3D打印机组装与调试 课件 第1-3讲 3D打印技术的概念；3D打印技术的发展；3D打印技术的应用

3D打印技术的概念授课教师：陈金英3D打印机组装与调试3D打印技术的定义3D打印技术案例3D打印的过程思考题010203043D打印机组装与调试3D打印技术的定义是快速成型技术(RapidPrototyping，RP)的一种，称增材制造技术，又称添加制造（AM,Additive

Manufacturing）。3D打印技术基于3D模型数据，采用与减式制造技术相反的逐层叠加的方式生产物品的过程，通常通过电脑控制将材料逐层叠加，最终将计算机上的三维模型变为立体实物，是大批量制造模式向个性化制造模式发展的引领技术。美国材料与试验协会将增材制造技术定义为3D打印技术的定义快速成型视频数字模型文件逐层打印视频--陈金英录制3D打印技术是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打印技术的定义是以数字化模型为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过增加材料逐层打印的方式构造物体。基本原理逐层打印的案例与分析3D打印技术案例VR眼镜的制作3D打印技术案例VR眼镜的制作3D打印技术案例VR眼镜的制作3D打印技术案例VR眼镜的制作3D打印技术案例VR眼镜的制作3D打印技术的过程前处理分层制造后处理三维建模CT扫描光学扫描网格化处理分层处理逐层制造制件去支撑、打磨最终制件3D打印技术的过程前处理1手持光学扫描设备010203前处理包括三维模型的构建，可通过计算机建模、CT扫描等方式。模型的网格化处理，即网格化处理中往往会有不规则曲面的出现，需要对模型进行近似处理。最后，可以将模型保存为.STL分层制造做准备。3D打印技术的过程分层制造2将模型导入切片软件中，对处理好的三维模型进行分层制造。切片软件的作用可以进一步检查模型质量；为打印机提供所需要的文件格式，如.gcode格式等；可以采用联机打印或者脱机打印的方式进行打印，最后三维模型的质量好坏与3D打印机的制造精度有很大的关系。3D打印技术的过程后处理3打印完成的模型会有许多支撑，模型表面相对比较粗糙，带有许多毛刺或是多余熔料，甚至会出现模型部分结构的打印发生偏差。要对模型进行适当的修整，清除打印支撑、修剪突出的毛刺、打磨粗糙表面以及固化处理增强强度等，最终获得所需制件。思考题请谈谈你对3D打印机的认识，有什么见解？3D打印在现实中的应用，请举例说明？3D打印技术是如何定义的？你了解3D印技术的过程？01020304本小节结束！授课教师：陈金英3D打印机组装与调试3D打印技术的发展授课教师：陈金英3D打印机组装与调试3D打印技术的发展概述国际的发展状况在我国的发展状况发展的制约因素01020304发展前景053D打印机组装与调试思考题063D打印技术的发展概述12345618世纪60年代，蒸汽机的广泛使用引发了第一次工业革命。20世纪80年代后期3D打印机问世，3D打印技术经历了三十多年的发展，被誉为新时代的工业革命。3D打印技术在30年的研发过程中取得了巨大的突破，在一定程度上取代了传统加工工艺中的机械加工及开模制造等工序。3D打印技术采用逐层累加式的加工原理，使用建模软件设计零件的三维模型，经3D打印设备进行产品的加工制造。3D打印技术在打印材料、打印精度、打印速度、支撑的去除等方面仍有待完善。未来3D打印技术的发展及应用市场会拥有巨大的潜力，并且能够在建筑、食品、工业、医学等领域得到广泛的应用。3D打印技术在国际的发展状况2011年，英国南安普顿大学的工程师使用3D打印技术制造出世界首架无人驾驶飞机。2000年，美国Z

corp公司与日本Riken

Institute研制出基于喷墨打印技术的能够制作出彩色原型件的三维打印机。3D打印技术以其独特优势，使其成为“第三次工业革命”的重要标志。3D打印的思想起源于19世纪的美国，在国外发展较快。010203043D打印技术在国际的发展状况英国《每日邮报》报道，由英国南安普敦大学工程师制造的世界上第一架“3D打印”飞机“SULSA”试飞成功。生产技术采用“激光烧结”“SULSA”是一架小型无人驾驶飞机，翼展2米，最高时速可达100英里，还配备有微型自动驾驶系统，可用于巡航。3D打印技术在国际的发展状况3D

Systems公司----/stratasys/3dprinting2013年，美国普惠·洛克达因公司采用选择性激光熔覆技术制造了J-2X火箭发动机的排气孔盖，并试验成功。以色列的Object

Geometries公司推出了基于结合3D

Ink—Jet与光固化工艺的三维打印机Quadra。在全球3D打印机行业，美国3DSystems和Stratasys两家公司的产品占据了绝大多数市场份额。3D

Systems公司的实力最为强大，代表了3D打印技术目前的技术水平和未来的发展趋势。3D打印技术在国际的发展状况FDM技术FDM又称熔融沉积成型，是迄今为止使用最广泛的3D打印工艺之一，使用生产级别的热塑性塑料，打印的零件具有很好的机械性、耐热性和化学强度。Stratasys的3D打印技术和材料FDM技术3D打印技术在国际的发展状况FDM技术清洁、易用、适合办公室环境支持生产级热塑性塑料，具有机械稳定性能制造复杂几何形状和内腔

支持小批量，直接生产FDM3D打印机支持热塑性塑料及其性能3D打印技术在国际的发展状况Shapeways公司/create市场运营模式客户在Shapeways网站上搜索感兴趣的设计作品（即3D模型）。再选择打印材料，将订单发送给Shapeways工厂的工作人员，由他们确定是否可行。最后，用3D打印机打印。3D打印技术在国际的发展状况Shapeways公司/create市场运营模式3D打印不仅仅是一项制造技术，在Shapeways工厂里，主要采用一种激光烧结的3D打印技术，就是使用激光将粉末状的材料逐层熔融烧结，形成制定的形状。3D打印技术在国际的发展状况3D打印技术在国际的发展状况欧美发达国家，3D打印技术形成了商用模式。3D打印技术在医学、航天、汽车、电子、生物、建筑、艺术等领域，可以小批量定制部件，实现复杂而精细的造型。国际3D打印机制造业，正处于迅速兼并与整合过程中，行业巨头正在加速崛起。3D打印技术在我国的发展状况01清华大学在现代成型学理论、分层实体制造、FDM艺等方面有一定的科研优势；02华中科技大学在分层实体制造工艺方面有优势，推出HRP系列成型机和成型材料；03西安交通大学自主研制了三维打印机喷头，开发了光固化成型系统及相应成型材料，成型精度达到0.2mm。04中国科技大学自行研制了八喷头组合喷射装置，在微制造、光电器件领域得到应用。05我国港台地区很多高校和企业都有自己的3D打印设备，RP技术应用更为广泛，非自主研发。

3D打印技术在我国的发展状况01清华大学在现代成型学理论、分层实体制造、FDM艺等方面有一定的科研优势；3D打印技术在我国的发展状况3D打印技术在我国的发展状况机器尺寸为400×358×518mm最大打印成型尺寸240×190×255mm直径1.75mmPLA材料打印喷嘴直径为0.4mm层高精度为0.05mm弘瑞H2型桌面级打印机3D打印技术在我国的发展状况国内3D打印设备，产业化运作的公司主要有：北京殷华，湖北滨利机电，深圳维示泰克，江苏敦超等，基本实现了3D打印机的整体生产和销售。部分公司生产的便携式桌面3D打印机的价格已具备国际竞争力，‌进入欧美市场。01‌有一些中小企业成为国外3D打印设备代理商，‌经销打印设备、‌成型软件和特种材料。‌也有中小企业购买了国内外各类3D打印设备，‌专门为相关企业提供研发、‌生产服务。‌02国内3D打印机在打印精度、打印速度、打印尺寸和软件等方面，还难以满足商用的需求，技术水平有待进一步的提升。033D打印技术发展的制约因素目前3D打印技术的发展仍受到许多因素的制约，主要有以下几点：01打印材料的限制02支撑技术的限制3D打印缺乏支撑性技术是制约发展的另一个重要原因，如打印速度过慢，打印产品精度不满足要求等。3D打印技术产品，一方面需要高效的生产方式，促进打印效率的提高；另一方面则对生产材料有着较高的要求。3D打印使用的材料不仅能够被“打印”，而且“打印”出的产品必须满足技术要求，因此3D打印技术的材料选择是制约发展的一个重要原因。使用的材料主要为工程塑料、部分金属材料等，是专门为3D打印技术研发，与传统工业的生产材料还有着较大差距。3D打印技术发展的制约因素03短时间内难以取代传统制造业与传统制造业相比，3D打印技术具有一定的优势，但是该项技术在某些方面还是存在一定的限制，因此在大规模批量制造及成本控制方面难以与传统制造业匹敌。04国内3D打印材料不足3D打印技术在我国还未形成完善的产业链，仅有少数企业提供高质量的3D打印材料，未能满足国内3D打印技术发展的需要。大量的原料需要依靠进口，导致3D打印技术在我国推广和应用受到一定的限制。3D打印技术的发展前景3D打印技术的前景广阔，渗透到制造的各个领域和行业。1随着技术的进步，3D打印机的成本进一步下降，会在各个领域内普及，预计未来几年，全球3D打印产业将仍处于高速增长期。2我国作为全球3D打印产业的推动者，将在3D打印专业人才培养、行业标准制定、前沿技术研发等方面投入更多的精力。3在个性化定制方面，将以精美的外观设计和较为齐全的功能，给人们带来更多惊喜。5未来，大到飞机、汽车，小到玩具、义齿，3D打印的产品类型将越来越多样。43D打印技术的发展前景3D打印技术与传统的工业制造业相比，主要优势有以下几点：生产效率极高013D打印技术通过材料的层层推挤与叠加，在电脑数据的操控下堆砌成需要生产的物品，省去了繁重的修整零部件工序，增加了原材料的利用率，降低了生产成本，提高了生产效率。复杂零件可一次成型023D打印技术缩短了中间过程，它通过电脑制作模型，在使用打印设备一次性打印完成，更加便捷、准确的制作出复杂产品，缩短了生产和设计周期。可以满足不同消费者需要03传统工业注重批量化生产，3D打印技术则更能激发人的想象力，满足产品设计者和消费者的个性化需求，3D打印技术生产的产品不再千篇一律。思考题请谈谈3D打印技术在国际的发展状况，你有什么见解？3D打印机在我国的发展情况，你有什么想法？制约3D打印技术发展的因素是什么？3D打印技术的优势有哪些？1234本小节结束！授课教师：陈金英3D打印机组装与调试3D打印技术的应用授课教师：陈金英3D打印及组装与调试3D打印技术的应用思考题01023D打印及组装与调试3D打印技术的应用3D打印技术3D打印技术不仅在医学、建筑、汽车、航空航天、工业设计等工业生产领域得到了发展,而且在珠宝、教育和医疗等领域同样得到了推广。

越来越多的使用3D打印技术，为科技创新添加了新的活力。医学建筑汽车珠宝教育工业航空医学模型快速建造3D打印技术的应用

医学道具、模型、用品等材料可通过3D打印获得。利用3D打印技术，将计算机影像数据信息形成实体结构，用于医学教学和手术模拟。使用3D打印技术可有效减少制作时间，并降低搬运损坏的风险。3D打印医学模型已获得较好的技术支持，能使用多种材质进行打印，应用程度高，有很好的应用前景。医学方面的应用牙种植骨骼移植人造耳人体肝脏人造血管3D打印技术的应用组织器官制作人体组织器官代替物的材料要求很高，实现难度大，目前已有一些成功案例。复制人体骨骼，制作义肢，同时也应用于牙种植、骨骼移植等方面。人体某块骨骼缺失或损坏需要置换，可通过扫描对称的骨骼，形成计算机图形并做对称变换，再打印制作出相应骨骼。美国某大学已利用该技术成功制作人造耳、微型人体肝脏。3D打印技术的应用牙齿矫正德国研究人员利用3D打印机等相关技术，制作出柔韧的人造血管，并能使血管与人体融合，并同时解决了血管免遭人体排斥的问题，该项技术不断进步和深入的应用，将有助于解决当前和今后人造器官短缺所面临的困难。3D打印技术的应用脸部修饰与美容利用3D打印技术制作脸部损伤组织，如耳、鼻、皮肤等，可以得到与患者精确匹配的相应组织，为患者重新塑造头部完整形象，达到美观效果。

随着3D打印技术材质的增多，脸部修饰与美容应用将有更加广阔的天地，应用水平亦将得到进一步提高。Titaniumscrewfixture(insurgery)CT-basedreconstructivemodelingPMMAcranioplasty

with4titaniumYshapeplatesforfixation(perforatedtoallowingrowthofconnectivetissue)CranialSurgeryCaseStudies–CranialDefects3D打印技术的应用工业方面的应用制造业需要很多3D打印产品，无论是在成本、速度和精确度上都要比传统制造好很多适合大规模生产，如大型工业企业中使用金属粉末，激光成型3D打印技术等完成生产制造电子产品外壳的设计中，大量使用3D打印技术。3D打印技术的应用领域

汽车厂商通过3D打印技术完成汽车研发阶段的原型开发与设计验证，或用3D打印来制造各种模具、夹具等用于组装和制造过程。3D打印技术的应用

在汽车的设计方面也有非常广泛的应用。在建筑行业，工程师和设计师