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快速成型3d打印原理技術(shù)論文

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3D快速打印技術(shù)在近年來得到了快速發(fā)展,應(yīng)用領(lǐng)域也在不斷的增加。下面是小編為大家精心推薦的快速成型3d打印技術(shù)論文,希望能對大家有所幫助。

快速成型3d打印技術(shù)論文篇一:《試論3D打印技術(shù)》

摘 要:3D打印又稱為增材制造,近年來得到了快速發(fā)展,應(yīng)用領(lǐng)域不斷增加。本文對3D打印的原理及應(yīng)用現(xiàn)狀進行了分析,對3D打印在教學領(lǐng)域的應(yīng)用模式進行了探討。

關(guān)鍵詞:3D打印;應(yīng)用現(xiàn)狀;教學領(lǐng)域

1 引言

3D打印,又稱為增材制造,是快速成型技術(shù)的一種,被譽為 “第三次工業(yè)革命的重要標志”,以其 “制造靈活”和“節(jié)約原材料”的特點在制造業(yè)掀起了一股浪潮。近年來,隨著3D打印技術(shù)的逐步成熟、精確,打印材料種類的增加,打印價格的降低,3D打印得到了快速發(fā)展,應(yīng)用領(lǐng)域不斷增加,不僅在機械制造、國防軍工、建筑等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用,也逐漸進入了公眾視野,走進學校、家庭、醫(yī)院等大眾熟悉的場所,在教育、生物醫(yī)療、玩具等行業(yè)也得到了廣泛關(guān)注及應(yīng)用,作為教育工作者,本文將在介紹3D打印的原理、優(yōu)勢、應(yīng)用現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上,重點探討3D打印在教育領(lǐng)域的角色及應(yīng)用模式。

2 3D打印概述

2.1 3D打印原理

3D打印(3D printing,又稱三維打印),是利用設(shè)計好的3D模型,通過3D打印機逐層增加塑料、粉末狀金屬等材料來制造三維產(chǎn)品的技術(shù)[1]。一般來說,通過3D打印獲得物品需要經(jīng)歷建模、分割、打印、后期處理等四個環(huán)節(jié)[2],其中3D虛擬模型,可以是利用掃描設(shè)備獲取物品的三維數(shù)據(jù),并以數(shù)字化方式生成三維模型,或者是利用AutoCAD等工程或設(shè)計軟件創(chuàng)建的3D模型,有些應(yīng)用程序甚至可以使用普通的數(shù)碼照片來制作3D模型,比如123D Catch[3]。

2.2 3D打印的優(yōu)勢

與傳統(tǒng)制造技術(shù)相比,3D打印不需事先制模,也不必鑄造原型,大大縮短了產(chǎn)品的設(shè)計周期,減少了產(chǎn)品從研發(fā)到應(yīng)用的時間,降低了企業(yè)因開模不當可能導致的高成本風險,使得特殊和復雜結(jié)構(gòu)的模型的制作也變得相對簡單,產(chǎn)品也更能凸顯個性化。另外,3D打印是增材制造,使用金屬粉或其他材料,使部件從無到有制造出來,大大減少了原材料和能源的消耗,生產(chǎn)上實行了結(jié)構(gòu)優(yōu)化。

2.3 3D打印的應(yīng)用現(xiàn)狀

近年來,3D打印得到了快速發(fā)展,幾乎應(yīng)用于各個領(lǐng)域。在模具加工和機械制造領(lǐng)域,使用3D打印相對快速地進行模具的設(shè)計與定制,打印復雜形狀的各種零件,打印具有足夠強度的個性化幾何造型的物件。在航空航天、國防軍工領(lǐng)域,3D打印應(yīng)用于外形驗證、關(guān)鍵零部件的原型制造、直接產(chǎn)品制造等方面。如空客公司從打印飛機小部件開始,逐步發(fā)展,計劃在2050年左右打印出整架飛機。生物醫(yī)療領(lǐng)域,醫(yī)學工作者利用3D打印技術(shù)打印出患者的心臟模型,缺損下頜骨模型,患者外傷性腦內(nèi)血腫顱腦模型等,用于輔助診斷并制定術(shù)前手術(shù)方案,降低了手術(shù)難度,減少了手術(shù)時間,為患者帶來了精準化的治療。人工椎體和人體氣管軟骨的打印讓人體器官的3D打印成為可能。3D打印的處方藥產(chǎn)品SPRITAM(左乙拉西坦)片劑可用于各種癲癇疾病的治療。建筑工程領(lǐng)域,3D打印建筑不需使用模板,打印的建筑物重量輕,強度大,時間短,產(chǎn)生的建筑垃圾及建筑粉塵少,且可以循環(huán)使用,綠色環(huán)保。3D打印在首飾、食品、玩具和日常用品的設(shè)計和生產(chǎn)中也有廣泛應(yīng)用,可以很好地彰顯用戶的個性化特點和需求。3D打印在太陽能電池板和特殊材料的制造方面的應(yīng)用也有突破。

3 3D打印在教學領(lǐng)域的應(yīng)用

3D打印在教學方面的探索性活動也已經(jīng)展開,并應(yīng)用在數(shù)學、航空、電子、設(shè)計、機電工程、生物醫(yī)學、天文等大部分學科中,取得了良好的教學效果?;?D打印的快速生成能力,使得數(shù)字化模型能快速轉(zhuǎn)化為立體實物,借助立體實物的生成過程及使用可以提高教學效果,增強學生合作、設(shè)計、創(chuàng)新等能力。

3.1打印三維教具學具輔助教學

在課程教學中,借助于多媒體教學手段,一些抽象的圖像可以相對直觀的顯示出來,但針對的是群體,形成的是暫時的視覺感受,印象并不是很深刻,也不易理解。借助3D打印,可以把數(shù)字化的圖像轉(zhuǎn)化成實物的教具和學具,每個同學都有機會親手感受,而且還可以親自設(shè)計、策劃,無疑對知識點的理解,知識的掌握及應(yīng)用有很大的促進作用。比如:數(shù)學課可以打印出幾何曲面、剖面立體實物;動畫設(shè)計可以打印出3D人物,動物角色模型,且可以根據(jù)實效及時修改;語文課可以把要講解的地域打印出來,如北京的胡同,同學們可以拿著模型理解胡同的特點,體驗胡同文化,講述胡同的來龍去脈;機械制造課可以根據(jù)課程內(nèi)容打印相關(guān)的零件、齒輪、連桿等。

3.2 實習實踐過程中輔助創(chuàng)新設(shè)計

職業(yè)學校實習實踐教學活動較多,鉗工實習、數(shù)控機床實習、電子電工實習、動畫設(shè)計、物聯(lián)網(wǎng)設(shè)計等,都需要借助相應(yīng)的模型,并設(shè)計出一定的模型。借助于3D打印,同學們對需要設(shè)計的模型有一個大體的認識,然后經(jīng)過集體分組的討論、設(shè)計、修改等過程,不僅能增加學生的學習興趣,促進學生交互學習,協(xié)作學習,且能提高學生的設(shè)計水平、思維能力和實踐能力。比如在模具設(shè)計實習中,采用項目式教學法,應(yīng)用3D打印,學生分組設(shè)計、分組打印,學生在親眼目睹自己的設(shè)計零件打印成型的過程及成品后,學習興趣大增,多次討論修改的過程也大大提升學生的設(shè)計水平。在CAD課程實踐環(huán)節(jié)中,使用3D打印機,可以根據(jù)教學需要來設(shè)計教學內(nèi)容,對學生的設(shè)計作品3D打印出來進行評比并組裝,不僅使學生熟練掌握設(shè)計軟件建模的基本思路和流程,而且對如何從設(shè)計作品到具體的實物的生成有一個明確的認識,有利于日后學生進一步的學習和發(fā)展。

3.3 就業(yè)創(chuàng)業(yè)指導

近年來,大學畢業(yè)生人數(shù)急劇增加,就業(yè)壓力增大,國家大力提倡大學生創(chuàng)業(yè),整個社會也興起了一股自主創(chuàng)業(yè)的熱潮。對于職業(yè)學校的學生來說,有一定的專業(yè)知識,有較強的動手操作能力,有創(chuàng)業(yè)的熱情與激情。借助于3D打印設(shè)備,創(chuàng)業(yè)指導老師可以指導學生創(chuàng)辦創(chuàng)意設(shè)計3D打印工作室,利用所學的專業(yè)知識,設(shè)計出相關(guān)產(chǎn)品并打印出來進行銷售,同時也可為社會客戶提供DIY服務(wù),收取一定的培訓費和制作費,也可以在校企合作的基礎(chǔ)上為合作企業(yè)提供設(shè)計和3D打印服務(wù)。通過3D打印的上述創(chuàng)業(yè)實踐活動,加深學生對專業(yè)知識的鞏固、對設(shè)計過程的了解,并培養(yǎng)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)意識和能力。

3.4 圖書館應(yīng)用

圖書館引入3D打印服務(wù)是圖書館從文獻服務(wù)走向創(chuàng)新服務(wù)的途徑。國外很多圖書館都開展3D打印服務(wù),國內(nèi)的綜合圖書館,如上海圖書館、蘇州圖書館也開展3D打印服務(wù),高校中的上海交通大學圖書館也開展3D打印服務(wù),并且通過舉辦3D打印設(shè)計大賽積極推廣此項服務(wù),通過比賽普及3D打印知識,讓同學們了解3D打印前沿科技,啟發(fā)學生們用創(chuàng)新思維發(fā)現(xiàn)問題、智慧解決問題。學校圖書館可以配備一兩臺3D打印機,并在保證健康和安全的基礎(chǔ)上,充分考慮費用、提交步驟、等待和篩選時間等、制定詳細的3D打印制度或政策,并鼓勵學生打印原創(chuàng)作品,以發(fā)揮學生的專業(yè)特長,激發(fā)學生的創(chuàng)造力和想象力。

4 結(jié)束語

3D打印正從工業(yè)領(lǐng)域,走向各個應(yīng)用領(lǐng)域。不久的將來,也會像電腦、手機、互聯(lián)網(wǎng)一樣進入我們的社會和每個家庭。教育工作者應(yīng)積極利用這項新技術(shù),促進教學模式和教學活動的創(chuàng)新,更好地提高教學質(zhì)量和教學效果,提高學生的實踐能力和創(chuàng)新水平。

參考文獻

[1] 張飛相. 3D打印技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀及其商業(yè)模式研究[J]. 新聞傳播, 2016(2): 51-53.

[2] 李青,王青. 3D打印―一種新興的學習技術(shù)[J]. 遠程教育雜志2013(4):29-35.

快速成型3d打印技術(shù)論文篇二:《淺議3D打印成型技術(shù)對模具制造技術(shù)的沖擊》

摘 要:近年來,3D打印市場如火如荼,在工業(yè)設(shè)計領(lǐng)域?qū)l(fā)揮巨大的作用,尤其是在產(chǎn)品制造方面。隨著3D打印技術(shù)的出現(xiàn)和普及,必將會沖擊以模具制造為主的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu),優(yōu)化產(chǎn)業(yè)鏈條。文章通過對比3D打印成型技術(shù)與傳統(tǒng)模具制造技術(shù)的優(yōu)缺點,客觀地分析了3D打印成型技術(shù)對模具制造技術(shù)的沖擊。

關(guān)鍵詞:3D打印;模具制造;沖擊

1 概述

3D打印技術(shù)(增材制造技術(shù))是快速成型技術(shù)的一種,它是一種以數(shù)字模型文件為基礎(chǔ),將材料逐層堆積制造出實物的新興制造技術(shù)。常在模具制造、工業(yè)設(shè)計等領(lǐng)域被用于制造模型,后逐漸用于一些產(chǎn)品的直接制造,已經(jīng)有使用這種技術(shù)打印而成的零部件。3D打印技術(shù)綜合了信息技術(shù)、數(shù)字建模技術(shù)、機電控制技術(shù)、材料科學與化學等諸多領(lǐng)域的前沿技術(shù),被譽為“第三次工業(yè)革命”的核心技術(shù)。

傳統(tǒng)的模具制造技術(shù)是在接單后還需對接單項目進行評審,在確定了開發(fā)要求及工藝路線后,開始模具設(shè)計。加工之前需要按照設(shè)計的圖紙備料。接著是粗加工,最后是試模驗證。其加工流程如圖1所示。采用傳統(tǒng)的模具制造技術(shù)制造加工出一個合格的模具所需要的人力、物力較多,生產(chǎn)時間也較長。

2 3D打印制造模具的優(yōu)點

3D打印成型技術(shù)與傳統(tǒng)模具制造業(yè)的最大區(qū)別在產(chǎn)品成型的過程上。在傳統(tǒng)的模具制造業(yè)中,模具制造一般需要經(jīng)過開模具、鑄造或鍛造、切割、部件組裝等過程成型。而3D打印則免去了那些復雜的過程,不用模具,一次成型??梢怨?jié)約很多成本。還可以克服一些傳統(tǒng)制造上無法達成的設(shè)計,從而制作出更復雜的結(jié)構(gòu)模具。

2.1 模具生產(chǎn)周期縮短

3D打印模具縮短了整個產(chǎn)品開發(fā)周期,并成為驅(qū)動創(chuàng)新的源頭。在以往,由于考慮到還需要投入大量資金制造新的模具,公司有時會選擇推遲或放棄產(chǎn)品的設(shè)計更新。通過降低模具的生產(chǎn)準備時間,以及使現(xiàn)有的設(shè)計工具能夠快速更新,3D打印使企業(yè)能夠承受得起模具更加頻繁的更換和改善。它能夠使模具設(shè)計周期跟得上產(chǎn)品設(shè)計周期的步伐。

2.2 模具設(shè)計的改進為終端產(chǎn)品增加了更多的功能性

通常,金屬3D打印的特殊冶金方式能夠改善金屬微觀結(jié)構(gòu),并能產(chǎn)生完全致密的打印部件,與那些鍛造或鑄造的材料(取決于熱處理和測試方向)相比,其機械和物理性能一樣或更好。增材制造為工程師帶來了無限的選擇以改進模具的設(shè)計。此外,它能夠整合復雜的產(chǎn)品功能,使高功能性的終端產(chǎn)品制造速度更快、產(chǎn)品的缺陷更少。3D打印可以實現(xiàn)任意形狀的冷卻通道,以確保實現(xiàn)隨形冷卻,更加優(yōu)化且均勻,最終導致更高質(zhì)量的零件和較低的廢品率。

2.3 定制模具幫助實現(xiàn)最終產(chǎn)品的定制化

更短的生產(chǎn)周期、制造更為復雜幾何形狀、以及降低最終制造成本的能力,使得企業(yè)能夠制造大量的個性化工具來支持定制部件的制造。3D打印模具非常利于定制化生產(chǎn),比如醫(yī)療設(shè)備和醫(yī)療行業(yè),它能夠為外科醫(yī)生提供3D打印的個性化器械,比如,外科手術(shù)導板和工具,使他們能夠改善手術(shù)效果,減少手術(shù)時間。

3 3D打印成型技術(shù)對模具制造技術(shù)的沖擊

工業(yè)產(chǎn)品的更新?lián)Q代非常快,一個新產(chǎn)品生產(chǎn)出來后,如果沒有銷路,那就得不償失。傳統(tǒng)模具制造技術(shù)開發(fā)一套模具需要幾十萬,甚至幾百萬元。而利用3D打印技術(shù),可以把產(chǎn)品先開發(fā)出來,直接打印。使用3D打印技術(shù)的優(yōu)勢在于可以大大縮短生產(chǎn)的周期、節(jié)約生產(chǎn)成本。比如,一套手機模具,采用傳統(tǒng)的制造技術(shù),須經(jīng)過大約12個工作日才能完成,有時還會造成材料的浪費。但利用3D打印技術(shù)幾個小時就可以完成,而且還具有高精密度的特點,這樣就能夠不斷提高市場競爭力,在發(fā)展中搶得先機。

3D打印的優(yōu)勢很明顯:可免除制造刀具、夾具和模具的過程,直接進行產(chǎn)品加工,解決了生產(chǎn)工藝難以解決的問題,還節(jié)約材料、縮短時間。

4 3D打印成型技術(shù)短期內(nèi)無法替代傳統(tǒng)模具制造技術(shù)

3D打印誕生近三十年了,但產(chǎn)業(yè)化遠未形成。雖然3D打印名氣很大,但到今天還處于科普階段。3D打印作為一項前沿的、先導性較強的技術(shù),可以滿足個性化、定制化、復雜、高難度產(chǎn)品的需求,但不具有批量化、規(guī)模化的優(yōu)勢。

4.1 傳統(tǒng)工業(yè)的成熟給3D打印制造門檻

傳統(tǒng)工業(yè)大生產(chǎn)在過去200多年可以說非常成功,發(fā)展到今天,分工也非常細,配套非常充沛,可以說是環(huán)環(huán)相扣,形成了巨大的利益攸關(guān)體,形成了巨大的慣性。如果要打破這種慣性,成本非常高。這些3D打印無論是顛覆或者融入,門檻都特別高。

4.2 目前3D打印不適合批量生產(chǎn)

3D打印目前并不適合批量生產(chǎn),例如3D打印技術(shù)生產(chǎn)1件產(chǎn)品和生產(chǎn)1萬件產(chǎn)品的成本單價基本接近,而且3D打印需要更長的時間。一個噴頭就對應(yīng)生產(chǎn)一個產(chǎn)品,而且產(chǎn)品體積大了,成型速度幾何性降低,幾個小時才成型一個東西,粗糙度不滿足,還要打磨,還要精加工。傳統(tǒng)模具制造技術(shù)在我國大批量生產(chǎn)中占據(jù)明顯的優(yōu)勢,在非批量、精密要求不是很高的產(chǎn)品制造領(lǐng)域,傳統(tǒng)模具制造暫時不具備替代性。

4.3 3D打印技術(shù)的材料種類較少,而且價格較貴

盡管現(xiàn)在已有幾百種材料能夠被3D打印,但是高溫塑料和一部分常用金屬依舊不能被打印。尤其金屬由于熱處理的問題,很容易出現(xiàn)打印后變性的問題,現(xiàn)場EOS的代表提出的比如invar,就不能被打印,而這個材料在航空發(fā)動機中卻是相當重要的材料。而且國內(nèi)有能力生產(chǎn)3D打印材料的企業(yè)很少,特別是金屬材料主要依賴進口,價格高。

4.4 3D打印技術(shù)的速度、效率、質(zhì)量還有待提高

3D打印本身的技術(shù)原理就決定了制造精度和制造速度存在矛盾。3D打印是一層層來制作物品。如想提高打印精度就得增加打印層數(shù),但是自然而然地降低了打印速度。而提高速度的話就會有精度問題:因為3D打印采用的是逐層堆積制造的方式,這種方式本身就存在“階梯效應(yīng)”,特別是所制造工件表面曲度較大的時候,階梯效應(yīng)就尤為明顯,這會影響工件的精度。

3D打印技術(shù)和傳統(tǒng)制造技術(shù)都存在優(yōu)勢和劣勢,目前3D打印技術(shù)還不能替代傳統(tǒng)制造技術(shù)。從長遠來看,隨著3D打印技術(shù)的不斷發(fā)展,未來打印效率不斷的提高及生產(chǎn)成本的降低,3D技術(shù)對模具行業(yè)的影響將不容小覷。

參考文獻

[1]劉斌.關(guān)于3D打印技術(shù)中的幾個問題與思考[J].模具工程,2015.

[2]王雪瑩.3D打印技術(shù)與產(chǎn)業(yè)的發(fā)展及前景分析[J].中國高新技術(shù)企業(yè),2012.

[3]陳興龍.3D打印技術(shù)在模具行業(yè)中的應(yīng)用研究[J].機械工程師,2016.

[4]__君.3D打印技術(shù)在塑料加工成型及模具設(shè)計課程群教學改革中的應(yīng)用探索[J].科教文匯旬刊,2015.

[5]厲成龍.3D打印技術(shù)在現(xiàn)代模具制造中的應(yīng)用[J].裝備制造技術(shù),2015.

快速成型3d打印技術(shù)論文篇三:《試談3D打印技術(shù)及其應(yīng)用發(fā)展》

【摘要】本文通過分析3D打印機的原理,總結(jié)了幾種典型的3D打印技術(shù),分析其市場應(yīng)用和發(fā)展方向,得出3D打印技術(shù)的發(fā)展會引領(lǐng)第三次工業(yè)革命的發(fā)展。

【關(guān)鍵詞】3D;打印機;3D打印技術(shù)

1.前言

近來,三維(3D)打印技術(shù)[1]在發(fā)達國家興起,前不久在網(wǎng)上流傳的3D打印手槍,引來許多網(wǎng)友圍觀。3D打印現(xiàn)在已不再只是概念產(chǎn)物,全球已有不少公司推出了個人3D打印機,它已在平常生活中開始普及。2012年4月,英國《經(jīng)濟學人》刊文認為,3D打印技術(shù)將與其他數(shù)字化生產(chǎn)模式一起,推動第三次工業(yè)革命的實現(xiàn)。傳統(tǒng)制造技術(shù)是“減材制造技術(shù)”,3D打印則是“增材制造技術(shù)”,它具有制造成本低、生產(chǎn)周期短等明顯優(yōu)勢。

2.3D打印機的原理及技術(shù)

2.1 3D打印機

3D打印機是近年來在民用市場出現(xiàn)的一個新詞。在專業(yè)領(lǐng)域有另一個名稱叫“快速成形技術(shù)”[2]??焖俪尚渭夹g(shù)誕生于20世紀80年代后期,是基于材料堆積法的一種全新制造技術(shù)。它集分層制造技術(shù)、機械工程、數(shù)控技術(shù)、CAD、激光技術(shù)、逆向工程技術(shù)、材料科學于一體,可以直接、快速、自動、精確地將設(shè)計電子模型轉(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)計思想的校驗等方面提供了一種低成本而高效的實現(xiàn)手段。快速成形技術(shù)就是利用三維CAD的數(shù)據(jù),通過快速成型機,將一層層的材料堆積成實體原型。

不同種類的快速成型系統(tǒng)因所用成形材料不同,成形原理和系統(tǒng)特點也各有不同。但是基本原理一樣,那就是“分層制造,逐層疊加”[3],類似于數(shù)學上的積分過程。形象地講,快速成形系統(tǒng)就像是一臺“立體打印機”,因此得名。

2.2 3D打印機的原理

3D打印機根據(jù)零件的形狀,每次制做一個具有一定微小厚度和特定形狀的截面,然后再把它們逐層粘結(jié)起來,就得到了所需制造的立體的零件。

每個截面數(shù)據(jù)相當于醫(yī)學上的一張CT像片;整個制造過程就像一個“積分”的過程。

整個過程是在電腦的控制下,由3D打印系統(tǒng)自動完成的。不同公司3D打印使用的成形材料不同,系統(tǒng)的工作原理也有所區(qū)別,但其基本原理都是一樣的,那就是“分層制造、逐層疊加”。這種工藝可以形象地叫做“增長法”。

2.3 3D打印技術(shù)

2.3.1 SLA技術(shù)

光固化成型法(SLA)是用特定波長與強度的激光聚焦到光固化材料表面,使之由點到線,由線到面順序凝固,完成一個層面的繪圖作業(yè),然后升降臺在垂直方向移動一個層片的高度,再固化另一個層面。這樣層層疊加構(gòu)成一個三維實體。SLA是最早實用化的快速成形技術(shù),采用液態(tài)光敏樹脂原料。其工藝過程是,首先通過CAD設(shè)計出三維實體模型,利用離散程序?qū)⒛P瓦M行切片處理,設(shè)計掃描路徑,產(chǎn)生的數(shù)據(jù)將精確控制激光掃描器和升降臺的運動;激光光束通過數(shù)控裝置控制的掃描器,按設(shè)計的掃描路徑照射到液態(tài)光敏樹脂表面,使表面特定區(qū)域內(nèi)的一層樹脂固化后,當一層加工完畢后,就生成零件的一個截面;然后升降臺下降一定距離,固化層上覆蓋另一層液態(tài)樹脂,再進行第二層掃描,第二固化層牢固地粘結(jié)在前一固化層上,這樣一層層疊加而成三維工件原型。將原型從樹脂中取出后,進行最終固化,再經(jīng)打光、電鍍、噴漆或著色處理即得到要求的產(chǎn)品。

SLA技術(shù)主要用于制造多種模具、模型等;還可以在原料中通過加入其它成分,用SLA原型模代替熔模精密鑄造中的蠟模。SLA技術(shù)成形速度較快,精度較高,但由于樹脂固化過程中產(chǎn)生收縮,不可避免地會產(chǎn)生應(yīng)力或引起形變。因此開發(fā)收縮小、固化快、強度高的光敏材料是其發(fā)展趨勢。

2.3.2 SLS技術(shù)

選擇性激光燒結(jié)技術(shù)(SLS)是采用激光有選擇地分層燒結(jié)固體粉末,并使燒結(jié)成型的固化層,層層疊加生成所需形狀的零件。其整個工藝過程包括CAD模型的建立及數(shù)據(jù)處理、鋪粉、燒結(jié)以及后處理等。

整個工藝裝置由粉末缸和成型缸組成,工作時粉末缸活塞(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,計算機根據(jù)原型的切片模型控制激光束的二維掃描軌跡,有選擇地燒結(jié)固體粉末材料以形成零件的一個層面。粉末完成一層后,工作活塞下降一個層厚,鋪粉系統(tǒng)鋪上新粉。控制激光束再掃描燒結(jié)新層。如此循環(huán)往復,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,整個工作臺被加熱至一定溫度,可減少成型中的熱變形,并利于層與層之間的結(jié)合。

與其它3D打印機技術(shù)相比,SLS最突出的優(yōu)點在于它所使用的成型材料十分廣泛。從理論上說,任何加熱后能夠形成原子間粘結(jié)的粉末材料都可以作為SLS的成型材料。目前,可成功進行SLS成型加工的材料有石蠟、高分子、金屬、陶瓷粉末和它們的復合粉末材料。由于SLS成型材料品種多、用料節(jié)省、成型件性能分布廣泛、適合多種用途以及SLS無需設(shè)計和制造復雜的支撐系統(tǒng),所以SLS的應(yīng)用廣泛。

2.3.3 PDM技術(shù)

熔積成型(FDM)法,該方法使用絲狀材料(石蠟、金屬、塑料、低熔點合金絲)為原料,利用電加熱方式將絲材加熱至略高于熔化溫度(約比熔點高1℃),在計算機的控制下,噴頭作x-y平面運動,將熔融的材料涂覆在工作臺上,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,進行下一層涂覆,這樣逐層堆積形成三維工件。

該技術(shù)污染小,材料可以回收,用于中、小型工件的成形。成形材料:固體絲狀工程塑料;制件性能相當于工程塑料或蠟模;主要用于塑料件、鑄造用蠟模、樣件或模型。

2.3.4 LOM技術(shù)

分層實體制造法(LOM),又稱層疊法成形,它以片材(如紙片、塑料薄膜或復合材料)為原材料,其成形原理如圖所示,激光切割系統(tǒng)按照計算機提取的橫截面輪廓線數(shù)據(jù),將背面涂有熱熔膠的紙用激光切割出工件的內(nèi)外輪廓。切割完一層后,送料機構(gòu)將新的一層紙疊加上去,利用熱粘壓裝置將已切割層粘合在一起,然后再進行切割,這樣一層層地切割、粘合,最終成為三維工件。LOM常用材料是紙、金屬箔、塑料膜、陶瓷膜等,此方法除了可以制造模具、模型外,還可以直接制造結(jié)構(gòu)件或功能件。   LOM技術(shù)的優(yōu)點是工作可靠,模型支撐性好,成本低,效率高。缺點是前、后處理費時費力,且不能制造中空結(jié)構(gòu)件。成形材料主要是涂敷有熱敏膠的纖維紙;制件性能相當于高級木材;主要用途是快速制造新產(chǎn)品樣件、模型或鑄造用木模。

3.3D打印技術(shù)的市場應(yīng)用及發(fā)展方向

3.1 建筑設(shè)計領(lǐng)域

建筑模型的傳統(tǒng)制作方式,漸漸無法滿足高端設(shè)計項目的要求。全數(shù)字還原不失真的立體展示和風洞及相關(guān)測試的標準,現(xiàn)如今眾多設(shè)計機構(gòu)的大型設(shè)施或場館都利用3D打印技術(shù)先期構(gòu)建精確建筑模型來進行效果展示與相關(guān)測試[4],3D打印技術(shù)所發(fā)揮的優(yōu)勢和無可比擬的逼真效果為設(shè)計師所認同。

3.2 磨具制造領(lǐng)域

玩具制作等傳統(tǒng)的模具制造領(lǐng)域[5],往往模具生產(chǎn)時間長,成本高。將3D打印技術(shù)與傳統(tǒng)的模具制造技術(shù)相結(jié)合,可以大大縮短模具的開發(fā)周期,提高生產(chǎn)率,是解決模具設(shè)計與制造薄弱環(huán)節(jié)的有效途徑。3D打印技術(shù)在模具制造方面的應(yīng)用可分為直接制模和間接制模兩種,直接制模是指采用3D打印技術(shù)直接堆積制造出模具,間接制模是先制出快速成型零件,再由零件復制得到所需要的模具。

3.3 醫(yī)學領(lǐng)域

在醫(yī)學領(lǐng)域的應(yīng)用近幾年來,人們對3D打印技術(shù)在醫(yī)學領(lǐng)域的應(yīng)用研究較多。以醫(yī)學影像數(shù)據(jù)為基礎(chǔ),利用3D打印技術(shù)制作人體器官模型,對外科手術(shù)有極大的應(yīng)用價值,近年來許多醫(yī)院推出3D打印胎兒服務(wù)。

3.4 航空航天領(lǐng)域

在航空航天領(lǐng)域中,空氣動力學地面模擬實驗(即風洞實驗)是設(shè)計性能先進的天地往返系統(tǒng)(即航天飛機)所必不可少的重要環(huán)節(jié)。該實驗中所用的模型形狀復雜、精度要求高、又具有流線型特性,采用3D打印技術(shù),根據(jù)CAD模型,由3D打印設(shè)備自動完成實體模型,能夠很好的保證模型質(zhì)量。

3.5 家電和食品領(lǐng)域

3D打印技術(shù)在國內(nèi)的家電行業(yè)上得到了很大程度的普及與應(yīng)用,使許多家電企業(yè)走在了國內(nèi)前列。美的、華寶、小天鵝、海爾等都先后采用3D打印技術(shù)來開發(fā)新產(chǎn)品,收到了很好的效果。

3D打印在食品領(lǐng)域也有成功的應(yīng)用。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,就連肉里的微細血管都能打印出來。人們吃到“3D肉”的日子不會太遠,因為美國泰爾基金會近日已投資成立了“鮮肉3D打印技術(shù)公司”,希望能夠為大眾提供安全放心的豬肉產(chǎn)品。這種利用糖、蛋白質(zhì)、脂肪、肌肉細胞等原材料打印出的肉具有和真正的肉類相似的口感和紋理,就連肉里的微細血管都能打印出來。

4.總結(jié)

3D打印是產(chǎn)業(yè)界自主創(chuàng)新的過程,政府主要負責引導方向,要讓民營企業(yè)有充分的自主發(fā)展空間,同時對一些敏感行業(yè)或者產(chǎn)品要加強監(jiān)管。3D打印技術(shù)市場潛力巨大,勢必成為引領(lǐng)未來制造業(yè)趨勢的眾多突破之一。這些突破將使工廠徹底告別車床、鉆頭、沖壓機、制模機等傳統(tǒng)工具,改由更加靈巧的電腦軟件主宰,這便是第三次工業(yè)革命的到來的標志[6]。在這種勢頭下,傳統(tǒng)的制造業(yè)將逐漸失去競爭力。

參考文獻

[1]古麗萍.蓄勢待發(fā)的3D打印機及其發(fā)展[J].北京:數(shù)碼印刷,2011(10):64-67.

[2]丁軍濤.快速成形技術(shù)在企業(yè)實際生產(chǎn)中的應(yīng)用[J].陜西:科技探索,2012(8).

[3]鄭利文.Objet Geometries公司推出多種復合材料3D打印機[J].北京:模具工業(yè),2008(2):73.

[4]梁晨光.3D打印技術(shù)縱覽“印”出來的真實世界[J].北京:微型計算機,2008(6):106-109.

[5]喬益民,王家民.3D打印技術(shù)在包裝容器成型中的應(yīng)用[J].重慶:包裝工程,2012(11):68-72.

[6]丁博強.3D打印推動第三次工業(yè)革命[J].上海:創(chuàng)意產(chǎn)業(yè),2013(2).


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