D打印技术工艺2

3D打印技术工艺研究分析Contents3D打印的定义13D打印的发展历史23D打印过程33D打印的优缺点43D打印技术目前存在的问题53D打印的应用63D打印材料73D打印各项技术的工艺原理及其特点83D打印产品精度影响因素及工艺参数的控制9打印件翘曲原因分析103D打印技术减少翘曲变形的措施113D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技术。3D打印的发展历史1986年，CharlesHull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ZCorp公司从麻省理工学院获得唯一授权并开始开发3D打印机。2005年，市场上首个高清晰彩色3D打印机SpectrumZ510由ZCorp公司研制成功。2010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Urbee2011年6月6日，发布了了全球第一一款3D打印的比基基尼。2011年7月，英国研研究人员开开发出世界界上第一台台3D巧克力打印印机。世界上第一一台3D巧克力打印印机巧克力打印印机的作品品2011年8月，南安普普敦大学的的工程师们们开发出世世界上第一一架3D打印的飞机机。第一架3D打印的飞机机2012年11月，苏格兰兰科学家利利用人体细细胞首次用用3D打印机打印印出人造肝肝脏组织。。2013年10月，全球首首次成功拍拍卖一款名名为“ONO之神”的3D打印艺术品品。2013年11月，美国德德克萨斯州州奥斯汀的的3D打印公司““固体概念念”设计制制造出3D打印金属手手枪。3D打印金属手手枪缺点：：仅限于短周期期或者是短短时间内的的使用，没没有办法在在长时间内内满足使用用的要求。。通过3D打印得到的的武器结构构强度，需需要进一步步论证。3D打印过程模型后处理进行3D模型打印切片处理生成二维图形信息三维设计建立模型完成模型打印3D打印的优缺缺点3D打印技术的的优点：1、制造复杂杂物品不增增加成本2、产品多样样化不增加加成本3、无须组装装4、设计空间间无限，能设计出出传统机械械难以制造造的形形状5、减少废弃副副产品6、精确的实体体复制3D打印技术的的缺点：1、打印能使用的材料有限（现阶段个人人级用户使使用的3D打印机大部部分都使用用的是塑料料这一载体）、打印出来产产品的耐用用的性不高2、对设备性能能要求高，，设备比较较昂贵。3D打印的应用用航空领域在美国太空探探索技术公公司的不载载人飞船“龙”向向空间站运送送的大量日日常物资与与科学实验验设备中有有这台3D打印机。宇宇航员可以以在太空““打印”零零部件，制制造出国际际空间站30%零部件随“龙”飞飞船上太空空的3D打印机美国弗吉尼尼亚大学的的学生史蒂蒂芬∙伊斯特(StevenEaster)和乔纳森∙图尔曼(JonathanTurman)通过3D打印技术制制造出一架架飞机模型型并成功试试飞。通用电气航航空集团(GEAviation)使用3D打印机制造造飞机喷气气引擎体育领域耐克抛弃传传统制鞋的的过程，使使用3D打印制造的的“VaporLaserTalon”鞋子医疗领域3D打印的人体体器官3D打印的第一一颗人类心心脏3D打印的配义义肢及髋关关节3D打印材料（1）金属(metals)1）黑色金属属(ferrousmetals)不锈钢(stainlesssteel)高温合金(superalloy)3D打印的不锈锈钢饰物3D打印的IN718镍基高温合合金转子2）有色金属属(non-ferrousmetals)钛(titanium)rvnDSGN团队利用3D打印技术将将钛粉快速速而高效地地打印成精精致的手表表。英国国的Metalysis公司司利利用用钛钛金金属属粉粉末末成成功功打打印印了了叶叶轮轮和和涡涡轮轮增增压压器器等等汽汽车车零零件件3D打印印的的钛钛手手表表3D打印印的的涡涡轮轮叶叶轮轮镁铝铝合合金金(magnesium-aluminumalloy)日本本佳佳能能公公司司利用用3D打印印技技术术制制造造出出了了顶顶级级单单反反相相机机壳壳体体上上的的镁镁铝铝合合金金特特殊殊曲曲面面顶盖盖。3D打印印的的顶顶级级单单反反相相机机壳壳体体上上的的镁镁铝铝合合金金特特殊殊曲曲面面顶顶盖盖镓(gallium)3D打印印的的液液态态金金属属镓镓镓-铟合合金金(gallium-indiumalloy)3D打印印的的镓镓-铟液液态态合合金金3）稀稀贵贵金金属属(rareandpreciousmetals)金(gold)纯银银(sterlingsver)黄铜铜(brass)3D打印印的的叶叶形形金金戒戒指指3D打印印的的菌菌丝丝银银戒戒指指3D打印印的的黄黄铜铜戒戒指指（2）聚聚合合物物(poymer)ABS丙烯烯腈腈-丁二二烯烯-苯乙乙烯烯EP弹性性塑塑料料PLA聚乳乳酸酸Endur，一一种种先先进进的的仿仿聚聚丙丙烯烯材材料料3D打印印的的ElastoPlastic鞋3D打印印的的PLA螺栓栓和和螺螺母母3D打印印的的笔笔筒筒（3）陶陶瓷瓷(ceramic)（4）复复合合材材料料(composite)3D打印印的的陶陶瓷瓷茶茶杯杯3D打印印的的超超强强聚聚合合物物部部件件3D打印印各各项项技技术术的的工工艺艺原原理理及及其其特点点物体体成型型的的方方式式主主要要有有以以下下四四类类：减材成成型型、、受受压压成成型型、、增增材材成成型型、、生生长长成成型型。3D打印印技技术术从从狭狭义义上上来来说说主主要要是是指指增增材材成成型型技术术。LOM：分层层实体体成成型型工工艺艺LOM分层层实实体体成成型型工工艺艺LOM分层层实实体体成成型型工工艺艺设备备分层层实实体体成成型型系系统统主主要要包包括括计计算算机机、、数数控控系系统统、、原原材材料料存存储储与与运运送送部部件件、、热热粘粘压压部部件件、、激激光光切切系系统统、、可可升升降降工工作作台台等等部部分分组组成成。LOM：分层实体成型型工艺LOM技术的基本原理图LOM分层实体成型型工艺特点优点：1、LOM工艺采用的原原料价格便宜宜，因此制作作成本极为低低廉2、其适用于大尺尺寸工件的成成型，成型过过程无需设置置支撑结构，，多余的材料料也容易剔除除，精度也比比较理想。缺点：由于LOM技术成型材材料的利用用率不高，，材料浪费费比较严重。SLA：立体光固固化成型工工艺SLA：立体光固固化成型工艺原理SLA：立体光固固化成型工工艺SLA：立体光固固化成型工艺特点优点：1、SLA工艺成型效效率高，系系统运行相相对稳定；2、成型精度高高，适合制作结结构异常复复杂的模型。缺点：1、成型尺寸也有较较大的限制，不适合制作体体积庞大的的工件；2、成型过程中伴随随的物理变变化和化学学变化可能能会导致工工件变形，，因此成型型工件需要要有支撑结构；3、SLA工艺所支持持的材料还还相当有限限且价格昂昂贵，液态态的光敏树树脂具有一一定的毒性性和气味，，材料需要要避光保存存以防止提提前发生聚聚合反应。。4、SLA成型的成品品硬度很低低而相对脆脆弱，使用用SLA成型的模型型还需要进进行二次固固化，后期期处理相对对复杂。SLS：选择性激激光烧结工工艺SLS：选择性激光烧结工艺原理SLS：选择性激激光烧结工工艺SLS特点：优点：1、SLS工艺支持多多种材料；2、成型工件无无需支撑结结构；3、材料利用率率较高；4、在成型的过过程中，未未经烧结的的粉末对模模型的空腔腔和悬臂起起着支撑的的作用，因因此SLS成型的工件件不需要像像SLA成型的工件件那样需要要支撑结构。缺点：1、SLS设备的价格格和材料价价格仍然十十分昂贵；2、烧结前材料料需要预热热，烧结过过程中材料料会挥发出出异味，设设备工作环环境要求相相对苛刻。。SLS与SLA区别相似之处：都需要借助助激光将物物质固化为为整体。不同之处：：1、SLA使用的是紫紫外激光，，SLS工艺使用的的是红外激光束；2、材料则由光敏树树脂变成了了塑料、蜡蜡、陶瓷、、金属或其其复合物的的粉末。SLS工艺使用的的材料与SLA相比相对丰丰富些，主主要有石蜡蜡、聚碳酸酸酯、尼龙龙、纤细尼尼龙、合成成尼龙、陶陶瓷甚至还还可以是金金属。FDM：熔融沉积积成型工艺艺FDM：熔融沉积积成型工艺原理FDM：熔融沉积积成型工艺艺FDM：熔融沉积积成型工艺特点FDM工艺无需激激光系统的的支持，所所用的成型型材料也相相对低廉，，总体性价价比高。熔融沉积成成型技术（（FDM）中目前常常用的打印印材料有ABS与PLA两种。两种材料的比较较:ABS即丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚聚物，它是是非晶体，，具有强度度高、韧性性好、熔点点高、凝固固快、流动动性低的特特点，是一一种易于加加工成型的的热塑型高高分子材料料，应用较较为广泛，，但ABS在加热时会会产生刺激激性气味且且收缩率较较大，且成成型精度不不易控制。。PLA是聚乳酸的的简称，主主要以玉米米、木薯等等为原料，，具有可降降解性，加加热融化时时气味小，，成型时收缩率较低低，打印大型型零件模型型时边角不易，且熔点较低低，所以在实际中选择PLA作为打印材材料。FDM注意要点：：采用FDM工艺制作具具有悬空结结构的工件件原型时需需要有支撑撑结构的支支持，为了了节省材料料成本和提提高成型的的效率；新型的FDM设备会采用用了双喷头头的设计，，一个喷头头负责挤出出成型材料料，另外一一个喷头负负责挤出支支撑材料。。一般来说，用于成型型的材料丝丝相对更精精细一些，，而且价格格较高，沉沉积效率也也较低。用用于制作支支撑材料的的丝材会相相对较粗一一些，而且且成本较低低，但沉积积效率会更更高些。支支撑材料一一般会选用用水溶性材材料或比成成型材料熔熔点低的材材料，这样样在后期处处理时通过过物理或化化学的方式式就能很方方便地把支支撑结构去去除干净。。3DP：三维印刷刷工艺3DP：三维印刷刷工艺原理3DP：三维印刷刷工艺3DP技术特点：3DP技术成型速速度非常快快，适用于于制造结构构复杂的工工件，也适适用于制作作复合材料料或非均匀匀材质材料料的零件。。3DP工艺与SLS工艺比较相同之处：采用的都是粉末末状的材料料，如陶瓷瓷、金属、、塑料。不同之处：3DP使用的粉末末并不是通通过激光烧烧结粘合在在一起的，，而是通过过喷头喷射射粘合剂将将工件的截截面“打印”出来并一层层层堆积成成型的。PolyJet：聚合物喷喷射技术PolyJet：聚合物喷喷射技术PolyJet：聚合物喷喷射技术工艺原理PolyJet技术也是当当前最为先先进的3D打印技术之之一，它的的成型原理理与3DP有点类似，，不过喷射射的不是粘粘合剂而是是聚合成型型材料。PolyJet聚合物喷射射系统的结结构PolyJet：聚合物喷喷射技术特点1、成型的工件精度度非常高；2、支持多种不同性性质的材料料同时成型型，能够制制作非常复复杂的模型型。3、工件成型的的过程中使用两种不同类类型的光敏敏树脂材料料，一种是是用来生成成实际的模模型的材料料，另一种种是类似胶胶状的用来来作为支撑撑的树脂材材料。最新的打印印技术：CLIP技术CLIP技术CLIP技术工艺原理CLIP技术特点：1、采用新材料料，比如合合成橡胶、、硅氧树脂脂、尼龙、、陶瓷和可可降解生物物材料等，，大大扩展展了3D打印的材料料范围；2、打印速度很快，，相比于其其他打印技技术速度提提高了25～100倍；3、不仅能打印印许多前所所未有的几几何形状，，而且可以以打印非常常精细的物物品，精度度小于20mm。CLIP打印的“埃埃菲尔铁塔塔”作为Science杂志封面CLIP与几种3D打印技术的的速度比较较3D打印产品精精度影响因因素及工艺艺参数的控制1）打印机精精度及材料料性能打印机本身身的制造和和装配精度度以及工作作过程中的的振动都会会影响其打打印精度，，比如XY平面误差、、X-Y轴与导轨垂垂直度误差差及定位误误差等。此此外，打印印机框架结结构及所用用材料刚度度对其稳定定性也有着着很大影响响。同时，，不同的材材料，其熔熔点、流动动性、收缩缩率等各不不相同，这这些也都直直接影响制制品精度。。2）工艺参参数（1）挤出压压力的影响不同挤出出压力下下膏体的的挤出情情况（2）温度挤出头加加热温度度主要影影响材料料的粘结结堆积性性能及丝丝材流动动性温度过低低将使材材料难以以粘结到到热床上上或是发发生如下下图所示示的层间间剥离，，同时易易造成喷嘴堵塞；过过高则会会使材料料挤出时时偏于液液态，不易于于控制的丝丝状。层间剥离接接影响打打印制品品的热应应力及其其与底板板的粘结结力，过过低会造造成翘曲曲、脱落落等现象象。层间剥离离（3）喷嘴直直径与层层厚喷嘴直径径决定挤挤出丝的的宽度，，进而影影响成品品精细程程度。由由于3D打印的材材料是一一层一层层铺起来来的，故故层厚的的设置同同样也会会影响制制品的粗粗糙度。。若选用用大直径径的喷嘴嘴、层厚厚设置的的厚，则则打印耗耗时短，，但成品品较粗糙糙；反之之，则耗耗时长，，但得到到的成品品更精细细。打印印时需综综合模型型尺寸、、用途来来合理选选用喷嘴嘴设置层层厚。实验证明明当分层厚度度为挤出出头直径径的80%～90%时，打印印出的零零件的成成形效果果较好。不同分层层厚度情情况下打打印的零零件（4）打印速度3D打印是一一个打印印速度与与挤出速速度相互互配合的的过程，，二者需需要合理理匹配才才能达到到打印要要求。若若打印远远快于挤挤出，则则材料填填充不足足，导致致断丝；；反之则则会使熔熔丝堆积积在挤出出头上，，导致材材料分布布不均，，在零件件表面形形成疙瘩瘩。不同扫描描速度下下的零件件出现的的缺陷（5）填充方式不同的填充方方式对应应的打印印速度、、制品的的收缩应应力也不不同。例例如，直直线填充充速度较较快，而而蜂窝状填充产生生的收缩应力力较小。图（a）所示为为直线填填充的圆圆柱，每每层均为为互相垂垂直的线线；图（（b）为蜂窝窝状填充充，其上上下两层层为直线线填充。。（6）冷却打印PLA等流动性性较高的的材料时时会出现现前一层层尚未完完全成型型，后一一层便开开始在其其上打印印的情况况，这无无疑会损损害制品品精度。。所以一一般3D打印机都都在挤出出头边设有下图所示的风扇扇，以加加快固化化过程。。打印前前应设置置合适的的转速，，从而获获得较好好的成型型效果。。而有些些材料，，如ABS，本身流流动性较较低，因因而不需需要风扇扇进行冷冷却，否否则会引引起制件件翘曲。。3D打印机冷冷却风扇扇打印件翘翘曲原因因分析造成翘曲变形形主要是是由于在在分层成成型过程程中，材材料堆积积不同步步而引起起各层间间体积收收缩不同，进而造造成内应应力不等等而产生生的。若新的堆堆积层能能够自由由收缩，，则不会会产生内内部应力力，但实实际上，，由于新新堆积层层底面受受到已完完成部分分的外力力作用，，不能完完全收缩缩，便会会不可避避免的产产生内应应力。3D打印技术术减少翘翘曲变形形的措施施减缓成形过程程中模型型尾部尖尖角部位位的热传传导和对对流散热热，降低低冷却速速度，从从而减缓缓该部位位凝固收收缩应力力。可以以从以下下三方面面进行控控制：降低3D打印层厚厚，这样样可以减减少打印印的新增增层冷却却时新增增层底部部与顶部部间的温温差，减减少其收收缩的不不均匀。。加快成形形速度这这样就减减少了同同一水平平高度上上在长轴轴方向不不同部位位的温差差，减少少了不同同部位间间的收缩缩不均匀匀。减少模型型内部填填充密度度（右图所示，填填充模式式由“松松散”（（填充网网格为边边长2mm的正方形形）改为为“中空空”（填填充网格格为边长长4mm的正方形形），这这样就减减少模型型内部的的塑料填填充量，，减少了了模型主主体区域域的打印印时间并并加快了了模型主主体的冷冷却凝固固速度，，从而减减少了模模型主体体与模型型尾部之之间的温温差，进进而减少少了模型型主体与与模型尾尾部之间间的收缩缩不均匀匀。支撑结构构的设置置及处理理制件有悬空结结构时，，为了不不使其塌塌陷，在在打印过过程中，，首先要要在内部部打出支支撑结构构，打印印结束时时再将支支撑材料料剥离。。但是在在满足要要求的前前提下，，支撑结结构应设设置的尽尽量少，，且所在在位置要要易于剥剥离。蜂窝型支支撑结构构ThankYou!9、静夜夜四无无邻，，荒居居旧业业贫。。。12月月-2212月月-22Wednesday,December7,202210、雨雨中中黄黄叶叶树树，，灯灯下下白白头头人人。。。。21:56:1021:56:1021:5612/7/20229:56:10PM11、以我独独沈久，，愧君相相见频。。。12月-2221:56:1021:56Dec-2207-Dec-2212、故人人江海海别，，几度度隔山山川。。。21:56:1021:56:1021:56Wednesday,December7,202213、乍见翻疑疑梦，相悲悲各问年。。。12月-2212月-2221:56:1021:56:10December7,202214、他乡生白发发，旧国见青青山。。07十二月月20229:56:11下午21:56:1112月-2215、比不了得得就不比，，得不到的的就不要。。。。十二月229:56下下午12月-2221:56December7,202216、行动出成成果，工作作出财富。。。2022/12/721:56:1121:56:1107December202217、做前，能够够环视四周；；做时，你只只能或者最好好沿着以脚为为起点的射线线向前。。9:56:11下午9:56下下午21:56:1112月-229、没有有失败败，只只有暂暂时停停止成成功！！。12月月-2212月月-22Wednesday,December7,202210、很多多事情情努力力了未未必有有结果果，但但是不不努力力却什什么改改变也也没有有。。。21:56:1121:56:1121:5612/7/20229:56:11PM11、成功就就是日复复一日那那一点点点小小努努力的积积累。。。12月-2221:56:1121:56Dec-2207-Dec-2212、世间成成事，不不求其绝绝对圆满满，留一一份不足足，可得得无限完完美。。。21:56:1121:56:1121:56Wednesday,December7,202213、不知香积积寺，数里里入云峰。。。12月-2212月-2221:56:1121:56:11December7,202214、意志坚坚强的人人能把世世界放在在手中像像泥块一一样任意意揉捏。。07十十二月20229:56:11下午午21:56:1112月-2215、楚