D打印技术工艺研究分析

1、3D打印技术工艺研讨分析Contents3D打印的定义13D打印的开展历史23D打印过程33D打印的优缺陷4.3D打印技术目前存在的问题53D打印的运用63D打印资料73D打印各项技术的工艺原理及其特点8.3D打印产品精度影响要素及工艺参数的控制9打印件翘曲缘由分析103D打印技术减少翘曲变形的措施11.3D打印的定义 3D打印即快速成型技术的一种，它是一种以数字模型文件为根底，运用粉末状金属或塑料等可粘合资料，经过逐层打印的方式来构造物体的技术。.3D打印的开展历史1986年，Charles Hull开发了第一台商业3D印刷机。1993年，麻省理工学院获3D印刷技术专利。1995年，美国ZC

2、orp公司从麻省理工学院获得独一授权并开场开发3D打印机。2005年，市场上首个高明晰彩色3D打印机Spectrum Z510由ZCorp公司研制胜利。2021年11月，世界上第一辆由3D打印机打印而成的汽车Urbee问世。.3D打印汽车Urbee.2021年6月6日，发布了全球第一款3D打印的比基尼。2021年7月，英国研讨人员开发出世界上第一台3D巧克力打印机。世界上第一台3D巧克力打印机巧克力打印机的作品.2021年8月，南安普敦大学的工程师们开发出世界上第一架3D打印的飞机。第一架3D打印的飞机2021年11月，苏格兰科学家利用人体细胞初次用3D打印机打印出人造肝脏组织。 .2021年

3、10月，全球初次胜利拍卖一款名为“ONO之神的3D打印艺术品。.2021年11月，美国德克萨斯州奥斯汀的3D打印公司“固体概念设计制造出3D打印金属手枪。.3D打印金属手枪缺陷： 仅限于短周期或者是短时间内的运用，没有方法在长时间内满足运用的要求。经过3D打印得到的武器构造强度，需求进一步论证。.3D打印过程模型后处置进展3D模型打印 切片处置生成二维图形信息三维设计建立模型 完成模型打印.3D打印的优缺陷3D打印技术的优点：1、制造复杂物品不添加本钱2、产品多样化不添加本钱3、无须组装4、设计空间无限，能设计出传统机械难以制造的 外形5、减少废弃副产品6、准确的实体复制.3D打印技术的缺陷：

4、1、打印能运用的资料有限现阶段个人级用户运用的3D打印机大部分都运用的是塑料这一载体、打印出来产品的耐用的性不高2、对设备性能要求高，设备比较昂贵。.3D打印的运用航空领域 在美国太空探求技术公司的不载人飞船“龙 向空间站运送的大量日常物资与科学实验设备中有这台3D打印机。宇航员可以在太空“打印零部件，制造出国际空间站30%零部件随“龙飞船上太空的3D打印机.美国弗吉尼亚大学的学生史蒂芬伊斯特(Steven Easter)和乔纳森图尔曼(Jonathan Turman)经过3D打印技术制造出一架飞机模型并胜利试飞。.通用电气航空集团(GE Aviation)运用3D打印机制造飞机喷气引擎体育领

5、域耐克丢弃传统制鞋的过程，运用3D打印制造的“Vapor Laser Talon鞋子.医疗领域3D打印的人体器官3D打印的第一颗人类心脏3D打印的配义肢及髋关节.3D打印资料1金属(metals) 1黑色金属(ferrous metals)不锈钢(stainless steel)高温合金(superalloy)3D打印的不锈钢饰物3D打印的IN718镍基高温合金转子.2有色金属(non-ferrous metals)钛(titanium) rvnDSGN团队利用3D打印技术将钛粉快速而高效地打印成精致的手表。 英国的Metalysis公司利用钛金属粉末胜利打印了叶轮和涡轮增压器等汽车零件3D打

6、印的钛手表3D打印的涡轮叶轮.镁铝合金(magnesium-aluminum alloy) 日本佳能公司利用3D打印技术制造出了顶级单反相机壳体上的镁铝合金特殊曲面顶盖。3D打印的顶级单反相机壳体上的镁铝合金特殊曲面顶盖.镓(gallium)3D打印的液态金属镓镓-铟合金(gallium-indium alloy)3D打印的镓-铟液态合金.3稀贵金属(rare and precious metals)金(gold)纯银(sterling sver)黄铜(brass)3D打印的叶形金戒指3D打印的菌丝银戒指3D打印的黄铜戒指.2聚合物(poymer)ABS丙烯腈-丁二烯-苯乙烯EP弹性塑料PLA

7、聚乳酸Endur，一种先进的仿聚丙烯资料3D打印的Elasto Plastic鞋3D打印的PLA螺栓和螺母3D打印的笔筒.3陶瓷(ceramic)4复合资料(composite)3D打印的陶瓷茶杯3D打印的超强聚合物部件.3D打印各项技术的工艺原理及其特点物体成型的方式主要有以下四类：减材成型、受压成型、增材成型、生长成型。 3D打印技术从狭义上来说主要是指增材成型技术。.LOM：分层实体成型工艺.LOM分层实体成型工艺LOM分层实体成型工艺设备分层实体成型系统主要包括计算机、数控系统、原资料存储与运送部件、热粘压部件、激光切系统、可升降任务台等部分组成。.LOM：分层实体成型工艺LOM技术的

8、根本原理图.LOM分层实体成型工艺特点优点：1、LOM工艺采用的原料价钱廉价，因此制造本钱极为低廉2、其适用于大尺寸工件的成型，成型过程无需设置支撑构造，多余的资料也容易剔除，精度也比较理想。缺陷：由于LOM技术成型资料的利用率不高，资料浪费比较严重。.SLA：立体光固化成型工艺.SLA：立体光固化成型工艺原理SLA：立体光固化成型工艺.SLA：立体光固化成型工艺特点优点：1、SLA工艺成型效率高，系统运转相对稳定；2、成型精度高，适宜制造构造异常复杂的模型。缺陷：1、成型尺寸也有较大的限制，不适宜制造体积庞大的工件；2、成型过程中伴随的物理变化和化学变化能够会导致工件变形，因此成型工件需求有

9、支撑构造；.3、SLA工艺所支持的资料还相当有限且价钱昂贵，液态的光敏树脂具有一定的毒性和气味，资料需求避光保管以防止提早发生聚合反响。4、SLA成型的废品硬度很低而相对脆弱，运用SLA成型的模型还需求进展二次固化，后期处置相对复杂。.SLS：选择性激光烧结工艺.SLS：选择性激光烧结工艺原理SLS：选择性激光烧结工艺.SLS特点：优点：1、SLS工艺支持多种资料；2、成型工件无需支撑构造；3、资料利用率较高；4、在成型的过程中，未经烧结的粉末对模型的空腔和悬臂起着支撑的作用，因此SLS成型的工件不需求像SLA成型的工件那样需求支撑构造。.缺陷：1、SLS设备的价钱和资料价钱依然非常昂贵；2、

10、烧结前资料需求预热，烧结过程中资料会挥发出异味，设备任务环境要求相对苛刻。.SLS与SLA区别类似之处：都需求借助激光将物质固化为整体。不同之处：1、SLA运用的是紫外激光，SLS 工艺运用的是红外激光束；2、资料那么由光敏树脂变成了塑料、蜡、陶瓷、金属或其复合物的粉末。SLS工艺运用的资料与SLA相比相对丰富些，主要有石蜡、聚碳酸酯、尼龙、纤细尼龙、合成尼龙、陶瓷甚至还可以是金属。.FDM：熔融堆积成型工艺.FDM：熔融堆积成型工艺原理FDM：熔融堆积成型工艺.FDM：熔融堆积成型工艺特点FDM工艺无需激光系统的支持，所用的成型资料也相对低廉，总体性价比高。.熔融堆积成型技术FDM中目前常用

11、的打印资料有ABS与PLA两种。两种资料的比较:ABS即丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物，它是非晶体，具有强度高、韧性好、熔点高、凝固快、流动性低的特点，是一种易于加工成型的热塑型高分子资料，运用较为广泛，但ABS在加热时会产生刺激性气味且收缩率较大，且成型精度不易控制。PLA是聚乳酸的简称，主要以玉米、木薯等为原料，具有可降解性，加热融化时气味小，成型时收缩率较低，打印大型零件模型时边角不易，且熔点较低，所以在实践中选择PLA作为打印资料。.FDM留意要点：采用FDM工艺制造具有悬空构造的工件原型时需求有支撑构造的支持，为了节省资料本钱和提高成型的效率；新型的FDM设备会采用了双喷头的设计，一个

12、喷头担任挤出成型资料，另外一个喷头担任挤出支撑资料。. 普通来说，用于成型的资料丝相对更精细一些，而且价钱较高，堆积效率也较低。用于制造支撑资料的丝材会相对较粗一些，而且本钱较低，但堆积效率会更高些。支撑资料普通会选用水溶性资料或比成型资料熔点低的资料，这样在后期处置时经过物理或化学的方式就能很方便地把支撑构造去除干净。.3DP：三维印刷工艺.3DP：三维印刷工艺原理3DP：三维印刷工艺.3DP技术特点： 3DP技术成型速度非常快，适用于制造构造复杂的工件，也适用于制造复合资料或非均匀材质资料的零件。.3DP工艺与SLS工艺比较一样之处：采用的都是粉末状的资料，如陶瓷、金属、塑料。不同之处：3

13、DP运用的粉末并不是经过激光烧结粘合在一同的，而是经过喷头放射粘合剂将工件的截面“打印出来并一层层堆积成型的。.PolyJet：聚合物放射技术.PolyJet：聚合物放射技术PolyJet：聚合物放射技术工艺原理PolyJet技术也是当前最为先进的3D打印技术之一，它的成型原理与3DP有点类似，不过放射的不是粘合剂而是聚合成型资料。PolyJet聚合物放射系统的构造.PolyJet：聚合物放射技术特点1、成型的工件精度非常高；2、支持多种不同性质的资料同时成型，可以制造非常复杂的模型。3、工件成型的过程中运用两种不同类型的光敏树脂资料，一种是用来生成实践的模型的资料，另一种是类似胶状的用来作为

14、支撑的树脂资料。.最新的打印技术：CLIP 技术.CLIP 技术CLIP 技术工艺原理.CLIP技术特点：1、 采用新资料，比如合成橡胶、硅氧树脂、尼龙、陶瓷和可降解生物资料等，大大扩展了3D打印的资料范围；2、打印速度很快，相比于其他打印技术速度提高了25100倍；3、 不仅能打印许多前所未有的几何外形，而且可以打印非常精细的物品，精度小于20 mm。.CLIP打印的“埃菲尔铁塔作为Science杂志封面CLIP与几种3D打印技术的速度比较.3D打印产品精度影响要素及工艺参数的控制1打印机精度及资料性能打印机本身的制造和装配精度以及任务过程中的振动都会影响其打印精度，比如XY平面误差、X-Y

15、轴与导轨垂直度误差及定位误差等。此外，打印机框架构造及所用资料刚度对其稳定性也有着很大影响。同时，不同的资料，其熔点、流动性、收缩率等各不一样，这些也都直接影响制品精度。.2工艺参数1挤出压力的影响不同挤出压力下膏体的挤出情况.2温度挤出头加热温度主要影响资料的粘结堆积性能及丝材流动性温度过低将使资料难以粘结到热床上或是发生如以下图所示的层间剥离，同时易呵斥喷嘴堵塞；过高那么会使资料挤出时偏于液态，不易于控制的丝状。层间剥离接影响打印制品的热应力及其与底板的粘结力，过低会呵斥翘曲、零落等景象。.层间剥离.3喷嘴直径与层厚 喷嘴直径决议挤出丝的宽度，进而影响废品精细程度。由于3D打印的资料是一层

16、一层铺起来的，故层厚的设置同样也会影响制品的粗糙度。假设选用大直径的喷嘴、层厚设置的厚，那么打印耗时短，但废品较粗糙；反之，那么耗时长，但得到的废品更精细。打印时需综合模型尺寸、用途来合理选用喷嘴设置层厚。实验证明当分层厚度为挤出头直径的 80% 90% 时，打印出的零件的成形效果较好。不同分层厚度情况下打印的零件.4打印速度 3D打印是一个打印速度与挤出速度相互配合的过程，二者需求合理匹配才干到达打印要求。假设打印远快于挤出，那么资料填充缺乏，导致断丝；反之那么会使熔丝堆积在挤出头上，导致资料分布不均，在零件外表构成疙瘩。不同扫描速度下的零件出现的缺陷.5填充方式 不同的填充方式对应的打印速

17、度、制品的收缩应力也不同。例如，直线填充速度较快，而蜂窝状填充产生的收缩应力较小。图a所示为直线填充的圆柱，每层均为相互垂直的线；图b为蜂窝状填充，其上下两层为直线填充。.6冷却打印PLA等流动性较高的资料时会出现前一层尚未完全成型，后一层便开场在其上打印的情况，这无疑会损害制品精度。所以普通3D打印机都在挤出头边设有以下图所示的风扇，以加快固化过程。打印前应设置适宜的转速，从而获得较好的成型效果。而有些资料，如ABS，本身流动性较低，因此不需求风扇进展冷却，否那么会引起制件翘曲。3D打印机冷却风扇.打印件翘曲缘由分析 呵斥翘曲变形主要是由于在分层成型过程中，资料堆积不同步而引起各层间体积收缩不同，进而呵斥内应力不等而产生的。假设新的堆积层可以自在收缩，那么不会产生内部应力，但实践上，由于新堆积层底面遭到已完成部分的外力作用，不能完全收缩，便会不可防止的产生内应力。.3D打印技术减少翘曲变形的措施 减缓成形过程中模型尾部尖角部位的热传导和对流散热，降低冷却速度，从而减缓该部位凝固收缩应力。可以从以下三方面进展控制：降低3D打印层厚，这样可以减少打印的新增层冷却时新增层底部与顶部间的温差，减少其收缩的不均匀。加快成形速度这样就减少了同一程度高度上在长轴方向不同部位的温