3D打印技术综述.docx

3D打印技术
摘要:3D打印是最近几年开始流行的一种快速成形技术,它以数字模型文件为基础,通过逐层打印的方式来构造物体。被认为推动了第三次工业革命进程的3D打印技术,涉及信息技术、材料科学、精密机械等多个方面。投入民用工业是近年来的事,多用于大型制造业。本文从文献研究入手,介绍3D打印机的原理和技术,以及在各领域的应用和出现的产品;最后讨论了目前3D打印应用的前景、优势和不足。
关键词:3D打印;3D打印原理、技术;3D打印应用
一、3D打印概念
3D打印(3D printing),即快速成型技术的一种,也称为增材制造技术,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,被称为“具有工业革命意义的制造技术”。快速成型技术诞生于20世纪80年代后期,是基于材料堆积法的一种高新制造技术。3D打印技术被认为是“第三次工业革命的重要生产工具”,早在20世纪90年代中期就已出现,但由于价格昂贵,技术不成熟,早期并没有得到推广普及。经过20多年的发展,该技术已更加娴熟、精确,且价格有所降低。
二、3D打印原理和过程
“3D打印”层层印刷的原理和喷墨打印机类似,打印机内装有液体或粉末等“打印材料”,与电脑连接后,通过电脑控制采用分层加工,叠加成型的方式来“造型”,会将设计产品分为若干薄层,每次用原材料生成一个薄层,一层一层叠加起来,最终在计算机上的蓝图变为实物。
3D打印是一种直接数字化制造技术,是利用光固化和纸层叠等技术的快速成型装置。
每一层的打印过程分为两步,首先在需要成型的区域洒一层特殊胶水,胶水液滴本身很小,且不易扩散,然后是喷洒一层均匀的粉末。这样在一层胶水一层粉末的交替下,实体模型将会被“打印”成型,打印完毕后只要扫除松散的粉末即可“刨”出模型,而剩余粉末还可循环利用,加工过程仅需确定所需塑料、树脂、金属等物料,材料耗费仅相当于传统制造的十分之一,。它无需生产线,亦可制造那些常规方法无法生产的奇形怪状的零件。
三维打印的设计过程是:先通过计算机建模软件建模,再将建成的三维模型“分区”成逐层的截面,即切片,从而指导打印机逐层打印。分步骤描述如下:
三维建模
通过goSCAN之类的专业3D扫描仪或是Kinect之类的 DIY扫描设备获取对象的三维数据,并且以数字化方式生成二维模型。也可以使用Blender、SketchUp、AutoCAD等二维建模软件从零开始建立三维数字化模型,或是直接使用其他人已做好的3D模型。
2、分层切割
由于描述方式的差异,3D打印机并不能直接操作3D模型。当3D模型输入到电脑中以后,
需要通过打印机配备的专业软件来进一步处理,即将模型切分成一层层的薄片,每个薄片的厚度由喷涂材料的属性和打印机的规格决定。
3、打印喷涂
由打印机将打印耗材逐层喷涂或熔结到二维空间中,根据工作原理的不同,有多种实现方式。比较流行的做法是先喷一层胶水,然后在上面撒一层粉末,如此反复;或是通过高能激光融化合金材料,一层一层地熔结成模型。整个过程根据模型大小、复杂程度、打印材质和工艺耗时几分钟到数天不等。
4、后期处理
模型打印完成后一般都会有毛刺或是粗糙的截面。这时需要对模型进行后期加工,如固化处理、剥离、修整、上色等等,才能最终完