三D打印快速成型关键技术及其应用.docVIP

3D打印迅速成型技术及其应用

摘要：本文简介了3D打印技术基本原理及其制造流程。通过某些实例阐明了3D打印应用重要是阐明在当代军事方面应用。

引言

3D打印（3D?PRINTING?）即3D打印技术，又3D打印制造是20世纪80年代才兴起一门新兴技术，是21世纪制造业最具影响技术之一。随着计算机与网络技术发展，信息高速公路加快了科技传播速度，产品生命周期越来越短，公司之间竞争不再只是质量和成本上竞争，而更重要是产品上市时间竞争。因而，通过计算机仿真和3D打印增长产品信息量，以便更快完毕设计及其制造过程，将产品设计和制造过程时间周期尽量缩短，防止投产后发现问题导致不可挽回损失。?

3D打印技术是由CAD模型直接驱动迅速制造复杂形状三维实体技术总称。简朴讲，3D打印制造技术就是迅速制造新产品首版样件技术，它可以在没有任何刀具、模具及工装夹具状况下，迅速直接实现零件单件生产。该技术突破了制造业老式模式，特别适合于新产品开发、单件或少批量产品试制等。它是机械工程、计算机CAD、电子技术、数控技术、激光?技术、材料科学等多学科互相渗入与交叉产物。它可迅速，精确地将设计思想转变为具备一定功能原型或零件，以便进行迅速评估，修改及功能测试，从而大大缩短产品研制周期，减少开发费用，加快新产品推向市场进程。?

自从美国3D公司在1987年推出世界上第一台商用迅速原形制造设备以来，迅速原形技术迅速发展。投入研究经费大幅增长，技术成果丰硕。原形化系统产品销量高速增长。在这方面美国，日本始终处在领先地位，国内在这方面起步较晚，但是奋起直追，开展研究并获得一定成果，国内也有些成熟产品问世，她们正在各种生产领域上发挥着作用。

二．3D打印技术简介

2.13D打印系统工作原理和制造工艺

3D打印技术是一种逐级制造技术，它采用离散/堆积成型原理，其过程是：先得到所需零件计算机三维曲面或实体模型；然后依照工艺规定，将其按一定厚度进行分层，将本来三维模型变成二维平面信息，即离散过程；再将分层后数据进行一定解决，加入加工参数，产生数控代码；在微机控制下，数控系统以平面加工方式，有序地持续加工出每个薄层，并使它们自动粘接而成型，从而制造出所需产品实物样件或成品，这就是材料堆积过程。已知自由曲面CAD模型，如果使用老式办法和数控机床进行加工，那么复杂自由曲面，成本高，效率低。近年来，3D打印即广泛被运用于工业生产中。各种3D打印技术过程都涉及CAD模型建立、生成STL文献格式、3D打印制作、模型分层切片和后置解决五个环节，其制造过程如图1所示

运用激光固化树脂材料光造型法（Stereolithography）。光造型装置始终以美国3DSYSTEMS公司ＳＬＡ型产品独占鳌头,并形成垄断市场。其工作原理如下：由激光器发出紫外光,经光学系统汇集成一支细光束,该光束在计算机控制下有选取扫描液体光敏树脂表面,运用光敏树脂遇紫外光凝固机理,一层一层固化光敏树脂,每固化一层后,工作台下降一精准距离,并按新一层表面几何信息使激光扫描器对液面进行扫描,使新一层树脂固化并紧紧粘在前一层已固化树脂上,如此重复,直至制作生成零件实体模型。激光立体造型制造精度当前可达±0.1ｍｍ,重要用作为产品提供样品和实验模型。此外,日本帝人制机开发SOLIFORM可直接制作注射成型模具和真空注塑模具。

纸张叠层造型法。纸张叠层造型法当前以HELISYS公司开发LOM装置应用最广。该装置采用专用滚筒纸,由加热辊筒使纸张加热联接,然后用激光将纸切断,待加热辊筒自动离开后,再由激光将纸张裁切成层面规定形状。

熔融造型法熔融造型法（FDM）。以美国STRATASYS公司开发产品FDM(FUSED?DEPOSITION?MODELLING)应用最为广泛。工作时,直接由计算机控制。喷头挤出热塑材料并按照层面几何信息逐级由下而上制作出实体模型。ＦＤＭ技术最大特点是速度快(普通模型仅需几小时即可成型)、无污染,在原型开发和精铸蜡模等方面得到广泛应用。FDM生产可选成型材料种类较多，原材料费用低，因而到广泛应用。但是FDM也有其固有缺陷。精度低，热融制造中很难控制精度，难以制造构造复杂构件，且材料制造是处在熔点附近，因而构件强度小，也不适合制造大型制件，这些特点都限制了FDM应用范畴。

热可塑造型法（SLS）。以DTM公司开发选取性激光烧结即SLS(SELECTIVE?LASER?SINTERING)应用较多。该办法是用激光熔融烧结树脂粉末方式制作样件。工作时,由激光器发出光束在计算机控制下,依照几何形体各层横截面几何信息对材料粉末进行扫描,激光扫描处粉末熔化并凝固在一起。然后,铺上一层新粉末,再用激光扫描烧结,如此重复,直至制成所需样件。

2.23D打印制造长处

3D打印技术加工特点:3D打印技术突破了“毛坯→切削→加