三维打印综述

1、 三维打印三维打印学号： xxxxx姓名： xxxxCAD技术与方法技术与方法 第一节第一节 三维打印的三维打印的定义定义 第三节第三节 研究现状研究现状综述综述 第四节第四节 研究方向的研究方向的探讨与总结探讨与总结 第二节第二节 三维打印的三维打印的优缺点优缺点 主要内容主要内容( 附：参考文献 )三维打印（Three Dimensional Printing，3DP）是一种基于微喷技术，从喷嘴喷射出液态微滴或连续的熔融材料束，按一定路径逐层堆积成形的快速成形（Rapid Prototyping，RP）技术，最早是由美国麻省理工大学（MIT）开发。三维打印的定义三维打印的定义从广义上来说，

2、大多数的增量叠层制造技术，如熔融塑料涂层（FDM），选择性激光烧结（SLS），光固化立体造型（SLA）和激光熔融（SLM）都可视为三维打印。（1）运行成本低、操作简单、成形无污染、适合办公室环境、打印速度快、可制作精细、复杂的零件、适合小批量订制。三维打印的三维打印的优优缺缺1（2）三维打印是一种直接数字化制造（Direct Digital Manufacturing），根据三维CAD模型进行分层切片得到各层截面的二维轮廓形状，从而应用增材制造技术可直接制造出产品。不仅省略了零件加工、装配等中间工序，且无需昂贵的刀具或模具。（3）三维打印无需考虑产品的工艺性，结构和形状是否复杂，其设计思想并不

3、受限于传统制造方法，可使零部件结构设计更加合理、质量更轻、材料更节省。例如，对于航空航天产品而言，每轻1kg都会使得产品性能和经济效益大幅度提升。三维打印的三维打印的优优缺缺2（4）三维打印可制造完全定制或个性化的独特产品，同时在未售出之前只需存储在计算机中，无需实体仓库。（5）三维打印能同时处理多种材料、制造复杂结构，因此在特殊材料的成型和功能梯度成型方面有强大的优势，在国外已被广泛应用于生物医学领域和微细加工领域等特殊场合。三维打印的三维打印的优优缺缺3（1）与塑料注射机等成熟的大批量成形技术相比，三维打印的成本过高；与传统切削加工技术相比，产品的尺寸精度较低、表面精度较差（可能会影响产品

4、某些性能，如空气动力学性能）。（2）材料限制。三维打印可选择的材料范围较窄，大多数是非金属复合材料或聚合物材料，多材料的打印技术还比较单调。三维打印的优三维打印的优缺缺1（3）格式转换中容易出现模型面结构破损或发现不正确的问题，需要模型修复。（4）由于二维切层单方面罗列，打印表面出现颗粒效果、层纹，即台阶效应。三维打印的优三维打印的优缺缺2三维打印机介绍三维打印机介绍*一、一、提高提高3D打印制件的机械性能、表面质量和精度一直是一个打印制件的机械性能、表面质量和精度一直是一个重要的研究方向。重要的研究方向。研究现状综述研究现状综述11. Kathy Lu, Matthew Hiser 用不同的

5、尺寸的颗粒粉末（20um150um）通过3D打印同一网格结构件，对比了它们的表面成形质量，得出了粉末颗粒越小，用其印制出的构件毛胚强度越大、表面质量越光滑一、一、提高提高3D打印制件的机械性能、表面质量和精度一直是一个打印制件的机械性能、表面质量和精度一直是一个重要的研究方向。重要的研究方向。研究现状综述研究现状综述22.Mohammad Vaezi 研究了不同层厚（0.087mm，0.1mm）和不同粘结剂的饱和度（90%125%）对机械性能、表面精度的影响。通过实验证明相同层厚下，拉伸强度和抗挠强度随着粘结剂的饱和度上升而上升，而表面质量下降；相同饱和度的粘结剂下，增加层厚会减小抗拉伸强度，

6、增加抗挠强度和表面质量一、一、提高提高3D打印制件的机械性能、表面质量和精度一直是一个打印制件的机械性能、表面质量和精度一直是一个重要的研究方向。重要的研究方向。研究现状综述研究现状综述33.Jintamai Suwanprateeb 提出了一种粘结剂双渗透法用于3D打印，在潮湿环境下减少打印件的吸水率，显著的提高它的机械性能，适用于生物医生领域。一、一、提高提高3D打印制件的机械性能、表面质量和精度一直是一个打印制件的机械性能、表面质量和精度一直是一个重要的研究方向。重要的研究方向。研究现状综述研究现状综述44.C.Aghanajafi 和 S.Daneshmand 用普通全钢制的炮弹模型和

7、部分用3D打印代替的炮弹模型在不同马赫数、不同攻角进行了风洞测试，得出了后者由于制件表面质量及精度影响在空气动力学特性上与前者略有差别，但趋势相同。二、二、多材料模型的成型技术也是三维打印的一个研究热点，近多材料模型的成型技术也是三维打印的一个研究热点，近年来取得有一定进展。年来取得有一定进展。研究现状综述研究现状综述51. Yakovlev等研究了具有梯度材料的三维物体的激光直接成型方法。2. Choi等采用基于拓扑层次的路径规划研究了多材料叠层制造工艺。二、二、多材料模型的成型技术也是三维打印的一个研究热点，近多材料模型的成型技术也是三维打印的一个研究热点，近年来取得有一定进展。年来取得有

8、一定进展。研究现状综述研究现状综述63.在2013年的Siggreph会议上，麻省理工学院（MIT）计算机与人工智能实验室（CSAIL）的研究人员介绍了受渲染管线原理启发而开发的用于多材料复杂结构3D打印的软件OpenFab，它首先实现了可编程和可扩展制造管线，支持几何细节、材料组成、着色的程序化评估，能够轻松高效的绘制多材料3D打印模型。二、二、多材料模型的成型技术也是三维打印的一个研究热点，近多材料模型的成型技术也是三维打印的一个研究热点，近年来取得有一定进展。年来取得有一定进展。研究现状综述研究现状综述74. 解决多材料3D打印最突出的一个问题如何根据构件的功能或性能描述来计算出构件的材

9、料组成（Specification to fabrication, Spec2Fab）,Desai Chen和David I.W.Levin等人提出了一种基于“减速树”和调“调谐器网络”两种新的数据结构的抽象机制用于简化已有的相关算法设计、发展、实施和重用。 三、国内研究现状三、国内研究现状研究现状综述研究现状综述31. 国内张曙、伍咏辉等人介绍了三维打印在产品的概念原型与功能原型件制造、生物医学工程、制药工程和微制造领域内的最新进展以及展望了其灿烂的应用前景。2. 李晓燕等人介绍了简单三维打印系统的开发实例和成形参数对零件制作质量的影响；利用均匀设计的方法对三维打印所用成形粉末配方进行了研究

10、，建立了粉末配方的多目标优化模型。三、国内研究现状三、国内研究现状研究现状综述研究现状综述33. 刘厚才、储爱民等人研究了三维打印的制作方向对零件表面的质量的影响，建立了与之相对的优化应数学模型，求出了最优制作方向以提高零件的表面质量，较好的解决了三维打印普遍存在的台阶效应问题。另外，针对三维打印快速成型层面位图的生成算法，他们还提出一种具有良好鲁棒性基于轮廓边的快速求交算法。4. 王天明、颜永年等人概述了当前三维打印的研究热点以及预测了其发展趋势。在设计的角度而言，3D打印的出现实现了“manufacturing-to-design”（面向设计的制造），使得设计的自由度大大增加。制造的功能零

11、件不仅无结构与形状的限制，而且可以具有材料梯度、结构梯度和特殊空隙的复杂而又精密的形状。从打印过程来看，前半部是一种典型的虚拟制造，后半部由CAD模型数据驱动喷头进行打印，所以可分别从这两方面进行研究：研究方向的探讨与总结研究方向的探讨与总结1一、算法改进：（1）改良3D打印层面位图的生成算法。（2）面向用户，改进基于几何与材质对打印模型结构进行分析优化的算法（简单、可靠、计算量小）。（3）研究3D打印零件最优制作方向。研究方向的探讨与总结研究方向的探讨与总结2二、打印工艺参数的优化：（1）研究3D打印机本身的参数（喷头到粉末层的距离、层厚、喷射扫描速度、铺粉棍运参数、打印后处理工艺）对成形件

12、的表面质量和精度及机械性能的影响，并进行优化。（2）研究成形材料参数（粉末配方、粉末颗粒大小、粘结剂饱和度）对制件成形质量的影响，并进行优化。 （3）数字化材料的设计与优化。 1、彩色STL模型的建立与切片。 2、异质材料3D打印技术的算法研究与软件开发。 3、多个数字化打印喷头的路径规划。研究方向的探讨与总结研究方向的探讨与总结3三、其他热点： 1LM三维实体文件的输出格式（STL-?）：STL文件格式分层处理是RP行业的标准。将实体进行表面三角化处理的这种方法会对原型的堆砌带来原理性的误差。未来趋势是直接对STEP或NURBS处理过的实体模型进行分层。 2. 可变的分层厚度：通过分层厚 度算法实现在曲率变化平缓的区域分层厚度大一些，在曲率变化急剧的区域分层厚度小些，既可以提高打印效率又可以有效的