基于增材思维的创成式正向设计 课件 0章增材制造技术概述.pptx

基于增材思维的创成式正向设计

第一章增材制造技术引发的革命

增材制造技术引发的革命目录增材制造技术简介增材制造的优势增材制造在生产领域的典型应用增材制造技术引发的设计革命

第1课授课教师：增材制造技术简介

增材制造技术简介增材制造，即3D打印，它是一种全新的制造工艺，完全不同于传统材料“去除型”的加工工艺。这种加工方法主要是一个不断添加的过程，在计算机控制下层叠原材料。增材制造的内容可以源于三维模型或其他电子数据，其打印出的三维物体可以拥有任何形状和几何特征。生物3D打印机图片来源CREALITY

增材制造技术简介最早的增材制造技术出现于20世纪80年代，1981年，日本名古屋市工业研究所的小玉秀男发明了两种利用光硬化聚合物的增材制造三维塑料模型的方法；1984年，美国3D系统公司的查克·赫尔发明了立体光刻，用紫外激光固化高分子光聚合物，将原材料层叠起来。上世纪90年代中期，美国史丹佛大学和卡内基梅隆大学开发出了材料沉积新技术，包括微铸造和喷涂材料，他们的成果使增材制造技术真正成熟起来。3D打印技术之父——查克·赫尔图片来源搜狐

增材制造技术简介增材制造的概念的阐述可以从“广义”和“狭义”两个角度出发，如图所示。从“广义”的角度出发，增材制造的基本特征是材料的累加，它是以直接制造零件为目标的大范畴技术群。而从“狭义”的角度出发，增材制造则是指不同的能量源与CAD/CAM技术结合、分层累加材料的技术体系。增材制造的概念

增材制造技术简介目前，围绕增材制造出现了许多令人眼花缭乱的称谓：快速成型、直接数字制造、增量制造、“3D打印”、“实体自由制造”、增层制造等。2009年美国材料实验协会（ASTM）专门成立了F42委员会，将各种以材料堆积为特征的加工技术统称为“增材制造”技术，在国际上取得了广泛认可与应用。部分增材制造产品图片来源魔猴

增材制造技术简介实际上在我们的日常生产、生活中类似“增材”的例子很多，例如：机械加工的堆焊、建筑物（楼房、桥梁、水利大坝等）施工中的混凝土浇筑、陶瓷回转体成型等。增材方法的基本原理就是将三维物体的模型模拟成若干个二维的薄片状平面层，然后利用设备分别制造各薄片层，并逐层堆积，最终完成所需的三维零件。增材制造的原理图片来源Wikipedia

增材制造技术简介增材制造模型可以使用CAD软件包或三维扫描仪生成。手动搜集制作3D图像所需的几何数据过程同雕塑等造型艺术类似，通过3D扫描，可以生成关于真实物体的形状、外表等的电子数据并进行分析。以3D扫描得到的数据为基础，就可以生成被扫描物体的三维数字模型。需要特别指出的是，无论使用哪种3D建模软件，生成的3D模型（通常为.skp、.dae、.3ds或其它格式）都需要转换成.STL或.OBJ这类打印机可以读取的格式。.STL格式下的三维模型

增材制造技术简介使用STL格式文件打印3D模型前需要先进行“流形错误”检查，这一步通常称为“修正”。对于采用3D扫描获得的模型来说，STL文件“修正”尤其重要，因为这样的模型通常会有大量流形错误。常见的流形错误包括，各表面没有相互连接，或是模型上存在空隙等。Meshmixer修正软件的交互界面

增材制造技术简介完成修正后，用户可以使用“切片机”软件功能将存储为STL文件的数字模型转换成一系列薄层，同时生成G代码（加工代码）文件，其中包括针对某种增材制造打印机（如FDM打印机）的定制指令。接下来，用户可以用打印客户端软件打印G代码文件，这种客户端软件可以利用加载的G代码指示3D打印机完成打印过程。增材制造设备根据G代码从不同的横截面将液体，粉末，纸张或板材等材料一层层组合在一起。这些层次与计算机辅助设计模型中的虚拟层次都是相对应的。这些真实的材料层或人工或自动地拼接起来形成增材制造成品。模型切片

增材制造技术简介增材制造按照其加工材料的类型和方式，可以分为金属成形、非金属成形、生物材料成形等三种分类方式，如图所示常见分类

增材制造技术简介增材打印机类型增材打印机类型工艺材料材料挤出成型熔融沉积成型（FDM）或熔丝制造（FFF）热塑性塑料（例如，PLA、ABS树脂、HIPS、尼龙）、HDPE、共晶、食用材料、橡胶（万能橡皮泥）、雕塑粘土、普莱斯蒂辛橡皮泥、室温硫化有机硅、瓷、金属粘土（包括贵金属粘土）自动注浆成型陶瓷材料、金属合金、金属陶瓷、金属基复合材料、陶瓷基复合材料金属线路型电子束无模成型制造器（EBF3）几乎所有金属合金激光粉末烧结成型直接金属激光烧结（DMLS）几乎所有金属合金电子束熔炼（EBM）包括钛合金在内的几乎所有金属合金激光选区熔化（SLM