3D打印应用技术与创新 第2版 课件 项目1-3 认识3D打印、3D打印工作流程、3D打印技术应用

项目一：认识3D打印我国伟大的哲学家、思想家老子“合抱之木，生于毫末；九层之台，起于垒土；千里之行，始于足下”，可以用来描述3D打印的原理和过程，即从细微特征不断累计的方式制造三维实体。告诫人们无论做什么事情，都必须脚踏实地，从小事做起，经过逐步的积累才能有所成就。翻转课堂的起源翻转课堂与传统课堂的对比3D打印技术原理3D打印技术的特点1.11.21.31.13D打印技术原理同学们，你知道如图所示的产品是怎么做出来的吗？我们一起来看看吧！【项目导入】1.13D打印技术原理什么是3D打印技术?

3D打印技术是快速成形技术的一种，是一种通过电脑切片软件将三维模型转化为数字代码，再控制3D打印机执行数字代码，最后运用粉末状金属或塑料等可粘合材料进行逐层打印的方式来构造物体实体的技术，是用专用软件将三维模型切成薄层或截面，3D打印设备用特殊的工艺方法层层粘结叠加成三维实体，最后进行实体的后处理得到零件的形状。1.23D打印技术的特点3D打印技术有以下优点：1.生产过程数字化，技术集成度高。2.产品的复杂程度不会增加产品的成本。3.产品快速成型，无需组装。4.制作技能门槛降低、设计空间无限。5.不占空间、便携制造。6.节约环保的加工方式。7.对实体进行精确的复制1.23D打印技术的特点3D打印技术有以下缺点：1.性能问题3D打印技术是一种”累积制造“技术，决定了层和层之间即使黏结紧密，也无法达到传统模具整体浇铸成型的材料性能（如强度、塑性、韧性及机械加工性能等）。目前要满足许多工业需求、机械用途或者进一步机械加工，要达到作为功能性部件的要求还是有差距的。1.23D打印技术的特点2.材料问题

目前可供3D打印使用的材料有限，且价格较贵。比如要制作一个金属的电机外亮，目前打印这种样品的原装金属粉末耗材每千克都在数万元，甚至数十万元人民币。1.23D打印技术的特点3.精度问题

由于分层制造存在“台阶效应”，每个层虽然都分解得非常薄，但在一定微观尺度下，仍会形成具有一定厚度的多级“台阶”，如果需要制造的对象表面是圆弧形，那么不可避免地会造成精度上的偏差。1.33D打印技术的历史与发展1984年，将数字资源打印成三维立体模型的技术1986年，立体光刻工艺1988年，生产第一台3D打印机SLA-2501988年，另外一种3D打印技术——热熔解积压成形(FDM)1989年，选区激光烧结技术(SLS)1993年，三维打印技术(3DP)1996年，推出了三款产品，第一次使用了“3D打印机”的称谓2005年，推出了世界上第一台高精度彩色3D打印机2008年，全球首例可以实现不同模型材料同时喷射的技术2010年，第一台用巨型3D打印机打印出整个身躯的轿车出现2011年，世界上第一架3D打印飞机创建完成2012年，宣布最大的喷墨3D打印机能打1米×0.8×0.5大小的物件一、3D打印技术简史1.33D打印技术的历史与发展1990年，华科接触到了刚问世不久的3D打印机。1991年，华科成立快速制造中心，研发基于纸材料的3D打印设备。1994年，华科快速制造中心研制出国内第一台基于薄材纸的LOM样机1997年，卖出了国内第一台光固化3D打印机。2012年，研发出全球最大的“3D打印机”2013年，中国首创用3D打印造造飞机钛合金大型主承力构件2013年，杭州电子科技大学等高校的科学家自主研发出一台生物材料二、我国3D打印发展简史课堂作业说说3D打印对我们生活产生的影响。

课堂作业ThankYou!项目二3D打印工作流程

党的二十大报告在“推动绿色发展，促进人与自然和谐共生”这一部分明确提出：统筹产业结构调整、污染治理、生态保护、应对气候变化，协同推进降碳、减污、扩绿、增长，推进生态优先、节约集约、绿色低碳发展。风力发电因其能够减少总体碳排放和环境负面影响而在全球各地得到推广。通过使用3D打印技术来制造热塑性塑料叶片，大大提高叶片的可回收性。3D打印技术大大减少了发电机叶片的重量和成本至少10%，生产周期减少15%。保护环境，人人有责，充分利用现有的科学技术采取有效的措施保护我们生活的家园。翻转课堂的起源翻转课堂与传统课堂的对比三维模型构建方法三维模型打印技术2.12.22.32.1三维模型构建方法你知道3D打印技术主要应用在哪些方面吗？如何获得小狗的3D模型呢？本项目就带你来了解一下。【项目导入】2.1三维模型构建方法1.通过付费或者免费的方式从互联网上获得各种各样的3D数据模型，而且基本上都是可以用来直接进行3D打印的。2.基于图像构建3D模型。即通过照相机等设备对物体进行照片采集，采集一组物体不同角度的序列照片，利用计算机辅助工具进行图形图像处理以及三维计算，从而自动生成被拍摄物体的3D模型。一、模型网站直接下载模型或基于图像构建3D模型2.1三维模型构建方法1.AutoCAD2.UGNX二、利用3D建模软件构建模型2.1三维模型构建方法3.Maya4.Rhino（犀牛）二、利用3D建模软件构建模型2.1三维模型构建方法5.CATIA6.SolidWorks二、利用3D建模软件构建模型2.1三维模型构建方法7.3dsMax6.8.Pro/E9.ZBrush10.Cinema4D二、利用3D建模软件构建模型2.1三维模型构建方法三、利用三维扫描仪构建3D模型1.三维扫描仪分类2.1三维模型构建方法三、利用三维扫描仪构建3D模型2.3D扫描仪的操作步骤：（1）前期的准备工作（2）三维扫描仪校准（3）对扫描物体表面进行处理（4）开始扫描工作（5）后期处理工作2.2三维模型打印技术一、光固化成型工艺简介(SLA)光固化成型工艺原理：计算机控制激光束按数控指令扫描，使盛于容器内的液态光敏树脂逐层固化，当一层扫描完成后，未被照射的地方仍是液态树脂。然后升降台带动平台下降一层高度，已成型的层面上又布满一层树脂，刮平器将黏度较大的树脂液面刮平，然后再进行下一层的扫描，新固化的一层牢固地粘在前一层上，如此重复直到整个零件制造完毕,得到一个三维实体模型。2.2三维模型打印技术二、熔融沉积3D打印工艺简介(FDM)熔融沉积(简称FDM)又叫熔丝沉积，它是将丝状的热熔性材料加热熔化，通过带有一个微细喷嘴的喷头挤喷出来。喷头可在水平面沿着X、Y轴方向移动，而工作台则沿高度Z轴方向移动。如果热熔性材料的温度始终稍高于固化温度，而成型部分的温度稍低于固化温度，就能保证热熔性材料挤喷出喷嘴后，随即与前一层面熔结在一起。一个层面沉积完成后，工作台按预定的增量下降一个层的厚度，再继续熔喷沉积，直至完成整个实体造型。2.2三维模型打印技术三、选择性激光烧结工艺简介(SLS)SLS工艺是利用粉末材料（金属粉末或非金属粉末）在激光照射下烧结的原理，在计算机控制下层层堆积成形。SLS的原理与SLA十分相像，主要区别在于所使用的材料及其形状。SLA所用的材料是液态的紫外光敏可凝固树脂，而SLS则使用粉状的材料。这是该项技术的主要优点之一，因为理论上任何可熔的粉末都可以用来制造模型，这样的模型可以用作真实的原型制件。2.2三维模型打印技术四、三维喷涂粘结3D打印工艺简介首先铺粉或铺基底薄层（如纸张），利用喷嘴按指定路径将液态黏结剂喷在预先铺好的粉层或薄层上特定区域，逐层粘结后去除多余底料便得到所需形状制件。也可以直接逐层喷涂陶瓷或其他材料粉浆，硬化后得到所需形状的制件。2.2三维模型打印技术五、激光选区熔化成形技术(SLM)激光选区熔化成形技术是以原型制造技术为基本原理发展起来的一种先进的激光增材制造技术。通过专用软件对零件三维数模进行切片分层，获得各截面的轮廓数据后，利用高能量激光束根据轮廓数据逐层选择性地熔化金属粉末，通过逐层铺粉，逐层熔化凝固堆积的方式，制造三维实体零件。2.3三维模型后处理的方法及步骤一、3D打印模型初步整理1.取下模型3D打印模型在打印完成之后，一定要等待几分钟至冷却后才能从打印平台取下，防止模型的变形。在打印模型冷却之后，用铲刀沿着模型的底部四周轻撬轻动，不要只沿着一个方向用力，防止对模型造成损坏。对于模型底部粘结过于牢固的情况，可以再对已经冷却的加热平台升温到45～60℃，用铲刀稍稍用力撬动，模型就可以取下。2.3三维模型后处理的方法及步骤2.支撑去除去除支撑材料时大部分采用剪刀、剪钳（刃ロ由高强度金属制成且成斜口，也称为斜口钳）等工具。3.模型修复模型在从3D打印机上取下时，由于很多原因可能会造成模型的缺损，这时就需要对模型进行一些修复。2.3三维模型后处理的方法及步骤2.支撑去除去除支撑材料时大部分采用剪刀、剪钳（刃ロ由高强度金属制成且成斜口，也称为斜口钳）等工具。3.模型修复模型在从3D打印机上取下时，由于很多原因可能会造成模型的缺损，这时就需要对模型进行一些修复。2.3三维模型后处理的方法及步骤二、3D打印模型表面修整1.打磨抛光（1）锉刀粗打磨（2）砂纸打磨（3）电动工具打磨抛光2.珠光处理3.化学方法抛光（1）化学溶液（抛光液）法（2）丙酮熏蒸法（3）电动工具打磨抛光2.3三维模型后处理的方法及步骤三、3D打印模型上色技巧现有的3D打印技术，除了石膏粉末彩色着色和纸张3D打印机能打印全彩的产品模型外，一般的技术还只能打印单色的模型，所以为了突破3D打印机的限制，让模型颜色丰富多彩，需要在模型制作完毕和表面打磨抛光后，进行涂装上色的工序。了解模型上色制作过程和上色方式，结合打印材料的属性，进行多次实践，可以将模型变得生动和富有层次。3D打印模型作为模型制作的一种方式，很多上色和后整理技巧都可以参照军事模型、动漫模型的处理方法。课堂作业课堂作业

三维模型打印之后，某些模型需要将支撑去除，试述怎样将支撑材料去除？ThankYou!项目三3D打印技术应用

医学上存在大量的定制化需求，难以进行标准化、大批量生产，而这恰是3D打印技术的优势所在。3D打印技术给现代医学发展提供了广阔的应用前景。例如，人体关节中软骨组织受损可导致诸如致残性关节炎，是一种比较常见的疾病，现代医学采用植入式“脚手架”状结构来帮助治疗此病。研究人员已开发出一种适用于治疗软骨组织疾病的材料，部分由软质聚合物组成，具有类似软骨的稠度，过渡到骨状硬质陶瓷。这两种材料通过3D打印而成“脚手架”状结构，其孔隙网络使软骨和骨细胞能迁移到它们中，加上这些孔隙也允许血管渗透，可以精确地适应每位患者的特定治疗。翻转课堂的起源翻转课堂与传统课堂的对比3D打印在新产品开发中的应用3D打印技术在模具制造中的应用3.13.23.33.43.53.13D打印在新产品开发中的应用1.新产品开发过程中的设计验证与功能验证3.13D打印在新产品开发中的应用2.可制造性、可装配性检验和供货询价、市场宣传。在新产品投产之前，可以用3D打印技术制作出全部零件原型，原型可以用来做装配模拟，观察工件之间如何配合、如何相互影响。然后进行试安装，验证安装工艺与装配要求，若发现有缺陷，便可以迅速、方便地进行纠正。3.13D打印在新产品开发中的应用3.单件、小批量和特殊复杂零件的直接生产。对于高分子材料的零部件，可用高强度的工程塑料直接进行3D打印，满足使用要求对于复杂金属零件，可通过快速铸造成型获得。该项应用对航空、航天及国防工业有特殊意义。3.23D打印技术在模具制造中的应用一、SLA工艺直接制模SLA工艺制模的特点：模具表面的尺寸精度高、粗糙度低。尺寸精度不易保证,模具易发生翘曲,在成型过程中应设计支撑结构。适用于小型的模具生产。直接可以得到塑料模具。成型时间长,往往需要二次固化。3.23D打印技术在模具制造中的应用二、LOM工艺直接制模LOM制模的特点：适用于制造中大型模具。后续打磨处理耗时费力,模具制造周期增加,成本高。成型过程无须设计和制作支撑结构,模具翘曲变形小。有良好的力学性能和较高的强度,但薄壁件的抗拉强度和弹性不够好。3.23D打印技术在模具制造中的应用三、SLS工艺直接制模SLS制模的特点：模具的强度高，在成型过程中无须设计、制作支撑材料。能直接成型塑料、陶瓷和金属模具。适合中、小模具的制作。模具结构疏松、多孔,且有内应力，易变形。3.33D打印在快速铸造中的应用快速铸造技术的基本原理就是利用3D打印技术直接或间接制造铸造用的蜡膜、消失模、模样、模板、型心或型壳等，然后结合传统铸造工艺，快速地制造精密铸件。3.43D打印在医疗上的应用一、用于教学和病例讨论、模拟手术、整形手术效果比较复杂外科手术往往需要在三维模型上进行演练以确保手术的成功。3D打印技术可满足这种要求。由于有了解剖模型，医生可以有效地与病人沟通，借助于病人自己的解剖模型，医生可以指出关键的区域