下作戰(zhàn)中心（NUWC）實(shí)施了快速制造與維修（RMR)計(jì)劃，該計(jì)劃采用選擇性激光燒結(jié)，直接金屬激光燒結(jié)、熔融堆積成型以及電子束。4．2武器裝備復(fù)雜結(jié)構(gòu)件生產(chǎn)

紅石兵工廠的美國(guó)陸軍航空與導(dǎo)彈研究開發(fā)與工程中心（AMRDEC）通過立體光刻成型技術(shù)、熔融沉積建模、分層制造、激光近凈成型、選擇性激光燒結(jié)等技術(shù)，進(jìn)行設(shè)計(jì)驗(yàn)證和最優(yōu)化研究。為了評(píng)估人機(jī)工程特性與性能，AMEDEC 采用立體光刻成型技術(shù)制造導(dǎo)彈控制操縱桿，避免了傳統(tǒng)生產(chǎn)設(shè)備所需花費(fèi)的大量時(shí)間和設(shè)備成本，降低了總生產(chǎn)成本，縮短了開發(fā)周期。美國(guó)國(guó)防部與工業(yè)界聯(lián)合實(shí)施了采用類似立體光刻成型的方法合金結(jié)構(gòu)件快速生產(chǎn)的項(xiàng)目，其生產(chǎn)效率比傳統(tǒng)的鐵合金加工工藝高80%。F-15獵鷹噴氣式戰(zhàn)斗機(jī)鐵合金外掛架冀肋備件采用激光3D打印工藝，使零件的需求能夠在2個(gè)月內(nèi)得到快速滿足，并最大限度保持飛機(jī)的可用性。正是由于這些優(yōu)點(diǎn)，選擇性激光燒結(jié)工藝被授予2003 年國(guó)防制造技術(shù)成就獎(jiǎng)。使用3D打印技術(shù)制造UH-60直升機(jī)門把手，相比傳統(tǒng)

3D打印快速成型技術(shù)及其應(yīng)用

工藝節(jié)省了140萬美元，從而驗(yàn)證了3D打印技術(shù)在成本方面具有一定優(yōu)勢(shì)。除了美國(guó)，歐洲宇航防務(wù)集團(tuán)（EADS）的一個(gè)科研小組也致力于使用3D打印技術(shù)制造飛機(jī)的整個(gè)機(jī)翼。截止2011年3月研究者已使用該技術(shù)制造出了飛機(jī)起落架的支架和其它飛機(jī)零件。

四．結(jié)束語

最近兩年，3D打印技術(shù)概念引起了國(guó)內(nèi)外政府、軍方、企業(yè)的高度重視，但其實(shí)3D打印技術(shù)已經(jīng)發(fā)展有30余年。美國(guó)著名智庫(kù)高德納（Gartner）公司2012《高德納新興IT技術(shù)顯示度周期特別報(bào)告》認(rèn)為，3D打印技術(shù)正處于高循環(huán)曲線顯示度頂點(diǎn)。預(yù)計(jì)該技術(shù)在未來2～5年內(nèi)到達(dá)生產(chǎn)力成熟期。然而，通過分析發(fā)現(xiàn)，3D打印技術(shù)卻很難取代傳統(tǒng)制造工藝，在軍事領(lǐng)域的應(yīng)用主要集中在對(duì)受損部件的修復(fù)、復(fù)雜結(jié)構(gòu)部件的生產(chǎn)以及小批量部件生產(chǎn)等方面，與傳統(tǒng)制造工藝形成了較好的互補(bǔ)關(guān)系。例如，美國(guó)計(jì)劃使用3D打印技術(shù)在太空空間站上制造空間站部件備件。因此，未來3D打印技術(shù)可能會(huì)在武器裝備制造、航空航天中的一些特定領(lǐng)域有所應(yīng)用，但大面積，全方位的替代傳統(tǒng)工藝的可能性不大。

3D打印快速成型技術(shù)及其應(yīng)用

參考文獻(xiàn)

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第三篇：快速成型技術(shù)在鑄造中的應(yīng)用

快速成型技術(shù)在鑄造中的應(yīng)用

快速成形制造技術(shù)是目前國(guó)際上成型工藝中備受關(guān)注的焦點(diǎn)。鑄造作為一項(xiàng)傳統(tǒng)的工藝，制造成本低、工藝靈活性大，可以獲得復(fù)雜形狀和大型的鑄件。充分發(fā)揮兩者的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)，可以在新產(chǎn)品試制中取得客觀的經(jīng)濟(jì)效益。

快速成形制造技術(shù)又稱為快速原型制造技術(shù)(Rapid Prototyping Manufacturing，簡(jiǎn)稱RPM)，是一項(xiàng)高科技成果。它包括SLS、SLA、SLM等成型方法,集成了CAD技術(shù)、數(shù)控技術(shù)、激光技術(shù)和材料技術(shù)等現(xiàn)代科技成果，是先進(jìn)制造技術(shù)的重要組成部分。與傳統(tǒng)制造方法不同，快速成型從零件的CAD幾何模型出發(fā)，通過軟件分層離散和數(shù)控成型系統(tǒng)，用激光束或其他方法將材料堆積而形成實(shí)體零件，所以又稱為材料添加制造法(Material Additive Manufacturing 或 Material Increase Manufacturing)。由于它把復(fù)雜的三維制造轉(zhuǎn)化為一系列二維制造的疊加，因而可以在不用模具和工具的條件下幾乎能夠生成任意復(fù)雜形狀的零部件，極大地提高了生產(chǎn)效率和制造柔性。與數(shù)控加工、鑄造、金屬冷噴涂、硅膠模等制造手段一起，快速自動(dòng)成型已成為現(xiàn)代模型、模具和零件制造的強(qiáng)有力手段，是目前適合我國(guó)國(guó)情的實(shí)現(xiàn)金屬零件的單件或小批量敏捷制造的有效方法，在航空航天、汽車摩托車、家電等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。

快速成型技術(shù)能夠快捷地提供精密鑄造所需的蠟?zāi)；蚩上勰Ｒ约坝糜谏靶丸T造的木?；蛏澳?，解決了傳統(tǒng)鑄造中蠟?zāi)；蚰灸５戎苽渲芷陂L(zhǎng)、投入大和難以制作曲面等復(fù)雜構(gòu)件的難題。而精密鑄造技術(shù)（包括石膏型鑄造）和砂型鑄造技術(shù)，在我國(guó)是非常成熟的技術(shù)，這兩種技術(shù)的有機(jī)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)的低成本和高效益，達(dá)到了快速制造的目的。

RPM技術(shù)的特點(diǎn)

快速成型的過程是首先生成一個(gè)產(chǎn)品的三維CAD實(shí)體模型或曲面模型文件，將其轉(zhuǎn)換成特定的文件格式，再用相應(yīng)的軟件從文件中“切” 出設(shè)定厚度的一系列片層，或者直接從CAD文件切出一系列的片層。這些片層按次序累積起來仍是所設(shè)計(jì)零件的形狀。然后，將上述每一片層的資料傳到快速自動(dòng)成型機(jī)中去，用材料添加法并以激光為加熱源，依次將每一層燒結(jié)或熔結(jié)并同時(shí)連結(jié)各層，直到完成整個(gè)零件。成型材料為各種可燒結(jié)粉末，如石蠟、塑料、低熔點(diǎn)金屬粉末或它們的混合粉末。

快速成型技術(shù)與傳統(tǒng)方法相比具有獨(dú)特的優(yōu)越性，其特點(diǎn)如下：

1.方便了設(shè)計(jì)過程和制造過程的集成，整個(gè)生產(chǎn)過程數(shù)字化，與CAD模型具有直接的關(guān)聯(lián)性，零件所見即所得，可隨時(shí)修改、隨時(shí)制造，緩解了復(fù)雜結(jié)構(gòu)零件CAD/CAM過程中CAPP的瓶頸問題。

2.可加工傳統(tǒng)方法難以制造的零件材質(zhì)，如梯度材質(zhì)零件、多材質(zhì)零件等，有利于新材料的設(shè)計(jì)。

3.制造復(fù)雜零件毛坯模具的周期和成本大大降低，用工程材料直接成形機(jī)械零件時(shí)，不再需要設(shè)計(jì)制造毛坯成形模具。

4.實(shí)現(xiàn)了毛坯的近凈型成形，機(jī)械加工余量大大減小，避免了材料的浪費(fèi)，降低了能

源的消耗，有利于環(huán)保和可持續(xù)發(fā)展。

5.由于工藝準(zhǔn)備的時(shí)間和費(fèi)用大大減少，使得單件試制、小批量生產(chǎn)的周期和成本大大降低，特別適用于新產(chǎn)品的開發(fā)和單件小批量零件的生產(chǎn)。

6.與傳統(tǒng)方法相結(jié)合，可實(shí)現(xiàn)快速鑄造、快速模具制造、小批量零件生產(chǎn)等功能，為傳統(tǒng)制造方法注入新的活力。

RPM技術(shù)在鑄造中的應(yīng)用

（1）精密鑄造

精密鑄造是所有鑄造方法中最精確的一種，精度一般優(yōu)于0.5％，且可重復(fù)性好，鑄件只需少量的機(jī)加工就可以投入使用。由于鑄模是一次性使用，使得制造內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜的零件成為了可能，能生產(chǎn)鍛造或機(jī)加工不能生產(chǎn)的零件。盡管精密鑄造有著很多的優(yōu)越性，但其生產(chǎn)過程復(fù)雜且冗長(zhǎng)。壓制蠟?zāi)５匿X模制作，視其復(fù)雜程度和尺寸大小，一般要花幾周到幾個(gè)月時(shí)間。得到鋁模后，還要幾周時(shí)間才能得到鑄件。這幾周主要是用于制作型殼。除了耗時(shí)外，精密鑄造還很費(fèi)工，50％～80％的費(fèi)用都出自于人工。此外，小批量生產(chǎn)中的模具費(fèi)用分?jǐn)傊潦箚蝺r(jià)昂貴?？焖俪尚秃途荑T造是互補(bǔ)的，這兩種方法都適用于復(fù)雜形狀零件的制造。如果沒有快速自動(dòng)成型，鑄模的生產(chǎn)就是精密鑄造的瓶頸過程；然而沒有精密鑄造，快速自動(dòng)成型的應(yīng)用也會(huì)存在很大的局限性?？焖俪尚图夹g(shù)在精密鑄造中的應(yīng)用，可以分為三種：一是消失成型件（模）過程，用于小批量件生產(chǎn)；二是直接型殼法，用于小量生產(chǎn)；三是快速蠟?zāi)Ｄ＞咧圃?，用于大批量生產(chǎn)。

圖1 快速蠟?zāi)Ｄ＞咧圃炝鞒虉D

（2）快速鑄造

在制造業(yè)特別是航空、航天、國(guó)防、汽車等重點(diǎn)行業(yè)，其基礎(chǔ)的核心部件一般均為金屬零件，而且相當(dāng)多的金屬零件是非對(duì)稱性的、有著不規(guī)則曲面或結(jié)構(gòu)復(fù)雜而內(nèi)部又含有精細(xì)結(jié)構(gòu)的零件。這些零件的生產(chǎn)常采用鑄造或解體加工的方法，快速鑄造是所有采用快速成型件做母模或過渡模來復(fù)制金屬件的方法中最具吸引力的一種。這是因?yàn)殍T造工藝能生產(chǎn)復(fù)雜形狀的零件。

在鑄造生產(chǎn)中，模板、芯盒、壓蠟型、壓鑄模的制造往往是用機(jī)加工的方法來完成的，有時(shí)還需要鉗工進(jìn)行修整，周期長(zhǎng)、耗資大，從模具設(shè)計(jì)到加工制造是一個(gè)多環(huán)節(jié)的復(fù)雜過程，略有失誤就可能會(huì)導(dǎo)致全部返工。特別是對(duì)一些形狀復(fù)雜的鑄件，如葉片、葉輪、發(fā)動(dòng)機(jī)缸體和缸蓋等，模具的制造更是一個(gè)難度非常大的過程，即使使用數(shù)控加工中心等昂貴的設(shè)備，在加工技術(shù)與工藝可行性方面仍存在很大困難。

RPM 技術(shù)與傳統(tǒng)工藝相結(jié)合，可以揚(yáng)長(zhǎng)避短，收到事半功倍的效果。利用快速成型技術(shù)直接制作蠟?zāi)?，快速鑄造過程無需開模具，因而大大節(jié)省了制造周期和費(fèi)用。圖2為采用快速鑄造方法生產(chǎn)的四缸發(fā)動(dòng)機(jī)的蠟?zāi)＜拌T件，按傳統(tǒng)金屬鑄件方法制造，模具制造周期約需半年，費(fèi)用幾十萬；用快速鑄造方法，快速成型鑄造熔模3天，鑄造10天，使整個(gè)試制任務(wù)比原計(jì)劃提前了5個(gè)月。

（3）石膏型鑄造

精密鑄造通常被用來從快速成型件制造鋼鐵件。但對(duì)低熔點(diǎn)金屬件，如鋁鎂合金件、石膏型鑄造，效率更高。同時(shí)鑄件質(zhì)量能得到有效的保證，鑄造成功率較高。在石膏型鑄造過程中，快速成型件仍然是可消失模型，然后由此得到石膏模進(jìn)而得到所需要的金屬零件。

石膏型鑄造的第一步是用快速成型件制作可消失模，然后再將快速成型消失模埋在石膏漿體中得到石膏模，再將石膏模放進(jìn)培燒爐內(nèi)培燒。這樣將快速成型消失模通過高溫分解，最終完全消失干凈，同時(shí)石膏模干燥硬化，這個(gè)過程一般要兩天左右。最后在專門的真空澆鑄設(shè)備內(nèi)將熔溶的金屬鋁合金注入石膏模，冷卻后，破碎石膏模就得到金屬件了。這種生產(chǎn)金屬件的方法成本很低，一般只有壓鑄模生產(chǎn)的2％～5％。生產(chǎn)周期很短，一般只需2～3周。石膏型鑄件的性能也可與精鑄件相比，由于是在真空環(huán)境完成澆注，所以性能甚至更優(yōu)于普通精密鑄造。

第四篇：快速成型技術(shù)復(fù)習(xí)重點(diǎn)

1.快速成型：簡(jiǎn)稱RP,即將計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)CAD計(jì)算機(jī)輔助制造CAM計(jì)算機(jī)數(shù)字控制CNC、激光、精密伺服驅(qū)動(dòng)和新材料等先進(jìn)技術(shù)集于一體，依據(jù)計(jì)算機(jī)上構(gòu)成的工件三維設(shè)計(jì)模型，對(duì)其進(jìn)行分層切片，得到各層截面的二維輪廓信息，快速成型機(jī)的成形頭按照這些輪廓信息在控制系統(tǒng)的控制下，選擇性地固化或切割一層層的成形材料，形成各個(gè)截面輪廓，并逐步順序疊加成三維工件。．

快速成形技術(shù)全過程步驟：a.前處理b.分層疊加成型c.后處理 快速成形制造流程：CAD模型→面型化處理→分層→層信息處理→層準(zhǔn)備→層制造→層粘接→實(shí)體模型 2． 什么是快速模具制造技術(shù)？該技術(shù)有何特點(diǎn)？ 快速模具制造就是以快速成形技術(shù)制造的快速成型零件為母模，采用直接或間接的方法實(shí)現(xiàn)硅膠模、金屬模、陶瓷模等模具的快速制造從而形成新產(chǎn)品的小批量制造，降低新產(chǎn)品的開發(fā)成本。特點(diǎn)：制模周期短、工藝簡(jiǎn)單、易于推廣，制模成本低，精度和壽命都能滿足特定的功能需要，綜合經(jīng)濟(jì)效益好，特別適用于新產(chǎn)品開發(fā)試制、工藝驗(yàn)證和功能驗(yàn)證以及多品種小批量生產(chǎn)

LOM涂布工藝

采用薄片型材料，如紙 塑料薄膜 金屬箔等，通過計(jì)算機(jī)控制激光束，按模型每一層的內(nèi)外輪廓線切割薄片材料，得到該層的平面輪廓形狀，然后逐層堆積成零件原型。

SLS技術(shù)（選擇性激光燒結(jié)成型技術(shù)）利用粉末材料如金屬粉末 非金屬粉末，采用激光照射的燒結(jié)原理，在計(jì)算機(jī)控制下進(jìn)行層層堆積，最終加工制作成所需的模型或產(chǎn)品。4． 快速成形與傳統(tǒng)制造方法的區(qū)別？

傳統(tǒng)方法根據(jù)零件成形過程分為兩大類：一類是以成型過程中材料減少為特征，通過各種方法將零件毛胚上多余材料去除，即材料去除法，二類是材料的質(zhì)量在成型過程中基本保持不變，成型過程主要是材料的轉(zhuǎn)移和毛胚形狀的改變即材料轉(zhuǎn)移法，但此類方法生產(chǎn)周期長(zhǎng)速度慢?？焖俪尚图夹g(shù)可以以最快的速度、最低的成本和最好的品質(zhì)將新產(chǎn)品迅速投放市場(chǎng)。

硅膠模及制作方法 硅膠模具是制作工藝品的專用模具膠。

制作工藝 原型表面處理 制作型框和固定型框 硅橡膠計(jì)量，混合并真空脫泡 硅橡膠澆注及固化 拆除型框，刀剖并取出原型 7.構(gòu)造三維模型的主要方法：a應(yīng)用計(jì)算機(jī)三維設(shè)計(jì)軟件，根據(jù)產(chǎn)品的要求設(shè)計(jì)三維模型b應(yīng)用計(jì)算機(jī)三維設(shè)計(jì)軟件，將已有產(chǎn)品的二維三視圖轉(zhuǎn)換為三維模型c防制產(chǎn)品時(shí)，應(yīng)用反求設(shè)備和反求軟件，得到產(chǎn)品的三維模型d利用網(wǎng)絡(luò)將用戶設(shè)計(jì)好的三維模型直接傳輸?shù)娇焖俪尚喂ぷ髡?光固化快速成形（SLA）有那幾種形式的支撐？

a.角板支撐b.投射特征邊支撐c.單臂板支撐d.臂板結(jié)構(gòu)支撐e.柱形支撐

6.目前比較成熟的快速成型技術(shù)有哪幾種？它們的成型原理上分別是什么？

液態(tài)光固化聚合物選擇性固化成形簡(jiǎn)稱SLA，粉末材料選擇性燒結(jié)成形簡(jiǎn)稱SLS，薄型材料選擇性切割成形簡(jiǎn)稱LOM，絲狀材料選擇性熔覆成形簡(jiǎn)稱FDM

⑦SLA原理：1利用計(jì)算機(jī)控制下的紫外激光，按預(yù)定零件各分層截面的輪廓為軌跡逐點(diǎn)掃描，使被掃描區(qū)的光敏樹脂薄層產(chǎn)生光聚合反應(yīng)，從而形成零件的一個(gè)薄層截面；2當(dāng)一層固化完畢，移動(dòng)升降臺(tái)，在原先固化的樹脂表面上再敷上一層新的液態(tài)樹脂，刮刀刮去多余的樹脂；3激光束對(duì)新一層樹脂進(jìn)行掃描固化，使新固化的一層牢固地粘合在前一層上；4重復(fù)2、3步，至整個(gè)零件原型制造完畢?！夯騍LA是基于液態(tài)光敏樹脂的光聚合原理工作的。這種液態(tài)材料在一定波長(zhǎng)（λ=325nm）和功率（P=30mW）的紫外光照射下能迅速發(fā)生光聚合反應(yīng)，分子量急劇增大，材料也從液態(tài)轉(zhuǎn)變成固態(tài)』

⑦SLS原理： 1在先開始加工之前，先將充有氮?dú)獾墓ぷ魇疑郎?，溫度保持在粉末的熔點(diǎn)之下；2成型時(shí)，送料筒上升，鋪粉滾筒移動(dòng)，先在工作臺(tái)上鋪一層粉末材料；3激光束在計(jì)算機(jī)控制下，按照截面輪廓對(duì)實(shí)心部分所在的粉末進(jìn)行燒結(jié)，使粉末融化并相互黏結(jié)，繼而形成一層固體輪廓，未經(jīng)燒結(jié)的粉末仍留在原處，作為下一層粉末的支撐；4第一層燒結(jié)完成后，工作臺(tái)下降一截面層的高度，再鋪上一層粉末，進(jìn)行下一層燒結(jié)，如此循環(huán)，直至完成整個(gè)三維模型 FDM原理：加熱噴頭正在計(jì)算機(jī)的控制下，可根據(jù)界面輪廓的信息作X—Y平面運(yùn)動(dòng)和高度Z方向的運(yùn)動(dòng)絲狀熱塑性材料由供絲機(jī)構(gòu)送至噴頭，并在噴頭中加熱至熔融態(tài)，然后被選擇性涂覆在工作臺(tái)上，快速冷卻后形成界面輪廓。一層截面完成后，噴頭上升一截面層的高度在進(jìn)行下一層的涂覆，如此循環(huán)，最終形成三維產(chǎn)品。

LOM:LOM快速成形系統(tǒng)由計(jì)算機(jī)原材料存儲(chǔ)及送進(jìn)機(jī)構(gòu)、熱粘壓機(jī)構(gòu)、激光切割系統(tǒng)、可升降工作臺(tái)、數(shù)控系統(tǒng)、模型取出裝置和機(jī)架等組成。計(jì)算機(jī)用于接受和存儲(chǔ)工件的三維模型沿模型的成型方向截取一系列的截面輪廓信息發(fā)出控制指令原材料存儲(chǔ)及送進(jìn)機(jī)構(gòu)將存于其中的原材料。熱黏壓機(jī)構(gòu)將一層層成形材料粘合在一起。可升降工作臺(tái)支撐正在成型的工件并在每層成形完畢之后，降低一個(gè)材料厚度以便送進(jìn)、粘合和切割新的一層成形材料。數(shù)控系統(tǒng)執(zhí)行計(jì)算機(jī)發(fā)出的指令，使材料逐步送至工作臺(tái)的上方，然后粘合、切割，最終形成三維工件。b 原型制件過程

模型剖分 基底制作原型制作 余料，廢料去除 后繼處理

8.哪些成形方法需要支撐材料？為什么？

SLA、FDM需要制作支撐，LOM、SLS不需要制作支撐。原因：在SLA成形過程中為了確保制件的每一部分可靠固定，同時(shí)減少制件的翹曲變形，僅靠調(diào)整制件參數(shù)遠(yuǎn)不能達(dá)到目的，必須設(shè)計(jì)并在加工中制作一些柱狀或筋狀的支撐結(jié)構(gòu)；LOM：工件外框與截面輪廓間的多余材料在加工中起到支撐作用，故不需支撐材料；SLS：未燒結(jié)的松散粉末可以作為自然支撐，故不需要支撐材料。

10.常用的快速成形技術(shù)所用的成形材料分別是什么？分別有什么要求？

SLA：材料為光固化樹脂。要求：a.成形材料易于固化，且成形后具有一定的粘接強(qiáng)度b.成形材料的粘度不能太高，以保證加工層平整并減少液體流平時(shí)間c.成形材料本身的熱影響區(qū)小，收縮應(yīng)力小d.成形材料對(duì)光有一定的透過深度，以獲得具有一定固化深度的曾片。

SLS：材料為所有受熱后能相互粘結(jié)的粉末材料或表面覆有熱塑（固）性黏結(jié)劑的粉末。要求：a.具有良好的燒結(jié)成形性能，即無需特殊工藝即可快速精確地成形原理b.對(duì)直接用作功能零件或模具的原型，其力學(xué)性能和物理性能要滿足使用要求c.當(dāng)原型間接使用時(shí)，要有利于快速、方便的后續(xù)處理和加工工藝。

LOM：薄層材料多為紙材，黏結(jié)劑一般多為熱熔膠。對(duì)紙材要求：a.抗?jié)裥詁.良好的浸潤(rùn)性c.收縮率小d.一定的抗拉強(qiáng)度e.剝離性能好f.易打磨g.穩(wěn)定性好。對(duì)熱熔膠的要求：a.良好的熱熔冷固性b.在反復(fù)熔化-固化條件下，具有較好的物理化學(xué)穩(wěn)定性c.熔融狀態(tài)下與紙材具有良好的涂掛性與涂勻性d.與紙具有足夠的粘結(jié)強(qiáng)度e.良好的廢料分離性能 FDM：材料為絲狀熱塑性材料。材料要求：a.黏度低b.熔融溫度低c.黏結(jié)性要好d.收縮率對(duì)溫度不能太敏感 11.這四種快速成形技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)分別是什么？

SLA優(yōu)點(diǎn)：技術(shù)成熟應(yīng)用廣泛，成形速度快精度高，能量低。缺點(diǎn)：工藝復(fù)雜，需要支撐結(jié)構(gòu)，材料種類有限，激光器壽命短原材料價(jià)格高。

SLS優(yōu)點(diǎn)：不需要支撐結(jié)構(gòu)，材料利用率高，選用的材料的力學(xué)性能比較好，材料價(jià)格便宜，無氣味。缺點(diǎn)：能量高，表面粗糙，成形原型疏松多孔，對(duì)某些材料需要單獨(dú)處理。LOM優(yōu)點(diǎn)：對(duì)實(shí)心部分大的物體成形速度快，支撐結(jié)構(gòu)自動(dòng)的包含在層面制造中，低的內(nèi)應(yīng)力和扭曲，同一物體中可包含多種材料和顏色。缺點(diǎn)：能量高，對(duì)內(nèi)部空腔中的支撐物需要清理，材料利用率低，廢料剝離困難，可能發(fā)生翹曲 FDM優(yōu)點(diǎn)：成形速度快，材料利用率高，能量低，物體中可包含多種材料和顏色。缺點(diǎn)：表面光潔度低，粗糙。選用材料僅限于低熔點(diǎn)的材料。

12.主要快速成形系統(tǒng)選用原則：A：成形件的用途（a檢查并核實(shí)形狀、尺寸用的樣品b性能考核用的樣品c模具d小批量和特殊復(fù)雜零件的直接生產(chǎn)e新材料的研究）B：成形件的形狀C：成形件的尺寸大小D成本（a設(shè)備購(gòu)置成本b設(shè)備運(yùn)行成本c人工成本）E技術(shù)服務(wù)（a保修期b軟件的升級(jí)換代c技術(shù)研發(fā)力量）F用戶環(huán)境

13.快速成形的全處理主要包括：CAD三維模型的構(gòu)建、CAD三維模型STL格式化以及三維模型的切片處理等

14.在快速成型的前處理階段為什么要把三維模型轉(zhuǎn)化為STL文件格式？STL格式文件的規(guī)則和常見錯(cuò)誤有哪些？ 由于產(chǎn)品上有一些不規(guī)則的自由曲面，為方便的獲得曲面每部分的坐標(biāo)信息，加工前必須對(duì)其進(jìn)行近似處理，此近似處理的三維模型文件即為STL格式文件

規(guī)則：a共頂點(diǎn)規(guī)則b取向規(guī)則c取值規(guī)則d合法實(shí)體規(guī)則 常見錯(cuò)誤：a出現(xiàn)違反共頂點(diǎn)規(guī)則的三角形b出現(xiàn)違反取向規(guī)則的三角形c出現(xiàn)錯(cuò)誤的裂縫或孔洞d三角形過多或過少e微小特征遺漏或出錯(cuò)

分析SLS SLA FOM LOM 質(zhì)量及精度的影響因素及解決措施

答

從快速成型三個(gè)過程討論

首先是前處理，四大成型工藝前處理工作基本相似，模型建立和切片。影響精度主要是切片，厚度越厚，疊加后工件側(cè)面的臺(tái)階缺陷越明顯，厚度越小，精度越高

SLA 1 樹脂收縮及原因

樹脂會(huì)發(fā)生收縮 導(dǎo)致零件成型過程中產(chǎn)生變形：翹曲

收縮原因;固化收縮和溫度變化的熱脹冷縮機(jī)器誤差

設(shè)備自身精度所帶來的誤差 加工參數(shù)設(shè)置誤差

激光功率 掃描速度 掃描間距設(shè)置誤差 FDM 1 設(shè)備精度誤差 由于設(shè)備自身有一定的加工范圍以及其加工精度，對(duì)最后加工工件有一定的誤差 2 成型過程的誤差a 不一致約束 由于相鄰兩層的輪廓有所不同 成型軌跡也不同 每層都要受到相鄰層的約束 導(dǎo)致內(nèi)應(yīng)力 從而產(chǎn)生翹曲 b 成型功率控制不當(dāng) 功率過大 會(huì)導(dǎo)致刮破前一層 同時(shí)會(huì)燒紙 機(jī)器壽命降低 過小 粘結(jié)不好c工藝參數(shù)不穩(wěn)定

會(huì)導(dǎo)致層與層制件或同層不同位置成型狀況的差異 從而導(dǎo)致翹曲 或度不均

SLS 主要是激光的參數(shù) 1 激光功率密度過大 掃描速度過小 則局部溫度過高 導(dǎo)致粉末氣化 燒結(jié)表面凹凸不平反之 則粉末燒結(jié)不充分甚至不能燒結(jié) 建立的制件強(qiáng)度低或者不能成行 2 激光束掃描間距與激光束半徑配合會(huì)影響激光燒結(jié)的質(zhì)量

LOM 過程中誤差造成的缺陷 1 噴頭起停誤差 2 路間缺陷 解決方法 控制相鄰路間的粘結(jié)溫度使得接觸牢固 控制材料的橫向流動(dòng)填補(bǔ)空洞

后處理影響精度主要有 人為修整帶來的缺陷 有支持結(jié)構(gòu)的成型工藝在除去支付結(jié)構(gòu)時(shí)對(duì)工件表面的破壞等

第五篇：3D打印快速成型技術(shù)

特種加工論文

題目3D打印快速成型技術(shù)

姓名 專業(yè) 班級(jí) 學(xué)號(hào)

3D打印快速成型技術(shù)

摘要：

本文主要介紹了特種加工中3D打印快速成型技術(shù)，首先介紹它的加工原理，然后分析它的特點(diǎn)、加工方式，然后說明其在實(shí)際生產(chǎn)中的主要應(yīng)用以及發(fā)展方向。

關(guān)鍵詞：特種加工技術(shù)，3D打印快速成型，特點(diǎn)，應(yīng)用。

Abstract：

This article mainly introduced the special processing of 3 d printing rapid prototyping technology, introduces its processing principle, and analyzes its characteristics, processing methods, and then explain the main application in practical production and the development direction.Key words：Special processing technology, 3 d printing rapid prototyping, characteristics, application.一、引言

3D打?。?D PRINTING）即3D打印技術(shù)，又3D打印制造是20世紀(jì)80年代才興起的一門新興的技術(shù)，是21世紀(jì)制造業(yè)最具影響的技術(shù)之一。隨著計(jì)算機(jī)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，信息高速公路加快了科技傳播的速度，產(chǎn)品的生命周期越來越短，企業(yè)之間的競(jìng)爭(zhēng)不再只是質(zhì)量和成本上的競(jìng)爭(zhēng)，而更重要的是產(chǎn)品上市時(shí)間的競(jìng)爭(zhēng)。因此，通過計(jì)算機(jī)仿真和3D打印增加產(chǎn)品的信息量，以便更快的完成設(shè)計(jì)及其制造過程，將產(chǎn)品設(shè)計(jì)和制造過程的時(shí)間周期盡量縮短，防止投產(chǎn)后發(fā)現(xiàn)問題造成不可挽回的損失。

3D打印技術(shù)是由CAD模型直接驅(qū)動(dòng)的快速制造復(fù)雜形狀的三維實(shí)體的技術(shù)總稱。簡(jiǎn)單的講，3D打印制造技術(shù)就是快速制造新產(chǎn)品首版樣件的技術(shù)，它可以在沒有任何刀具、模具及工裝夾具的情況下，快速直接的實(shí)現(xiàn)零件的單件生產(chǎn)。該技術(shù)突破了制造業(yè)的傳統(tǒng)模式，特別適合于新產(chǎn)品的開發(fā)、單件或少批量產(chǎn)品試制等。它是機(jī)械工程、計(jì)算機(jī)CAD、電子技術(shù)、數(shù)控技術(shù)、激光技術(shù)、材料科學(xué)等多學(xué)科相互滲透與交叉的產(chǎn)物。它可快速，準(zhǔn)確地將設(shè)計(jì)思想轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂幸欢üδ艿脑突蛄慵?，以便進(jìn)行快速評(píng)估，修改及功能測(cè)試，從而大大縮短產(chǎn)品的研制周期，減少開發(fā)費(fèi)用，加快新產(chǎn)品推向市場(chǎng)的進(jìn)程。

自從美國(guó)3D公司在1987年推出世界上第一臺(tái)商用快速原形制造設(shè)備以來，快速原形技術(shù)快速發(fā)展。投入的研究經(jīng)費(fèi)大幅增加，技術(shù)成果豐碩。原形化系統(tǒng)產(chǎn)品的銷量高速增長(zhǎng)。在這方面美國(guó)，日本一直處于領(lǐng)先地位，我國(guó)在這方面起步較晚，但是奮起直追，開展研究并取得一定成果，國(guó)內(nèi)也有些成熟的產(chǎn)品問世，他們正在各種生產(chǎn)領(lǐng)域上發(fā)揮著作用。

二、打印系統(tǒng)的工作原理

3D打印技術(shù)是一種逐層制造技術(shù)，它采用離散/堆積成型原理，其過程是：先得到所需零件的計(jì)算機(jī)三維曲面或?qū)嶓w模型；然后根據(jù)工藝要求，將其按一定厚度進(jìn)行分層，將原來的三維模型變成二維平面信息，即離散過程；再將分層后的數(shù)據(jù)進(jìn)行一定的處理，加入加工參數(shù)，產(chǎn)生數(shù)控代碼；在微機(jī)控制下，數(shù)控系統(tǒng)以平面加工方式，有序地連續(xù)加工出每個(gè)薄層，并使它們自動(dòng)粘接而成型，從而制造出所需產(chǎn)品的實(shí)物樣件或成品，這就是材料的堆積過程。已知自由曲面CAD模型，如果使用傳統(tǒng)的方法和數(shù)控機(jī)床進(jìn)行加工，那么復(fù)雜的自由曲面，成本高，效率低。近年來，3D打印即廣泛的被運(yùn)用于工業(yè)生產(chǎn)中。各種3D打印技術(shù)的過程都包括CAD模型建立、生成STL文件格式、3D打印制作、模型分層切片和后置處理五個(gè)步驟。

三、打印過程

（1）三維設(shè)計(jì)

三維打印的設(shè)計(jì)過程是：先通過計(jì)算機(jī)建模軟件建模，再將建成的三維模型“分區(qū)成逐層的截面，即切片，從而指導(dǎo)打印機(jī)逐層打印。

設(shè)計(jì)軟件和打印機(jī)之間協(xié)作的標(biāo)準(zhǔn)文件格式是STL文件格式。一個(gè)STL文件使用三角面來近似模擬物體的表面。三角面越小其生成的表面分辨率越高。PLY是一種通過掃描產(chǎn)生的三維文件的掃描器，其生成的VRML或者WRL文件經(jīng)常被用作全彩打印的輸入文件。（2）切片處理

打印機(jī)通過讀取文件中的橫截面信息，用液體狀、粉狀或片狀的材料將這些截面逐層地打印出來，再將各層截面以各種方式粘合起來從而制造出一個(gè)實(shí)體。這種技術(shù)的特點(diǎn)在于其幾乎可以造出任何形狀的物品。

打印機(jī)打出的截面的厚度（即Z方向）以及平面方向即X-Y方向的分辨率是以dpi（像素每英寸）或者微米來計(jì)算的。一般的厚度為100微米，即0.1毫米，也有部分打印機(jī)如ObjetConnex 系列還有三維 Systems' ProJet 系列可以打印出16微米薄的一層。而平面方向則可以打印出跟激光打印機(jī)相近的分辨率。打印出來的“墨水滴”的直徑通常為50到100個(gè)微米。用傳統(tǒng)方法制造出一個(gè)模型通常需要數(shù)小時(shí)到數(shù)天，根據(jù)模型的尺寸以及復(fù)雜程度而定。而用三維打印的技術(shù)則可以將時(shí)間縮短為數(shù)個(gè)小時(shí)，當(dāng)然其是由打印機(jī)的性能以及模型的尺寸和復(fù)雜程度而定的。

傳統(tǒng)的制造技術(shù)如注塑法可以以較低的成本大量制造聚合物產(chǎn)品，而三維打印技術(shù)則可以以更快，更有彈性以及更低成本的辦法生產(chǎn)數(shù)量相對(duì)較少的產(chǎn)品。一個(gè)桌面尺寸的三維打印機(jī)就可以滿足設(shè)計(jì)者或概念開發(fā)小組制造模型的需要。（3）完成打印

三維打印機(jī)的分辨率對(duì)大多數(shù)應(yīng)用來說已經(jīng)足夠（在彎曲的表面可能會(huì)比較粗糙，像圖像上的鋸齒一樣），要獲得更高分辨率的物品可以通過如下方法：先用當(dāng)前的三維打印機(jī)打出稍大一點(diǎn)的物體，再稍微經(jīng)過表面打磨即可得到表面光滑的“高分辨率”物品。有些技術(shù)可以同時(shí)使用多種材料進(jìn)行打印。有些技術(shù)在打印的過程中還會(huì)用到支撐物，比如在打印出一些有倒掛狀的物體時(shí)就需要用到一些易于除去的東西（如可溶的東西）作為支撐物。

四、打印造型法主要種類

（1）利用激光固化樹脂材料的光造型法（Stereolithography）。在樹脂槽中盛滿液態(tài)光敏樹脂，它在紫外激光束的照射下會(huì)快速固化。成型過程開始時(shí)，可升降的工作臺(tái)處于液面下一個(gè)截面層厚的高度，聚焦后的激光束，在計(jì)算機(jī)的控制下，按照截面輪廓的要求，沿液面進(jìn)行掃描，使被掃描區(qū)域的樹脂固化，從而得到該截面輪廓的樹脂薄片。然后，工作臺(tái)下降一層薄片的高度，以固化的樹脂薄片就被一層新的液態(tài)樹脂所覆蓋，以便進(jìn)行第二層激光掃描固化，新固化的一層牢粘結(jié)在前一層上，如此重復(fù)不已，直到整個(gè)產(chǎn)品成型完畢。最后升降臺(tái)升出液體樹脂表面，取出工件，進(jìn)行清洗、去處支撐、二次固化以及表面光潔處理等。激光立體造型制造精度目前可達(dá)±0.1ｍｍ,主要用作為產(chǎn)品提供樣品和實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?。光敏樹脂選擇性固化快速成型技術(shù)適合于制作中小形工件，能直接得到樹脂或類似工程塑料的產(chǎn)品。主要用于概念模型的原型制作，或用來做簡(jiǎn)單裝配檢驗(yàn)和工藝規(guī)劃。

（2）粉末材料選擇性燒結(jié)（Selected Laser Sintering）是一種快速原型工藝，簡(jiǎn)稱SLS。

粉末材料選擇性燒結(jié)采用二氧化碳激光器對(duì)粉末材料（塑料粉等與粘結(jié)劑的混合粉）進(jìn)行選擇性燒結(jié)，是一種由離散點(diǎn)一層層堆集成三維實(shí)體的快速成型方法。粉末材料選擇性燒結(jié)采用二氧化碳激光器對(duì)粉末材料（塑料粉、陶瓷與粘結(jié)劑的混合粉、金屬與粘結(jié)劑的混合粉等）進(jìn)行選擇性燒結(jié)，是一種由離散點(diǎn)一層層對(duì)集成三維實(shí)體的工藝方法。

在開始加工之前，先將充有氮?dú)獾墓ぷ魇疑郎?，并保持在粉末的熔點(diǎn)一下。成型時(shí)，送料筒上升，鋪粉滾筒移動(dòng)，先在工作平臺(tái)上鋪一層粉末材料，然后激光束在計(jì)算機(jī)控制下按照截面輪廓對(duì)實(shí)心部分所在的粉末進(jìn)行燒結(jié)，使粉末溶化繼而形成一層固體輪廓。第一層燒結(jié)完成后，工作臺(tái)下降一截面層的高度，在鋪上一層粉末，進(jìn)行下一層燒結(jié)，如此循環(huán)，形成三維的原型零件。最后經(jīng)過5-10小時(shí)冷卻，即可從粉末缸中取出零件。未經(jīng)燒結(jié)的粉末能承托正在燒結(jié)的工件，當(dāng)燒結(jié)工序完成后，取出零件。粉末材料選擇性燒結(jié)工藝適合成型中小件，能直接的到塑料、陶瓷或金屬零件，零件的翹曲變形比液態(tài)光敏樹脂選擇性固化工藝要小。但這種工藝仍需對(duì)整個(gè)截面進(jìn)行掃描和燒結(jié)，加上工作室需要升溫和冷卻，成型時(shí)間較長(zhǎng)。此外，由于受到粉末顆粒大小及激光點(diǎn)的限制，零件的表面一般呈多孔性。在燒結(jié)陶瓷、金屬與粘結(jié)劑的混合粉并得到原型零件后，須將它置于加熱爐中，燒掉其中的粘結(jié)劑，并在孔隙中滲入填充物，其后處理復(fù)雜。粉末材料選擇性燒結(jié)快速原型工藝適合于產(chǎn)品設(shè)計(jì)的可視化表現(xiàn)和制作功能測(cè)試零件。由于它可采用各種不同成分的金屬粉末進(jìn)行燒結(jié)、進(jìn)行滲銅等后處理，因而其制成的產(chǎn)品可具有與金屬零件相近的機(jī)械性能，但由于成型表面較粗糙，滲銅等工藝復(fù)雜，所以有待進(jìn)一步提高。

（3）熔融造型法熔融造型法（FDM）。工作時(shí)直接由計(jì)算機(jī)控制。噴頭擠出熱塑材料并按照層面幾何信息逐層由下而上制作出實(shí)體模型。ＦＤＭ技術(shù)的最大特點(diǎn)是速度快(一般模型僅需幾小時(shí)即可成型)、無污染,在原型開發(fā)和精鑄蠟?zāi)５确矫娴玫綇V泛應(yīng)用。FDM生產(chǎn)可選成型材料種類較多，原材料費(fèi)用低，因而的到廣泛的應(yīng)用。但是FDM也有其固有的缺點(diǎn)。精度低，熱融制造中很難控制精度，難以制造結(jié)構(gòu)復(fù)雜的構(gòu)件，且材料的制造是處于熔點(diǎn)附近，因而構(gòu)件的強(qiáng)度小，也不適合制造大型的制件，這些特點(diǎn)都限制了FDM的應(yīng)用范圍。

（4）熱可塑造型法（SLS）。該方法是用2CO激光熔融燒結(jié)樹脂粉末的方式制作樣件。工作時(shí),由2CO激光器發(fā)出的光束在計(jì)算機(jī)控制下,根據(jù)幾何形體各層橫截面的幾何信息對(duì)材料粉末進(jìn)行掃描,激光掃描處粉末熔化并凝固在一起。然后,鋪上一層新粉末,再用激光掃描燒結(jié),如此反復(fù),直至制成所需樣件。

五、3D打印制造特點(diǎn)

3D打印技術(shù)突破了“毛坯→切削→加工品”傳統(tǒng)的零件加工模式,開創(chuàng)了不用刀具制作零件的先河,是一種利用的薄層疊加的加工方法。與傳統(tǒng)的切削加工方法相比,3D打印加工至少具有以下特點(diǎn):

(1)可迅速制造出具有自由曲面和更為復(fù)雜形態(tài)的零件,如零件中的凹槽、凸肩和空心部分等，這些利用傳統(tǒng)工藝很難加工的,從而大大降低了新產(chǎn)品的開發(fā)成本和開發(fā)周期。在時(shí)間尤其重要的今天，它可以為企業(yè)節(jié)省大量的研發(fā)時(shí)間。

(2)它屬于非接觸加工,不需要切削加工所必需的刀具和夾具,無刀具磨損和切削力影響。只需要一套特定的設(shè)備，工序簡(jiǎn)單，沒有傳統(tǒng)加工的煩瑣的工序。傳統(tǒng)的加工中每一個(gè)工序都需要機(jī)床等復(fù)雜加工設(shè)備，且加工過程復(fù)雜，對(duì)操作人員的技術(shù)要求很高。

(3)無振動(dòng)、噪聲和切削廢料。可以為企業(yè)節(jié)省寶貴的試制原料，簡(jiǎn)化生產(chǎn)。傳統(tǒng)的制造中由于多是機(jī)械制造，噪音較大。且加工時(shí)邊角料多。造成資源的浪費(fèi)。

(4)可實(shí)現(xiàn)完全自動(dòng)化生產(chǎn)。操作可以由電腦控制，無需人的過多干預(yù)。真正實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化。

(5)加工效率高,能快速制作出產(chǎn)品實(shí)體模。精度高，生產(chǎn)的產(chǎn)品質(zhì)量好。(6)3D打印技術(shù)在產(chǎn)品開發(fā)中的關(guān)鍵作用和重要意義是很明顯的，它不受復(fù)雜形狀的限制，可迅速地將示于計(jì)算機(jī)屏幕上的設(shè)計(jì)變?yōu)檫M(jìn)一步評(píng)估的實(shí)物。根據(jù)原型，可對(duì)設(shè)計(jì)的正確性、造型的合理性、可裝配性和干涉性，進(jìn)行具體的檢驗(yàn)。通過原型的檢驗(yàn)可使開發(fā)產(chǎn)品中的風(fēng)險(xiǎn)減到最底的限度。

六、主要限制因素

（1）材料限制：雖然高端工業(yè)印刷可以實(shí)現(xiàn)塑料、某些金屬或者陶瓷打印，但無法實(shí)現(xiàn)打印的材料都是比較昂貴和稀缺的。另外，打印機(jī)也還沒有達(dá)到成熟的水平，無法支持日常生活中所接觸到的各種各樣的材料。雖然研究者們?cè)诙嗖牧洗蛴∩弦呀?jīng)取得了一定的進(jìn)展，但除非這些進(jìn)展達(dá)到成熟并有效，否則材料依然會(huì)是3D打印的一大障礙。

（2）機(jī)器限制：3D打印技術(shù)在重建物體的幾何形狀和機(jī)能上已經(jīng)獲得了一定的水平，幾乎任何靜態(tài)的形狀都可以被打印出來，但是那些運(yùn)動(dòng)的物體和它們的清晰度就難以實(shí)現(xiàn)了。這個(gè)困難對(duì)于制造商來說也許是可以解決的，但是3D打印技術(shù)想要進(jìn)入普通家庭，每個(gè)人都能隨意打印想要的東西，那么機(jī)器的限制就必須得到解決才行。

七、3D打印技術(shù)成型主要應(yīng)用

應(yīng)用領(lǐng)域：

3D打印機(jī)的應(yīng)用對(duì)象可以是任何行業(yè)，只要這些行業(yè)需要模型和原型。以色列的Stratasys公司認(rèn)為，3D打印機(jī)需求量較大的行業(yè)包括政府、航天和國(guó)防、醫(yī)療設(shè)備、高科技、教育業(yè)以及制造業(yè)。

八、結(jié)束語

最近兩年，3D打印技術(shù)概念引起了國(guó)內(nèi)外政府、軍方、企業(yè)的高度重視，但其實(shí)3D打印技術(shù)已經(jīng)發(fā)展有30余年。美國(guó)著名智庫(kù)高德納（Gartner）公司2012《高德納新興IT技術(shù)顯示度周期特別報(bào)告》認(rèn)為，3D打印技術(shù)正處于高循環(huán)曲線顯示度頂點(diǎn)。預(yù)計(jì)該技術(shù)在未來2～5年內(nèi)到達(dá)生產(chǎn)力成熟期。然而，通過分析發(fā)現(xiàn)，3D打印技術(shù)卻很難取代傳統(tǒng)制造工藝，在軍事領(lǐng)域的應(yīng)用主要集中在對(duì)受損部件的修復(fù)、復(fù)雜結(jié)構(gòu)部件的生產(chǎn)以及小批量部件生產(chǎn)等方面，與傳統(tǒng)制造工藝形成了較好的互補(bǔ)關(guān)系。例如，美國(guó)計(jì)劃使用3D打印技術(shù)在太空空間站上。

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