模块3 智能加工-先进加工技术 3D打印技术知识讲解

3D打印技术模块3智能加工—先进加工技术3D打印技术，也称增材制造技术，是通过CAD设计数据采用材料逐层累加的方法制造实体零件的技术，相对于传统的材料去除（切削加工）技术，是一种“自下而上”材料累加的制造方法。。3D打印技术的原理：3D打印的工艺流程：3D打印的工艺流程：3D打印的主要应用：1）适合复杂结构的快速打印。2）适合产品的个性化定制。3）适合高附加值产品制造。3D打印技术的分类：3D打印技术的分类：3D打印技术的应用领域：熔融沉积3D打印工艺（FDM)是利用成形和支撑材料的热熔性、黏结性，在计算机控制下进行层层堆积成形。几种最成熟的快速成型方法之一。熔融沉积3D打印工艺优点：成本低、材料易得、后处理简单、成型速度快。熔融沉积3D打印工艺缺点：精度不高、表面质量较差、需要支撑、需要对整个截面进行扫描涂覆成型时间较长。熔融沉积3D打印工艺过程：1、前处理（建模、数据处理、确定打印摆放、加支撑、切片）2、原型制作3、后处理光固化成形（SLA），也称立体光刻、光固化立体成形、立体平板印刷。SLASLA原理示意图光固化成形特点：1）成形精度高，可以做到微米级别，比如0.025mm。2）表面质量优良，比较适合成形结构十分复杂、尺寸比较精细的零件。3）成形速度快，系统工作相对稳定。4）可以直接制作面向熔模精密铸造的具有中空结构的消失型。5）制作的原型可以在一定程度上替代塑料件。6）材料利用率极高，接近100%。光固化成形工艺的缺点如下。1）SLA设备造价昂贵，使用维护成本较高。2）成形零件为树脂类零件，材料价格昂贵，强度、刚度、耐热性有限，不利于长期保存。3）光敏树脂对环境有污染，会使人皮肤过敏。4）成形时需要设计支撑，支撑去除容易破坏成形零件。5）经光固化成形后的原型，树脂并未完全固化，所以一般都需要二次固化。。光固化成形应用：①各类注塑、模具的设计与制造（特别是塑料模具）；②产品的外观设计及效果评价，如汽车、家电、化妆晶、体育用品、建筑设计等；③医疗、手术研究用骨骼模型、代用血管、人造骨骼模型等；④流体实验用模型，如飞机、船舶、高大建筑等；⑤艺术摄影作品实物化、胸像制作、首饰的金属模等；⑥学术研究、分子和遗传因子的立体模型、利用生物显微镜切片制作立体模型等。光固化成形工艺过程：前期数据准备（创建CAD模型、模型的面化处理、设计支撑、模型切片分层）、成形加工和后处理。（1）前期数据准备（造型、造型与数据模型转换、设计支撑、模型切片）（2）成形加工（成型参数）（3）后处理（清洗、支撑去除、表面涂覆、后固化）激光选区烧结工艺（SLS)是利用粉末材料（金属或非金属）在激光照射下烧结的原理，在计算机控制下层层堆积成形。激光选区烧结工艺优点：2）无法直接成形高性能的金属和陶瓷零件，成形大尺3）由于使用了大功率激光器，整体制造和维护4）成形坯件的物理性能不能满足功能性制激光选区烧结工艺应用：激光选区烧结工艺工艺过程：前处理、叠层制造及后处理三个阶段三维立体打印（3DP)是一种基于液滴喷射成形的快速成形技术，单层打印成形类似于喷墨打印过程，即在数字信号的激励下，使打印头工作腔内的液态材料在瞬间形成液滴或者由射流形成液滴，以一定的频率和速度从喷嘴喷出，并喷射到指定位置，逐层堆积，形成三维实体零件。三维立体打印（3DP)优点：1）成形速度快，耗材价格便宜，一般的石膏粉都可以成形原型零件。2）成形过程不需要支撑材料，多余粉末容易去除，尤其适用内部结构复杂的原型零件制作。3）能够直接打印彩色原型零件，不需要后期上色。缺点：1）石膏强度较低，只能做概念模型，而不能做功能性试验。2）成形的精度不高，制作的原型零件表面粗糙。三维立体打印（3DP)优点：1）成形速度快，耗材价格便宜，一般的石膏粉都可以成形原型零件。2）成形过程不需要支撑材料，多余粉末容易去除，尤其适用内部结构复杂的原型零件制作。3）能够直接打印彩色原型零件，不需要后期上色。缺点：1）石膏强度较低，只能做概念模型，而不能做功能性试验。2）成形的精度不高，制作的原型零件表面粗糙。激光选区熔化工艺（SLS),是金属材料增材制造中的一种主要技术途径。该技术选用激光作为能量源，按照三维CAD切片模型中规划好的路径在金属粉末床层进行逐层扫描，扫描过的金属粉末通过熔化、凝固从而达到冶金结合的效果，最终获得模型所设计的金属零件。SLS与SLM的区别：SLS技术所使用的材料除了主体金属粉末外还需要添加一定比例的粘结剂粉末，粘结剂粉末一般为熔点较低的金属粉末或是有机树脂等。而SLM技术因其可以使材料完全融化所以一般使用的是纯金属粉末。由于SLS技术的粉末为混合粉末，就算是使用金属粉末作为粘结剂低熔点的金属材料一般强度也较低，所以相比较于单一金属材料的零件SLS技术的烧结件强度也较低。除此之外SLS技术的烧结件由于工艺的关系实体存在空隙，在力学性能与成型精度上都要比SLM差一些。激光选区熔化工艺特点：叠加实体制造技术（LOM）,又称分为分层实体制造。这种制造方法和设备自1991年问世以来，得到了迅速的发展。叠加实体制造工艺的优点：1）无需设计和构建支撑结构。2）快速成形速度较快。由于此方法只需要使激光束沿着物体的轮廓进行切割，无须扫描整个断面，所以成形速度很快，因而常用于加工内部结构简单的大型3）有较高的硬度和较好的力学性能，可进行各种切割加工。4）成型后废料易剥离，无须后固化处理工序。5）原材料价格便宜，制造成本较低。6）可制作较大尺寸的零件叠加实体制造工艺缺点：1）有激光消耗，并需要专门的实验室环境，维护费用高昂。2）当加工温度过高时，有火灾发生的隐患。3）工件表面有台阶纹。4）难以构建形状精密、多曲面的零件，仅限于构建结构简单的零件。5）必须进行防潮处理，纸制零件很容易吸湿变形，所以成形后必须立即进行防潮等后处理