3D打印机基本原理文档格式.docx

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3D打印能够发挥的作用，按照不同应用行业来说：

近年来，3D打印技术发展迅速，通过与数控加工、铸造、金属冷喷涂、硅胶模等制造手段结合，该技术已成为现代模型、模具和零件制造的有效手段，在航空航天、汽车摩托车、家电、生物医学、文化创意等领域得到了一定应用，在工程和教学研究等应用领域也占有独特地位。

具体应用领域包括：

o1、工业制造：

产品概念设计、原型制作、产品评审、功能验证；

制作模具原型或直接打印模具，直接打印产品。

3D打印的小型无人飞机、小型汽车等概念产品已问世。

3D打印的家用器具模型，也被用于企业的宣传、营销活动中；

o2、文化创意和数码娱乐：

形状和结构复杂、材料特殊的艺术表达载体。

科幻类电影《阿凡达》运用3D打印塑造了部分角色和道具，3D打印的小提琴接近了手工艺的水平；

（视频:

在漫山遍野的花丛中弹奏3D打印的小提琴，阳光、清新，所使用的3D打印机由德国EOS公司研制开发：

o3、航空航天、国防军工：

复杂形状、尺寸微细、特殊性能的零部件、机构的直接制造；

o4、生物医疗：

人造骨骼、牙齿、助听器、假肢等;

o5、消费品：

珠宝、服饰、鞋类、玩具、创意DIY作品的设计和制造;

o6、建筑工程：

建筑模型风动实验和效果展示，建筑工程和施工（AEC）模拟;

o7、教育：

模型验证科学假设，用于不同学科实验、教学。

在北美的一些中学、普通高校和军事院校，3D打印机已经被用于教学和科研;

o8、个性化定制：

基于网络的数据下载、电子商务的个性化打印定制服务。

o什么样的三维数据才能够用于3D打印

∙什么样的三维数据才能够用于3D打印

3D打印的标准数据格式STL

STL（StereoLithographyInterfaceSpecification）格式是目前3D打印/增材制造设备使用的通用接口格式，是由美国3Dsystems公司于1988年制定的一个接口协议，是一种为3D打印/&

增材制造技术服务的三维图形文件格式，目前已成为3D打印/增材制造的事实上的标准格式。

STL格式是存储三维模型信息的一种简单方法，它将复杂的数字模型以一系列的三维三角形面片来近似表达。

STL模型是一种空间封闭的、有界的、正则的唯一表达物体的模型，具有点、线、面的几何信息，能够输入给增材制造设备，用于快速制作实物样品。

随着增材制造技术的发展和应用，STL文件格式也得到了各CAD/CAM软件公司的广泛支持。

在医学、自然科学和工程领域里，STL技术也得到了广泛的应用。

利用三维扫描仪等三维数字化工具对物理原型进行多方位三维扫描，经过点云数据的预处理与优化，得到物体完整的三维数据模型，对该数据模型进行表面三角形小平面化处理，类似于有限元的网格划分，即用许多空间三角形面片来逼近CAD模型，当三角形面片小到一定程度，其近似性可达到工程允许的精度范围内，其数据文件称为STL文件，可以直接输入3D打印/增材制造设备，用于3D打印/增材制造。

STL文件格式化对3D打印/增材制造精度影响

3D打印时，由于要将复杂的三维加工转化为一系列简单的二维加工的叠加，因此，成型精度主要取决于二维（X，Y）平面上的加工精度，以及高度（Z）方向上的叠加精度。

从3D打印机本身而言，可以将X、Y、Z三方向的运动位置精度控制在微米级水平，因而能得到精度相当高的工件。

因此，特别在加工复杂的自由曲面及内型腔时，3D打印/增材制造比传统的加工方法表现出更明显的优势。

然而影响工件最终精度的因素不仅有3D打印机本身的精度，还有一些其它因素，其中比较重要的是CAD模型的前期处理造成的误差。

对于绝大多数增材制造设备而言，开始成型前，必须对工件的三维CAD模型进行STL格式化和切片等前期处理，以便得到一系列的截面轮廓。

STL格式己成为3D打印行业事实上的通用标准。

在计算机数据处理能力足够的前提下，进行STL格式化时，应选择更小、更多的三角面片，使之更逼近原始三维模型的表面，这样可以降低由STL格式化所带来的误差影响。

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o宁波均胜——发动机连接管的三维检测

∙宁波均胜——发动机连接管的三维检测

宁波均胜：

宁波均胜投资集团是一家外商投资有限责任制公司，主要从事汽车电子零部件制造、房地产开发、项目投资及管理等，是宁波市国家高新区的重点骨干企业。

旗下均胜汽车电子有限公司是致力研究生产汽车空气循环管理系统、发动机系统连接管等塑料配件产品。

A.面临的难题：

为了不断提高产品质量，均胜汽车电子有限公司对所产配件需进行多达上百项大大小小的检测科目，而发动机连接管因结构以及材料性能的约束，无法用传统的三坐标机床进行自然有效地测量检测。

发动机连接器质软且极易变形，用三坐标进行测量不仅仅需要依靠昂贵的检具来辅助，而且因为三坐标多为接触式测量，对质软的物件无法准确测量；

空气循环系统在装上检具的情况下，无法测量装配位置状态的形变误差，对产品质量控制后期设计改良，无法提供可靠依据。

连接管实物图

B.先临三维的解决方案：

先临三维通过一台非接触三维测量系统-光学三维扫描仪和ShiningformXOV三维检测软件成功为宁波均胜进行了产品检测。

宁波均胜电子有限公司对解决方案非常赞同，他们表示先临三维的非接触测量系统---光学三维扫描仪能在不接触物件的情况下，快速获取发动机连接管等物件的三维尺寸信息，真实反映产品结构信息，无需在软件中进行繁琐的手动测量，只需与理论的三维数模进行对齐比较就可以快速可靠的检测产品的结构形状，关键尺寸误差等，得到直观、具体的体现，对产品结构设计和后期成型工艺的完善起到有效辅助作用。

三维扫描仪扫描连接管处理得到的STL数据截图

检测报告截图

奔驰房车座椅二次开发：

使用三维扫描仪，更短时间设计出更舒适安全的座椅

∙奔驰房车座椅二次开发：

中欧汽车：

中欧汽车股份有限公司是中欧国际集团旗下的第八个子公司，公司的生产基地（目前国内最大的房车生产基地）。

目前正专注于汽车座椅的开发生产。

为了顺应客户不断提高的品质要求，中欧汽车有限公司需要设计更舒适、更安全可靠的座椅。

因此中欧计划对原型座椅进行二次开发，改善舒适性和美观、安全等问题。

中欧汽车长久以来一直采用使用专业软件设计座椅结构和外观的正向设计思维来设计开发座椅，虽然也存在着许多优点，但由于软件中设计复杂曲面的视觉效果无法充分被体现，使得设计人员往往无法充分展示创作初衷。

同时，由于不断的修正，企业往往不得不拖长整个生产周期以保证品质的要求。

房车座椅

房车座椅具有尺寸大、不规律型曲面结构、质软等特点，三坐标等接触测量设备无法对其进行有效测量。

同时，基于对三维扫描仪测量座椅表面局部精度的要求，经过对比，中欧汽车选择购买了先临三维的三维扫描仪：

o●非接触式三维测量方式很好的解决了座椅材质软、易变形所造成的难以获取准确数据的难题；

o●密集的点面扫描平均点距只有0.35左右，不仅高效而且充分体现了整个面型信息，让扫描数据在研发试制部门得到了充分的发挥；

o●该三维扫描仪不仅可以用在研发试制部门，也可用在质量检测部门进行碰撞试验。

碰撞前后的位置可以进行高精度的测量；

o●完成各种零部件的测量与检测，从零部件就开始控制座椅的品质；

在房车座椅的二次开发过程中，先临三维提供的解决方案有效的协助中欧汽车改善开发工艺流程，缩短了二次开发周期。

中欧汽车在市场品质的需求下设计出了更舒适、更安全可靠的座椅。

三维扫描仪获取处理得到的房车座椅STL数据截图

o大空间三维扫描：

三维扫描仪获取艺术学院牌楼三维数据，造精美水晶礼品

∙大空间三维扫描：

三维扫描仪获取艺术学院牌楼三维数据，造精美水晶礼品

南京艺术学院创立时间最早可追溯到1912年，在百年的历史沿革中，造就了许多有着历史特色的建筑，其中有着“上海美术专门学校”的牌楼成为了最具代表性的标志性建筑之一。

A.项目概述：

南京艺术学院百年校庆之际，将标志性建筑牌楼雕刻在精美立体的水晶内雕制品中，通过立体、清晰、精细的三维内雕效果展示学院风貌，是理想的校庆礼品。

B.技术手段：

使用大空间三维扫描技术对牌楼进行三维扫描，获取牌楼完整三维数据，通过软件对三维扫描仪获取到的这些数据进行适当处理，转化成三维雕刻数据格式进行三维激光雕刻，从而制造做精美的三维立体水晶内雕礼品。

C.被扫描建筑信息

大小尺寸：

6m*3m*1m

材质：

石头

实物照片：

D.数据处理

1.模型完善与简化

完善后的模型显示点染色贴图

2.模型贴图、模型算点

由先临三维自主研发的三维扫描仪获取到的部分STL数据截图

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o3D打印机对传统制造业会带来哪些冲击

∙3D打印机对传统制造业会带来哪些冲击

3D打印产业上游包括材料技术、控制技术、光机电技术、软件技术，中游是立足于信息技术的数字化平台，下游涉及国防科工、航空航天、汽车摩配、家电电子、医疗卫生、文化创意等行业，其发展将会深刻影响先进制造业、工业设计业、生产性服务业、文化创意业、电子商务业及制造业信息化工程。

3D打印机给传统制造业带来的冲击，大致有以下几点：

1.3D打印技术的发展满足了消费者的需求，将导致工业制造模式的变化

相比生产大规模标准化产品的模具制造，3D打印可以在一定约束下随意生产制作个性化产品，可称之为“大规模定制制造模式”，是以互联网为支撑的智能化大规模定制的方式，或者是“分散生产，就地销售”方式，标志着个性化消费时代的到来。

从前，消费者都是在店里挑选、购买已经生产好的商品，现在则可以根据各自的需求，在“3D打印店”定制，边生产边体验，及时获得自己喜欢的产品。

2.3D打印技术具备传统模具制造没有的独特优势

3D打印技术是不受产品结构和形状的限制的，任何复杂的造型和结构，只要有CAD数据，都可以轻松完成，这样就给个性化、定制化提供了可能性；

而且使用3D打印技术，是不需要开模具的，实现了无模化制造，可使新产品研制的成本下降为传统方式的1/3-1/5，周期缩短为1/5-1/10。

再加上3D打印设备大部分可以实现无人值守、24小时不间断加工，也就为厂商节约了人工成本，提高了生产效率。

3D打印的后期辅助加工量大大减小，避免了委外加工的数据泄密和时间跨度，尤其适合一些高保密性的行业，如军工、核电领域。

3D打印技术“打印”的产品是自然无缝连接的，一体成型，结构之间的稳固性和连接强度要远远高于传统方法。

3.3D打印技术符合低碳环保的发展理念

“第三次工业革命”概念的真正兴起和全球化传播，与全球可持续发展面临的压力息息相关。

具体来说：

一是至20世纪80年代，石油和其他化石能源的日渐枯竭，及随之而来的全球气候变化给人类的持续生存带来了危机。

二是化石燃料驱动的原有工业经济模式，不再能支撑全球的可持续发展，需要寻求一种使人类进入“后碳”时代的新模式。

3D打印技术适逢其会，以绿色、节能、低碳、环保的全新姿态迅速得到了全球政府和机构的认可和信赖。

3D打印采用的是加法式制造技术，区别与传统的减法式、铣削

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