3D打印技术与逆向工程实例教程 第2版 课件 项目一 3D打印技术概述

3D打印技术与逆向工程实例教程项目一3D打印技术概述任务1-1认识3D打印技术及其发展前景及应用领域

任务1-2认识3D打印机与打印材料

任务1-3认识熔融沉积成型工艺

任务1-4认识光固化成型工艺

任务1-5认识激光选区烧结工艺

任务1-6了解三维立体打印工艺

任务1-7认识激光选区熔化工艺

任务1-1认识3D打印技术及其发展前景及应用领域

【任务导入】什么是3D打印机？你了解的3D打印有哪些途径？【任务描述】了解3D打印机的的定义、流程发展、分类；应用领域。【知识目标】1．3D打印工艺发展。2．3D打印技术的应用。【技能目标】1．了解3D打印工艺起源、发展。2．了解3D打印的应用领域，在教育、医疗、服饰、广告、建筑、手办、工业制造、原型开发、模具、文物修复等众多行业中的应用。播放视频：《什么是3D打印技术，3D应用》讨论问题1.你从哪个渠道了解到3D打印的？问题2.看完视频，讲一讲3D和传统加工零件有何不同？问题3.说一说3D的打印的特点？认识3D打印课堂互动：任务1-1认识3D打印技术及其发展前景及应用领域

认识3D打印3D打印工艺是以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可黏合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。什么是3D打印？任务1-1认识3D打印技术及其发展前景及应用领域

3D打印分类分层实体制造（LOM）立体光固化成型（SLA）熔融沉积成型（FDM）选择性激光烧结（SLS）数字光处理（DLP）聚合物喷射技术（PolyJet）纳米金属射流（NanoParticle

Jetting）连续液界面生产工艺（CLIP）3D打印有哪些分类呢？任务1-1认识3D打印技术及其发展前景及应用领域

3D打印技术的起源、发展第一台3D打印机查尔斯.赫尔1992Crump发明了熔融沉积制造技术（FDM1989Deckard发明了粉末激光烧结技术SLS1988Feygin发明了分层实体制造1986Hull发明了光固化成型1993Sachs麻省理工大学发明了3D打印技术1995年，麻省理工创造了“三维打印”一词1902C.Baese光敏聚合物制造塑料件1904Perera1892JE.Blanther分层制造法起源19世纪末美国2010Crump意大利恩里·克迪尼发明了用沙子打印立体建筑的3D打印机2013专门研发3D打印材料公司Madsolid创立2012年Cube推出开箱即用3D打印机2005ZCorp.推出第一台彩色高清三维打印任务1-1认识3D打印技术及其发展前景及应用领域

3Ｄ打印方式与普通制造方式的不同减材制造：传统CNC等机械制造工艺采用去除材料的加工方式增材制造：3D打印采用逐层累加的技术，即从无到有1.在生产部件时不用考虑生产工艺问题，任何复杂形状的设计均可以通过3D打印机来实现。３D打印方式：普通制造方式：1.

部件设计完全依赖于生产工艺能否实现，因而限制了创新部件的发展。2.将制造模型时间缩短为数小时，根据打印机性能和模型尺寸而定，性能越好时间越短。2.制造一个模型往往需要数小时或者数天，模型越复杂时间越长。切削打印任务1-1认识3D打印技术及其发展前景及应用领域

３D打印与２D打印方式不同之处

在纸面来回喷墨，然后垂直移动填充画面，平面增加维度，一层一层的创建物体立体3D打印２D打印任务1-1认识3D打印技术及其发展前景及应用领域

3D打印应用领域任务1-1认识3D打印技术及其发展前景及应用领域

3D打印产业领先企业国际Materialise比利时Stratasys美国3D

Systems美国Cellink瑞典EOS德国Carbon3d美国DesktopMetal美国Markforge美国Formlabs美国

中国3D打印产业重点企业

西安铂力特湖南华曙高科北京清锋上海联泰深圳创想三维北京鑫精合杭州先临三维

深圳市极光尔沃

深圳光韵达光电

北京太尔时代

湖南华曙任务1-1认识3D打印技术及其发展前景及应用领域

任务1-2认识3D打印机与打印材料

【任务导入】3D打印主要有哪两大领域？常用的3D打印材料有哪些？【任务描述】通过本节学习了解3D打印机种类和常用的打印材料。【知识目标】1．桌面型3D打印机的主要部件组成。2．3D打印材料及其特性。【技能目标】1．了解桌面型和工业型3D打印机的发展，3D桌面型打印机的主要组成。2．了解3D打印常用代表性材料及其特性、应用领域。任务1-2认识3D打印机与打印材料

桌面级3D打印机的主要部件

图1-83D打印机结构图1．挤出机挤出机可以分为两类：近程挤出机和远程挤出机，近程挤出机与加热头和喷嘴是直接连接成一体的；远程挤出机与加热头和喷嘴是分开的。挤出机主要由送丝齿轮、导料轮、送料电动机、挤出机支架和弹簧组成，工作原理是相似的，即弹簧提供的弹力使导料轮和送丝齿轮将耗材夹住，送料电动机旋转带动送丝齿轮通过摩擦力拉动耗材前进或退出。

任务1-2认识3D打印机与打印材料2．加热头加热头主要由加热块、加热棒、

温度传感器和进料管

（喉管）组成。在加热棒和温度传感器的共间作用下，加热头达到设定温度值，使得由进料管进入加热头中的打印耗材变成热熔状从喷嘴挤出。2．加热头3．喷嘴市面上销售的喷嘴主要分为Budaschnozzle和J-head两类，喷嘴精度却有0.2mm、0.

3mm、0.4mm等多种型号4．步进电动机电动机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制步进电动机元件，是3D打印机中一项非常重要的动力部件，能够驱动活动部件在X、Y、Z轴上的运动。一般情况下，部件在X、Y轴上的运动是通过固定在步进电动机上的同步轮带动同步带及其他同步轮共同作用实现的；在Z轴上的运动则是通过直线丝杆步进电动机直接作用完成的。5．同步带带按齿形分为梯形齿形和弧形齿形两大类，三弧形齿形同步带得到了3D打印机制造商的广泛使用。6．打印平台打印平台就是打印物体的支撑平台，又称工作台。打印平台尺寸大小都不同，但它们所起到的作用是相同的，即喷嘴挤出的热熔丝在打印平台支撑作用下实现一层层堆积成型，

同时模型的第一层牢牢粘贴在打印平台上。

一种不能提供加热功能，主要用于打印PLA材料，如MarkBot

Replicator

Z18;一种提供加热功能。可以打印ABS和PLA等材料。如MarkeBot

Replicator

2X。7．直线导航分桌面3D打印机在X、Y、Z轴方向上都有由精密光轴、直线轴承或铜轴承以及塑料滑块组成的直线导轨。采用铜质轴承工作时噪声小但是使用寿命比直线轴承短。现在有些3D打印机已经使用微型滚动直线滑轨。8．联轴器连轴器是用来联接不同机构中的两根轴（主动轴和从动轴）使之同步1

：

1完成传递扭矩的传动装置。3D打印机的z轴传动有两种不同的形式，步进电机的轴是一根直线丝杆；联轴器下方连接步进电机轴，上方则连接用于Z轴升降的丝杆。9．限位开关3D打印机都会在X、Y、Z轴方向上安装一个机械或光电限位开关，主要有如下两个作用：1）可以保证打印机在打印前精确定位到初始位置。2）当移动部件运动到行程极限位置时会触及限位开关，此时在控制系统作用下移动部件停止运行，起到保护设备的作用。10．框架结构分为矩形盒式结构为常用（

MakerBot和Ultimak-er），

矩形杆式结构（PrintrBot）、

三角形结构（Re-pRap）、三角爪式结构（Rostok）、

舵机转动型结构。3D打印材料任务1-2认识3D打印机与打印材料图1-9光敏树脂材料打印的型

图1-10PLA打印产品

图1-113D打印的ABS行星齿轮图1-123D打印的车链模型任务1-3认识熔融沉积成型工艺

【任务导入】什么是熔融沉积成型工艺？【任务描述】了解熔融沉积成型技术的原理及特点，工艺过程，材料和常用设备。【知识目标】1．熔融沉积成形（FusedDepositionModeling）技术，简称FDM。2．熔融沉积成型的原理和特点、熔融沉积成型的工艺过程、材料、设备。【技能目标】1．了解熔融沉积成型的原理和特点及其发展。2．了解熔融沉积成型的工艺过程。3．了解典型的熔融沉积成型的材料和设备厂家。任务1-3认识熔融沉积成型工艺图1-15熔融沉积成型技术工艺原理熔融沉积成型的工艺过程

任务1-3认识熔融沉积成型工艺solidWorks、UG，Pro/ENGINEER，AutoCAD中望3Done、Autodesk123D建立三维实体模型获取模型的STL格式数据分层切片，设置打印参数逐层熔融沉积制造成型后期处理打印层厚打印速度打印温度填充类型去除支撑打磨抛光喷漆熔融沉积成型的材料和设备任务1-3认识熔融沉积成型工艺支撑材料任务1-3认识熔融沉积成型工艺熔融沉积成型设备的厂家及型号介绍任务1-3认识熔融沉积成型工艺任务1-4认识光固化成型工艺【任务导入】什么是光固化成型工艺？

【任务描述】了解光固化成型法起源、原理、特点及应用，常用的光固化技术的打印材料特性及设备操作。【知识目标】1.立体光固化技术的打印原理。2.立体光固化技术的原理和特点、工艺过程、材料、设备。【技能目标】1．了解立体光固化技术的原理和特点及其发展。2．了解立体光固化技术的打印过程。3．熟悉立体光固化技术打印的后处理。4．会操作MPS180激光快速成型机任务1-4认识光固化成型工艺光固化成型的原理和特点

任务1-4认识光固化成型工艺图立体光固化技术的打印原理光固化成型的工艺过程——打印过程

任务1-4认识光固化成型工艺图1-21立体光固化技术的打印示意图1）在树脂槽中盛满液态光敏树脂，可升降工作台处于液面下一个截面层厚的高度，聚焦后的激光束在计算机控制下按照零件的截面形状沿X-Y方向在光敏树脂表面进行逐点扫描，被扫描的区域树脂固化，从而得到该截面的一层树脂薄片，形成零件的一个薄层，未被扫描的树脂仍然呈液态。2）当前层扫描完毕后，升降工作台下降一个层厚距离，在固化的树脂表面上涂覆一层新的液态光敏树脂，挂板将粘度较大的树脂液面刮平，液体树脂再次暴露在光线下，激光束按照新层的截面信息在树脂上扫描，新层树脂固化并与前一层已经固化的树脂粘结，如此重复，直到整个产品零件实体模型成型。3）升降台升出液体树脂表面，取出工件，进行相关后处理，通过强光、电镀、喷漆或着色等处理得到需要的最终产品。立体光固化技术打印的后处理任务1-4认识光固化成型工艺光固化成型的材料及其特性任务1-4认识光固化成型工艺维护与保养任务1-4认识光固化成型工艺光固化打印机常见故障排除任务1-4认识光固化成型工艺任务1-5认识激光选区烧结工艺

【任务导入】什么是激光选区烧结工艺？

【任务描述】通过本节学习激光选区烧结的打印原理，激光选区烧结的打印过程，选择性激光烧结工艺（SLS）工艺使用的材料。【知识目标】1．激光选区烧结的打印原理。2．激光选区烧结的原理和特点、工艺过程、材料、设备。【技能目标】1．了解激光选区烧结工艺的原理、特点及劣势。2．了解激光选区烧结工艺的工艺过程。3．熟悉激光选区烧结工艺设备和材料。4．了解直接金属激光烧结技术（DMLS）。

激光选区烧结工艺的原理和特点选择性激光烧结法又称为选区激光烧结，SelectedLaserSintering,简称SLS原理是预先在工作台上铺一层粉末材料(金属粉末或非金属粉末)，激光在计算机控制下，按照界面轮廓信息，对实心部分粉末进行烧结，将材料粉末铺洒在已成形零件的上表面，并刮平；用高强度的CO2激光器在刚铺的新层上扫描出零件截面；材料粉末在高强度的激光照射下被烧结在一起，得到零件的截面，并与下面已成形的部分粘接；当一层截面烧结完后，铺上新的一层材料粉末，选择地烧结下层截面。后不断循环，层层堆积成型。图1-33SLS工艺原理图任务1-5认识激光选区烧结工艺

激光选区烧结工艺的特点任务1-5认识激光选区烧结工艺

选择性激光烧结法缺点任务1-5认识激光选区烧结工艺

SLS的成型原理

选择性激光烧结加工的过程，先采用压辊将一层粉末平铺到已成型工件的上表面，数控系统操控激光束按照该层截面轮廓在粉层上进行扫描照射而使粉末的温度升至熔化点，从而进行烧结并于下面已成型的部分实现粘合。当一层截面烧结完后工作台将下降一个层厚，这时压辊又会均匀地在上面铺上一层粉末并开始新一层截面的烧结，如此反复操作直接工件完全成型。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成型的工件不需要像SLA成型的工件那样需要支撑结构。任务1-5认识激光选区烧结工艺

激光选区烧结工艺的工艺过程任务1-5认识激光选区烧结工艺

图1-34SLS工艺过程图SLS的成型工艺过程如图1-34所示为SLS工艺过程图，首先，在计算机中建立所要制备试样的CAD模形，然后用分层软件对其进行处理得到每一加工层面的数据信息。成形时，设定好预热温度、激光功率、扫描速度、扫描路径、单层厚度等工艺条件，先在工作台上用辊筒铺一层粉末材料，由CO2激光器发出的激光束在计算机的控制下，根据几何形体各层横截面的CAD数据，有选择地对粉末层进行扫描，在激光照射的位置上，粉末材料被烧结在一起，未被激光照射的粉末仍呈松散状，作为成形件和下一层粉末的支撑;一层烧结完成后，工作台下降一截面层的高度，再进行下一层铺粉、烧结，新的一层和前一层自然地烧结在一起，全部烧结完成后除去未被烧结的多余粉末，便得到所要制备的试样。激光选区烧结工艺的设备和材料

任务1-5认识激光选区烧结工艺

任务1-5认识激光选区烧结工艺

任务1-6了解三维立体打印工艺【任务导入】什么是三维印刷(3DP)工艺？【任务描述】通过本节学习三维印刷(3DP)工艺的打印原理；三维印刷(3DP)工艺的打印过程。【知识目标】1．三维印刷(3DP)工艺的打印原理。