3D打印技术PPT课件.pptx

1、,3D打印技术,2013年5月5日，25岁的德克萨斯大学法律系学生科 迪威尔森首次完全使用3D打印技术制造出一把手枪，并成 功发射了子弹，随后他把手枪的设计图纸发布在自己的网站 DEFCAD上，自从上传3D打印手枪图纸以来两天，下载量 就已超过10万次。,3D打印技术，是一种以数字模型文件为基础，运用粉 末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构 造物体的新型成型技术。3D打印作为一种新型的快速成型技术，目前正受到越 来越多的关注。2012年英国经济学人杂志制作专题论 述了当今工业领域正在经历的第三次革命，认为这次革命 是互联网和新材料、新能源相结合的工业革命，3D打印技 术作为“第三

2、次工业革命的重要标志”，将成为改变未来 世界新的创造性科技。,一、概述,二、原理及特点,原理：3D打印是利用设计产品的3D数据，采用分层、叠加 成形的原理进行打印，其工艺流程一般可分为三维建模、数据分割、打印、后处理四步。三维建模分割三维数据成二维打印后处理1、三维建模三维建模是3D打印的基础，即在打印之前需在三维 软件中对所制作产品进行建模，因此3D打印需计算机辅助设计(CAD)技术的参与。建模过程可使用AutoCAD、Pro/e、Solidworks等主流软件完成，需注意的是在整 个建模过程中产品尺寸要准确无误，打印机是严格根据 这些数据来控制产品最终外形的。,2、分割三维数据成二维数据在

3、三维建模完成后，打印机将三维数据分割为二维数据，即把整个三维模型沿水平面“切割”成一定数量的二维薄片，对应每一个薄片生成其平面尺寸数据。此过程是在打印机内 部完成的，切成薄片的数量是由制作材料及打印机自身决定 的，理论上讲，分割的层数越多(薄片数量越多)，将来打印 出的产品尺寸也就越接近于原始设计数据。,3、打印,打印时可看到喷嘴中喷出的材料形成的二维图形，过程类似于喷墨打印机，所不同的是喷墨打印机逐行喷 绘完整个图案时即结束工作，而3D打印机在完成了第 一层喷绘后会在其基础上进行第二层喷绘，数据分割流 程中产生了多少薄片就进行相应数量层数的喷绘。由此 可见，3D打印实际是利用材料自身厚度经逐

4、层堆积后 形成三维产品的，各层之间的结合一般是靠喷嘴中喷出 的胶水来粘接，固打印时可看到喷一层材料粉末，再喷 一层胶水的工艺过程。,4、后处理,打印好的三维产品要经过后处理才能出厂或使用，后 处理工艺一般包括剥离、固化、修整、上色等。此类设备 在运行时会先在产品底部喷出一定高度的底座来，然后在 此基础上打印正式产品，这样做的好处是可避免因产品底 部与工作台直接接触在剥离时而成的损坏，因此当打印好 后只需将此底座整个拿下并仔细与产品剥离即可。对于使 用树脂等材料加工的产品还需进行光固化，固化后在经一 定的细节修整和上色等工艺就可完成整个打印过程。总的来说，其原理很简单，每一层的打印过程分为两 步

5、，首先在需要成型的区域喷洒一层特殊胶水，胶水液滴 本身很小，且不易扩散。然后是喷洒一层均匀的粉末，粉 末遇到胶水会迅速固化黏结，而没有胶水的区域仍保持松 散状态。这样在一层胶水一层粉末的交替下，实体模型将 会被打印成型。完成后，要处理掉物品周围沾满的粉末，这是可以循环利用的，再涂上增强硬度的胶水。,特点：优点：最直接的好处就是节省材料，不用剔除边角料，提高材 料利用率，通过摒弃生产线而降低了成本；在可以表现出外形曲线上的设计的同时能做到很高的精 度和复杂程度；相对制作周期短：相对传统产品塑形来说，3D打印的制 作周期无疑是更短的，因其不用专门制作模具，更无需将 各部件分多种加工工艺来生产，直接

6、根据三维建模数据来 生成整个外观或各零部件进行装配，并且可胜任传统加工 无法制造的复杂外形，因此3D打印就具备大大提升生产效 率的先天优势。它可以自动、快速、直接和精确地将计算机中的设计转 化为模型，甚至直接制造零件或模具，从而有效的缩短产 品研发周期；,5.3D打印能在数小时内成形。它让设计人员和开发人员 实现了从平面图到实体的飞跃；6.是它能打印出组装好的产品，因此它大大降低了组装成 本。它甚至可以挑战大规模生产方式。不足：任何一个产品都应该具有功能性，而如今由于受材料 等因素限制，通过3D打印制造出来的产品在实用性上要 打一个问号。1.存在成本高、工时长的软肋：3D打印仍是非常昂贵的 技

7、术，由于用于增材制造的材料研发难度大等原因，导 致3D打印制造成本较高，一般达到每克10100元；制 造效率不高，尤其在金属材料成形方面，大约每小时1003000克。目前增材制造技术在我国主要应用于产品研 发，且制造成本高，制造效率低，制造精度尚不能令人 满意。3D打印目前并不能取代传统制造业。,在规模化生产方面尚不具备优势：目前3D打印技术尚 不具备取代传统制造业的条件，在大批量制造等方面，高效低成本的传统减材制造法更胜一筹。3D打印技术目 前尚且不具备直接生产像汽车这样复杂的混合材料产品，即使该技术在未来取得长足进步，完全打印一辆车只怕 要耗时好几个月，在成本上远远高于大规模生产车时均 摊

8、到每辆车上的成本。所以，对于生产有大量刚性需求 的产品来说，具有规模经济优势的大规模生产仍比重点 放在个性化、可定制的3D打印生产方式更加经济。使用材料比较单一：现在真正利用在工业制造领域的3D打印产品还非常有限，更多的是用来做模型、模具来 减化生产环节。而在民用方面，3D打印更像是工艺品的 一种制造方法，实用性也非常有限。3D打印材料需求的 丰富性可能还需要10年左右，才能突破现在的瓶颈。,3D打印机,三、主要打印材料的性能与特点,ABS系列材料：ABS稳定的材料特性，有助进行准确的功能性测试；优越的机械性能及热性能材料，能够制作贴近真实产品的3D原型；不同型号材料有不同性能指标。光敏树脂材

9、料：性能和特点接近ABS材料的光敏树脂，表面细节光滑细腻;世界上唯一能够在一个 单一的三维打印模型结合不同的成型材料添加剂层制造（软硬胶结合、透明与不透 明材料结合）。蜡质材料：喷蜡立体打印，表面光滑；蜡模生产系统，用于精密铸造，超越以前纯模型制作与 展示功能。可用于标准熔模材料和铸造工艺的熔模铸造应用，是制作珠宝、服饰、医疗器械、机械部件、雕塑、复制品、收藏品进行石蜡模型失蜡铸造工艺。,尼龙系列材料：以固体粉末材料直接成型三维实体零件，不受零件形状复杂程度的限制，不需要任 何的工装模具，直接将CAD三维模型转换为实体零件。具有杰出的机械性能和耐温 性能，常用于功能原型的制作。表面相对来讲比较

10、粗糙，但都能充分满足设计师所 要表达样件功能验证效果。,高性能复合石膏材料：提供丰富颜色选项目，从64种基本色到无限延伸的颜色组合，满足不同需求；表面 相对来讲比较粗糙，但都能满足设计所要表达效果。非常适合制鞋、服装、手袋、建 筑模型、玩具设计外观表现效果表达和3D照相馆人像和个性化定制。,材料-taulman 645,Taulman3D日前宣布推出一款采用1.75mm尼龙聚合物的名为taulman 645打印 材料。taulman 645具有非常高的强度，耐久性和优异的粘连性。Taulman3D官 方称目前该款3D打印材料的成型效果甚至与金属材料相媲美。,高强度超耐用的注塑材料,3D Sys

11、tems发布了最新的注塑材料VisiJet M3 Black,这种新材料主要提供给 ProJet 3500/3510 professional 工业级3D打印机使用。VisiJet M3 Black是 目前3D Systems推出的最结实和最耐用的材料，它有点类似注塑的材料，能够 经受严格的测试与使用。VisiJet M3 Black非常适用于各种卡扣结构和强度要求非 常高的应用场合。,具有韧性可弯曲的新材料,Bendlay材料特征：1、颜色清澈像聚碳酸酯。2、打印温度介于215C到240C之间。3、最好的粘附性在温度达到240C的时 候4、热稳定性与PLA材料接近5、Bendlay是由ABS

12、改进而来，打印的成 品适用于食物包装和医疗器械。6、吸水率仅为ABS材料的30%。7、应力弯曲后不会出现白点。8、可溶于丙酮，可使用丙酮对Bendlay材 料表面进行抛光处理。Orbi-Tech是德国著名的3D打印丝材制造商，其发布了最新研发的打印丝材-BendLay。是由著名的德国设计师Kai Parthy主持研发的。Bendlay是一种具 有弹性的材料，该材料的特性就在于可弯曲并且有弹性。“当ABS太硬、PLA又 不够紧密的时候，Bendlay就有用武之地了。”,新型尼龙丝材,意大利3NTR公司推出了一种专门为3D打印机配备的新型尼龙丝材。这种直径为 3mm的聚酰胺-6丝材由99.9PA6

13、聚合物、无玻璃纤维和0.1的肥皂缓和处理 而成，且不含塑化剂。这种材料在灵活性上比不上Taulman的尼龙材料，但是在 打印支撑结构时其抗腐蚀和动态负载的特性就是明显的优势。这种聚酰胺-6材料有点类似ABS，打印的温度在240280摄氏度之间，层厚设置小于0.25mm时其能发挥最佳的打印效果。支持的最高打印速度为70m/s，当打印速度为40m/s时能获得最大的粘附力。,新型弹性材料,知名3D打印服务商Shapeways近日发明一种名为Elasto Plastic的新型弹性3D打 印材料。其最大的特点是即使成型之后，仍然具有一定的柔韧性，支持外界用力挤 压、扭曲甚至是拉扯等，并且弹性十足，回弹效

14、果十分出色。有趣的是，它还能够防水，可以作为容纳液体的容器使用。据悉这里材料支持3D激光打印机层层烧结成型。不过它并不耐火、高温和不太适合制作细小的物件。目前它还处理测试阶段。,新型生物降解材料,目前，3D打印技术打印材料多是环氧乙稀塑料（环氧乙稀树脂），这是一种耐久 物质，但是打印出的物体光滑度不行。几家公司正在研究其他一些可兼容材料，这些材料也可以被熔融沉积型打印机兼容。美国波特兰市的“潮流设计”建筑设计工作室里，已研究出一些持久并可生物降 解的打印材料，这些材料使打印物独特纹理和光滑表面。盐，水泥，尼龙或者木浆 和纸浆都是可能的材料。物体表面被涂了一层清漆或是使用了加固配件以保持物 体的

15、耐久性。,材料-Laywood-D3,德国Laywood-D3丝材是非常常用的打印材料，主要是由PLA和木粉混合 制成的。打印出来的物件材质手感很不错，还带有特殊的木质香气。材料 硬度不高，容易变形，不适合需要承载高强度应力的应用。,彩色618尼龙材料,Taulman的“618”高强度尼龙聚合材料是专门为3D打印设计的材料。618材料 虽然非常轻巧，但具有高的强度和耐久性。高强度的“618”尼龙材料另一个优点 是，它很容易通过使用标准的织物染料（纺织品和纸张类染料）易进行染色。你 可以非常简单地把材料染成任何你喜欢的颜色。染色后的材料可以正常地进行打 印，唯一不同的是打印温度上升至235。,超

16、韧性材料,巴黎时装周上模特在T台展示3D打印时装，是由 Materialise公司发明的一种新 材料：TPU92A-1构成，这种材料超强的物理性能。这种材料拥有非常好的弹性 和韧性，能够在受到高强外力的情况下快速恢复原来形状。,可溶解支撑材料,HIPS意思是高抗冲聚苯乙烯，是全世界用于生产使用最多的高分子材料。因为 它的强度、卫生、蓄热等特性，也被广泛的应用在食品包装上。它外表白色且光 亮并且被认为对人类和动物没有毒性。HIPS在柠檬烯中是可溶的，柠檬烯是一种无色伴有橘子的味道的液烃。,四、应用,理论上来讲，3D打印技术可用于各个领域，以下列 举的是目前3D打印涉足较多且取得较好效果的行业，相 信随着技术的进一步发展，3D打印终将出现在各行各业 的日常生产及应用中。,医疗,美国一家儿科医学中心 利用3D打印技术成功制 造出全球第一颗人类心 脏，这颗用塑料打印出 的心脏可以像正常人类 心脏一样正常跳动。外 科医生能够利用3D打印 心脏来练习复杂的手术。,3D打印血管德 国 Fraunhofer institutes的跨学科研 究小组宣布，解开了 3D打印血管的奥秘。,3D打印骨头 Ope