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3D打印
2017-11-04 16:38  

3D打印简介

3D打?。?DP)即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。

一、 3D打?。焖俪尚停┑幕竟?/p>

1.首先设计出所需要的零件三维CAD模型;

2.根据工艺要求,将模型分层切片,把原来的三维CAD模型变成一系列的层片;

3.再根据每个层片的轮廓信息,计算运动轨迹;

4.最后由成型系统将一系列层片堆积起来,得到一个三维实体。

二、 3D打?。焖俪尚停┑奶氐?/p>

1. 3D打印技术的优点

(1)节省材料。不用剔除边角料,提高了材料的利用率,通过摒弃生产线而降低了成本;

(2)能做到较高的精度和很高的复杂程度,可以制造出采用传统方法制造不出来的、非常复杂的制件;

(3)不需要传统的刀具、夹具、机床或任何模具,就能直接把计算机的任何形状的三维CAD图形生成实物产品;

(4)它可以自动、快速、直接和比较精确地将计算机中的三维设计转化为实物模型,甚至直接制造零件或模具,从而有效地缩短了产品研发周期;

(5)3D打印无需集中的、固定的制造车间,具有分布式生产的特点;

(6)3D打印能在数小时内成形,它让设计人员和开发人员实现了从平面图到实体的飞跃;

(7)它能打印出组装好的产品,因此,它大大降低了组装成本,甚至可以挑战大规模生产方式。

2. 3D打印技术的缺点

(1)存在成本高、工时长的软肋

3D打印仍是比较昂贵的技术。由于用于增材制造的材料研发难度大、而使用量不大等原因,导致3D打印制造成本较高,而制造效率不高。

目前,3D打印技术在我国主要应用于新产品研发,且制造成本高,制造效率低,制造精度尚不能令人满意。3D打印目前并不能取代传统制造业。在未来制造业发展中,“减材制造法仍是主流”。

(2)在规?;矫嫔胁痪弑赣攀?/p>

3D打印技术既然具有分布式生产的优点,那么相反,在规?;矫婢筒痪弑赣攀?。目前,3D打印技术尚不具备取代传统制造业的条件,在大批量、规?;圃斓确矫?,高效、低成本的传统减材制造法更胜一筹。

现在看来,想用3D打印作为生产方式来取代大规模生产不太可能。且不说3D打印技术目前尚且不具备直接生产像汽车这样复杂的混合材料产品,即使该技术在未来取得长足进步,完全打印一辆车只怕要耗时好几个月,在成本上远远高于大规模生产汽车时均摊到每辆汽车上的成本。

所以,对于生产有大量刚性需求的产品来说,具有规模经济优势的大规模生产仍比重点放在“个性化、定制化”的3D打印生产方式更加经济。

(3)打印材料受到限制

3D打印技术的局限和瓶颈主要体现在材料上。目前,打印材料主要是塑料、树脂、石膏、陶瓷、砂和金属等,能用于3D打印的材料非常有限。

尽管已经开发了许多应用于3D打印的同质和异质材料,但是开发新材料的需求仍然存在,一些新的材料正在研发中。这种需求包含两个层面,一是不仅需要对已经得到应用的材料—工艺—结构—特性关系进行深入研究,以明确其优点和限制;二是需要开发新的测试工艺和方法,以扩展可用材料的范围。

(4)精度和质量问题

由于3D打印技术固有的成型原理及发展还不完善,其打印成型零件的精度(包括尺寸精度、形状精度和表面粗糙度)、物理性能(如强度、刚度、耐疲劳性等)及化学性能等大多不能满足工程实际的使用要求,不能作为功能性零件,只能做原型件使用,从而其应用将大打折扣。

而且,由于3D打印采用分层制造,层层叠加的增材制造工艺,层与层之间的结合再紧密,也无法和传统模具整体浇铸而成的零件相媲美,而零件材料的微观组织和结构决定了零件的使用性能。

三、 快速成型工艺类型

快速成型工艺一般包括以下类型:

常用的,且在学生中较流行的为FDM工艺,即熔融挤出成型工艺。熔融挤出成型原理:材料在喷头内被加热熔化,喷头沿零件截面轮廓进行填充运动,同时将熔化的材料挤出,材料迅速固化,并与周围的材料粘结,每填充一层,工作台下移一层。随着模型高度的增加,层片轮廓的形状会发生变化,当发生较大的变化时,填充的材料就会悬空,这就需要一些辅助支撑(软件自动生成),以确保成形过程的顺利实现。

材料:一般是热塑性材料,如:蜡、ABS、PLA、尼龙等。

熔融挤出工艺原理图

四、 3D打印的应用领域

目前,3D打印技术已在工业造型、机械制造、航空航天、军事、建筑、影视、家电、轻工、医学、考古、文化艺术、雕刻、首饰等领域都得到了广泛应用。并且随着这一技术本身的发展,其应用领域将不断拓展。3D打印技术的实际应用主要集中在以下几个方面:

1)产品设计领域

在新产品造型设计过程中的应用3D打印技术为工业产品的设计开发人员建立了一种崭新的产品开发模式。运用3D打印技术能够快速、直接、精确地将设计思想转化为具有一定功能的实物模型(样件),这不仅缩短了开发周期,而且降低了开发费用,也使企业在激烈的市场竞争中占有先机。

2)建筑设计领域

建筑模型的传统制作方式,渐渐无法满足高端设计项目的要求。全数字还原不失真的立体展示和风洞及相关测试的标准,现如今众多设计机构的大型设施或场馆都利用3D打印技术先期构建精确建筑模型来进行效果展示与相关测试,3D打印技术所发挥的优势和无可比拟的逼真效果为设计师所认同?;抵圃炝煊蛴捎?D打印技术自身的特点,使得其在机械制造领域内,获得广泛的应用,多用于制造单件、小批量金属零件的制造。有些特殊复杂制件,由于只需单件生产,或少于50件的小批量,一般均可用3D打印技术直接进行成型,成本低,周期短。

3)模具制造领域

例如玩具制作等传统的模具制造领域,往往模具生产时间长,成本高。将3D打印技术与传统的模具制造技术相结合,可以大大缩短模具制造的开发周期,提高生产率,是解决模具设计与制造薄弱环节的有效途径。3D打印技术在模具制造方面的应用可分为直接制模和间接制模两种,直接制模是指采用3D打印技术直接堆积制造出模具,间接制模是先制出快速成型零件,再由零件复制得到所需要的模具。

4)医学领域

在医学领域的应用近几年来,人们对3D打印技术在医学领域的应用研究较多。以医学影像数据为基础,利用3D打印技术制作人体器官模型,对外科手术有极大的应用价值。

5)文化艺术领域

在文化艺术领域的应用,3D打印技术多用于艺术创作、文物复制、数字雕塑等。

6)航天技术领域

在航空航天领域中,空气动力学地面模拟实验(即风洞实验)是设计性能先进的天地往返系统(即航天飞机)所必不可少的重要环节。该实验中所用的模型形状复杂、精度要求高、又具有流线型特性,采用3D打印技术,根据CAD模型,由3D打印设备自动完成实体模型,能够很好的保证模型质量。

7) 家电领域

3D打印技术在国内的家电行业上得到了很大程度的普及与应用,使许多家电企业走在了国内前列。如:广东的美的、华宝、科龙;江苏的春兰、小天鹅;青岛的海尔等,都先后采用3D打印技术来开发新产品,收到了很好的效果。

3D打印技术的应用很广泛,可以相信,随着3D打印技术的不断成熟和完善,它将会在越来越多的领域得到推广和应用。

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