三维打印快速成型工艺分析学习教案

1、三维打印三维打印(d yn)快速成型工艺分析快速成型工艺分析第一页，共46页。第1页/共45页第二页，共46页。12喷墨式三维打印快速喷墨式三维打印快速(kui s)成型工艺成型工艺三维打印三维打印(d yn)快速成型设备及快速成型设备及材料材料三维喷涂粘结快速成型三维喷涂粘结快速成型(chngxng)工艺工艺34其他快速成型工艺其他快速成型工艺第2页/共45页第三页，共46页。第一节 三维喷涂粘结快速(kui s)成型工艺第3页/共45页第四页，共46页。图图6-1 6-1 三维喷涂粘结三维喷涂粘结(zhn ji)(zhn ji)工艺原理工艺原理 以粉末作为成型(chngxng)材料的3DP

2、的工艺原理如图6-1所示。首先按照设定的层厚进行铺粉，随后根据当前叠层的截面信息，利用喷嘴按指定路径将液态粘结剂喷在预先铺好的粉层特定区域，之后工作台下降一个层厚的距离，继续进行下一叠层的铺粉，逐层粘结后去除多余底料便得到所需形状制件。第一节 三维喷涂粘结快速成型(chngxng)工艺第4页/共45页第五页，共46页。第一节 三维喷涂粘结(zhn ji)快速成型工艺 三维喷涂粘结快速成型技术在制造模型时也存在许多缺点，如果使用粉状材料，其模型精度和表面粗糙度比较差，零件易变形甚至出现裂纹等，模型强度较低，这些都是该技术目前需要(xyo)解决的问题。第5页/共45页第六页，共46页。第一节 三维

3、喷涂粘结快速成型(chngxng)工艺第6页/共45页第七页，共46页。第一节 三维喷涂粘结快速(kui s)成型工艺第7页/共45页第八页，共46页。 a) a) 结构结构(jigu)(jigu)陶瓷制品陶瓷制品 b) b) 注射模具注射模具图图6-2 6-2 采用采用3DP3DP工艺制作的结构工艺制作的结构(jigu)(jigu)陶瓷制品和注射模陶瓷制品和注射模具具图图6-3 6-3 经过经过(jnggu)3DP(jnggu)3DP工艺制作的金属制件工艺制作的金属制件第一节 三维喷涂粘结快速成型(chngxng)工艺第8页/共45页第九页，共46页。第一节 三维喷涂粘结快速成型(chngx

4、ng)工艺第9页/共45页第十页，共46页。一是喷涂粘结时制作的模型坯的精度，二是模型坯经后续一是喷涂粘结时制作的模型坯的精度，二是模型坯经后续(hux)(hux)处理处理( (焙烧焙烧) )后的精度。后的精度。第一节 三维喷涂粘结(zhn ji)快速成型工艺第10页/共45页第十一页，共46页。12喷墨式三维打印喷墨式三维打印(d yn)快速成型快速成型工艺工艺三维打印三维打印(d yn)快速成型设备及快速成型设备及材料材料三维喷涂粘结快速成型三维喷涂粘结快速成型(chngxng)工艺工艺34其他快速成型工艺其他快速成型工艺第11页/共45页第十二页，共46页。第二节 喷墨式三维打印快速成型

5、(chngxng)工艺zxyMJM喷头工作台原材料图图6-4 多喷嘴多喷嘴(pnzu)喷墨三维打印原理喷墨三维打印原理 像三维喷涂粘结快速成型工艺的建造过程类似于SLS工艺一样，喷墨式三维打印快速成型工艺的建造过程类似于FDM工艺。喷墨式三维打印快速成型设备的喷头更像喷墨式打印机的打印头。与喷涂粘结工艺显著不同之处是其累积(lij)的叠层不是通过铺粉后喷射粘结液固化形成的，而是从喷射头直接喷射液态的工程塑料瞬间凝固而形成薄层。 多喷嘴喷射成型为喷墨式三维打印设备的主要成型方式，喷嘴呈线性分布。喷嘴数量越来越多，打印精度（分辨率）越来越高，如3D Systems公司的ProJet6000型设备的

6、特清晰打印模式（XHD）的打印精度为0.075mm，层厚为0.05mm。微熔滴直径的大小决定了其成型的精度或打印分辨率，喷嘴的数量多少决定了成型效率的高低。第12页/共45页第十三页，共46页。12喷墨式三维打印快速成型喷墨式三维打印快速成型(chngxng)工艺工艺三维打印三维打印(d yn)快速成型设备及快速成型设备及材料材料三维喷涂粘结快速三维喷涂粘结快速(kui s)成型成型工艺工艺34其他快速成型工艺其他快速成型工艺第13页/共45页第十四页，共46页。第三节 三维打印快速成型设备(shbi)及材料第14页/共45页第十五页，共46页。第三节 三维打印快速(kui s)成型设备及材料

7、第15页/共45页第十六页，共46页。图图6-2 Z Corp6-2 Z Corp公司的公司的Z150Z150设备及其制作设备及其制作(zhzu)(zhzu)的白的白色模型色模型 图图6-3 Z Corp6-3 Z Corp公司公司(n s)(n s)的的Z250Z250设备及其制作的彩色模设备及其制作的彩色模型型第三节 三维打印快速成型(chngxng)设备及材料第16页/共45页第十七页，共46页。 图图6-4 Z Corp6-4 Z Corp公司的公司的Z350Z350设备及其制作的白色设备及其制作的白色(bis)(bis)模模型型第三节 三维打印(d yn)快速成型设备及材料第17页/

8、共45页第十八页，共46页。 图图6-5 Z Corp6-5 Z Corp公司的公司的Z650Z650设备设备(shbi)(shbi)及其制作的彩色模型及其制作的彩色模型第三节 三维打印快速成型设备(shbi)及材料第18页/共45页第十九页，共46页。第三节 三维打印快速成型设备(shbi)及材料第19页/共45页第二十页，共46页。a) Connex500 b) Connex350V图图6-7 Objet6-7 Objet公司的公司的ConnexConnex型号型号(xngho)(xngho)设备设备图图6-8 Objet6-8 Objet公司公司(n s)(n s)的的Objet260O

9、bjet260型号设备型号设备第三节 三维打印(d yn)快速成型设备及材料第20页/共45页第二十一页，共46页。图图6-9 Objet6-9 Objet公司公司(n s)(n s)的的EdenEden型号型号设备设备a) Objet24 b) Objet30图图6-10 Objet6-10 Objet公司公司(n s)(n s)的的EdenEden型号型号设备设备第三节 三维打印快速(kui s)成型设备及材料第21页/共45页第二十二页，共46页。第三节 三维打印快速(kui s)成型设备及材料第22页/共45页第二十三页，共46页。第三节 三维打印快速成型设备(shbi)及材料第23页

10、/共45页第二十四页，共46页。第三节 三维打印(d yn)快速成型设备及材料第24页/共45页第二十五页，共46页。图图6-11 3D Systems6-11 3D Systems公司公司(n s)(n s)的的GilderGilder三维打印三维打印机机第三节 三维打印快速成型设备(shbi)及材料第25页/共45页第二十六页，共46页。图图6-12 3D Systems6-12 3D Systems公司公司(n s)(n s)的的3D Touch3D Touch三三维打印机维打印机第三节 三维打印快速成型(chngxng)设备及材料第26页/共45页第二十七页，共46页。第三节 三维打印

11、(d yn)快速成型设备及材料 ProJet 1000&1500个人打印机及V-Flash 个人打印机具有更高的打印分辨率和速度、更明亮的色彩(sci)及打印的模型耐久性更好，其设备主要参数如表6-6所示，使用材料为VisiJet FTI，其性能如表6-7所示。第27页/共45页第二十八页，共46页。第三节 三维打印(d yn)快速成型设备及材料第28页/共45页第二十九页，共46页。第三节 三维打印快速成型(chngxng)设备及材料第29页/共45页第三十页，共46页。第三节 三维打印快速成型(chngxng)设备及材料第30页/共45页第三十一页，共46页。图图6-14 3D S

12、ystems6-14 3D Systems公司公司(n s)(n s)的的ProJet ProJet SD 3000SD 3000三维打印机三维打印机图图6-15 3D Systems6-15 3D Systems公司公司(n (n s)s)的的ProJet 5000ProJet 5000三维打印机三维打印机图图6-16 3D Systems6-16 3D Systems公司公司(n s)(n s)的的ProJet 6000ProJet 6000三维打印机三维打印机第三节 三维打印快速成型设备及材料第31页/共45页第三十二页，共46页。12喷墨式三维打印快速成型喷墨式三维打印快速成型(chn

13、gxng)工艺工艺三维打印快速成型设备三维打印快速成型设备(shbi)及及材料材料三维喷涂粘结三维喷涂粘结(zhn ji)快速成型快速成型工艺工艺34其他快速成型工艺其他快速成型工艺第32页/共45页第三十三页，共46页。第四节 其他快速成型(chngxng)工艺激光净成型电子束选区熔化电子束熔丝层积细胞三维结构的增材制造成形(chn xn)金属微滴3D打印成形(chn xn)第33页/共45页第三十四页，共46页。激光近成形技术的基本原理如图1所示。首先在计算机中生成零件的三维CAD实体模型，然后将模型按一定的厚度切片分层，即将零件的三维形状信息转换成一系列二维轮廓信息，随后(suhu)在数

14、控系统的控制下，用同步送粉激光熔覆的方法将金属粉末材料按照一定的填充路径在一定的基材上逐点填满给定的二维形状，重复这一过程逐层堆积形成三维实体零件。原则上也可以采用同步送丝激光熔覆的方法来成形零件。激光(jgung)净成型第34页/共45页第三十五页，共46页。第35页/共45页第三十六页，共46页。第36页/共45页第三十七页，共46页。电子束熔丝层积在真空环境中，利用高能量密度(md)的电子束熔化送进的金属丝材，按照计算机预先规划的路径层层堆积，形成致密的冶金结合，直至制造出近净成形的零件与毛坯。国外也称为电子束直接制造技术（Electron Beam Direc Manufacturin

15、g，EBDM）。由于成形速度快，往往尺寸精度及表面质量不高，成形后还需进行少量的数控加工。适用于航空航天飞行器大型整体金属结构的快速、低成本制造。第37页/共45页第三十八页，共46页。第38页/共45页第三十九页，共46页。电子束选区(xunq)熔化工艺原理:电子束选区熔化成形技术（Electron Beam selective melting,EBSM）是利用电子束为能量源，在真空保护下高速扫描加热预置的粉末，通过逐层熔化叠加，直接(zhji)自由成形多孔、致密或多孔-致密复合三维产品的技术。其工作原理如图所示。首先，在工作台上铺一薄层粉末，电子束在电磁偏转线圈的作用下由计算机控制，根据制

16、件各层截面的CAD数据有选择地对粉末层进行扫描熔化，未被熔化的粉末仍呈松散状，可作为支撑；一层加工完成后，工作台下降一个层厚的高度，再进行下一层铺粉和熔化，同时新熔化层与前一层熔合为一体；重复上述过程到制件加工完后从真空箱中取出，用高压空气吹出松散粉末，得到三维零件。第39页/共45页第四十页，共46页。第40页/共45页第四十一页，共46页。细胞三维结构(jigu)的增材制造成形细胞三维结构对于生理和病理研究、药物筛选及其毒副作用研究、癌细胞生长研究以及细胞高密度培养等都具有重要的意义，其终极目标是实现人工组织或器官的制造。细胞三维结构的制造，将制造科学的研究领域由无生命材料，向生命材料扩展

17、(kuzhn)，但同时也提出了巨大的挑战。第41页/共45页第四十二页，共46页。金属微滴金属微滴3D打印打印(d yn)成形成形金属微滴3D打印技术是一种(y zhn)融合了熔滴按需喷射、快速原型技术和快速凝固技术，以“原材料逐层堆积”为成形思想的一种(y zhn)新型金属零件直接制造方法，该技术原理下图所示。在保护环境中，金属微滴喷射器可喷射出尺寸均匀的金属微滴，然后精准地控制这些均匀微滴在运动平台上进行逐点、逐层的堆积，同时控制运动平台的运动轨迹，以成形出具有复杂形状的三维实体金属零件。微滴在成形零件的过程中，直接依靠熔滴自身的热量与基体在结合界面处发生局部重熔，实现熔滴间的冶金结合，由于熔滴直径较小，其冷却与凝固速度较快，可使得成形零件的组织较为细小均匀，以有效提高成形制件的力学性能。第42页/共45页第四十三页，共46页。微电子元件微电子元件3D打印打印(d yn)新技术新技术在微电子工业中，三维打印设备(shbi)可用于多种材料的喷