3D打印技術(shù)工作原理及起源

發(fā)布時(shí)間：

2020-10-14 22:59

3D打印技術(shù)工作原理簡(jiǎn)述

3D打印機(jī)的工作原理，首先它將每一層的打印過(guò)程分為兩步，在需要成型的區(qū)域噴灑一層特殊膠水，膠水液滴本身很小，且不易擴(kuò)散。然后是噴灑一層均勻的粉末，粉末遇到膠水會(huì)迅速固化黏結(jié)，而沒(méi)有膠水的區(qū)域仍保持松散狀態(tài)。這樣在一層膠水一層粉末的交替重疊的作用下，實(shí)體模型將會(huì)被“打印”成型，打印完畢后只要掃除松散的粉末即可。而剩余粉末還可循環(huán)利用。

打印耗材由傳統(tǒng)的墨水、紙張轉(zhuǎn)變?yōu)槟z水、粉末，當(dāng)然膠水和粉末都是經(jīng)過(guò)處理的特殊材料，不僅對(duì)固化反應(yīng)速度有要求，對(duì)于模型強(qiáng)度以及“打印”分辨率都有直接影響。3D打印技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)600dpi分辨率，每層厚度只有0.01毫米，即使模型表面有文字或圖片也能夠清晰打印。而且可以利用有色膠水實(shí)現(xiàn)彩色打印。

由于打印精度高，打印出的模型品質(zhì)自然不錯(cuò)。除了可以表現(xiàn)出外形曲線上的設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)以及運(yùn)動(dòng)部件也不在話下。如果用來(lái)打印機(jī)械裝配圖，齒輪、軸承、拉桿等都可以正?；顒?dòng)，而腔體、溝槽等形態(tài)特征位置準(zhǔn)確，甚至可以滿足裝配要求，打印出的實(shí)體還可通過(guò)打磨、鉆孔、電鍍等方式進(jìn)一步加工。同時(shí)粉末材料不限于砂型材料，還有彈性伸縮、高性能復(fù)合、熔模鑄造等其他材料可供選擇。

3D打印技術(shù)的起源：

多數(shù)人看來(lái)3D打印還是一個(gè)新生事物，其實(shí)在二十年前3D打印設(shè)想已開(kāi)始醞釀。設(shè)計(jì)領(lǐng)域許多人都知道3D CAD(3D計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì))。從70年代誕生到現(xiàn)在，3D CAD經(jīng)歷了幾十年的發(fā)展，已經(jīng)成為廣大設(shè)計(jì)人員的有力工具之一和很多設(shè)計(jì)領(lǐng)域的重要標(biāo)準(zhǔn)。而快速成型(Rapid Prototyping，簡(jiǎn)稱RP)技術(shù)幾乎與3D CAD的發(fā)展同步，人們從使用3D CAD的那天起就希望方便地將設(shè)計(jì)“轉(zhuǎn)化”為實(shí)物，因此也就有了發(fā)明3D打印機(jī)的必要。

一、3D打印的起源

3D打印技術(shù)起源于19世紀(jì)末美國(guó)研究的照相雕塑和地貌成形技術(shù)，到20世紀(jì)80年代后期已初具雛形，其學(xué)名為“快速成型”，并且在這個(gè)時(shí)期得到推廣和發(fā)展!

二、3D打印、3D打印機(jī)定義。

1、3D打印是一種通過(guò)材料逐層添加制造三維物體的變革性、數(shù)字化增材制造技術(shù)，它將信息、材料、生物、控制等技術(shù)融合滲透，將對(duì)未來(lái)制造業(yè)生產(chǎn)模式與與人類(lèi)生活方式產(chǎn)生重要影響。通俗的講：3D打印就是將各種技術(shù)融合在一起，通過(guò)材料進(jìn)行逐層添加制造物體。

2、3D打印機(jī)，即快速成形技術(shù)的一種機(jī)器，它是一種數(shù)字模型文件為基礎(chǔ)，運(yùn)用粉末狀金屬或塑料等可粘合材料，通過(guò)逐層打印的方式來(lái)構(gòu)造物體的技術(shù)。即把電腦中設(shè)計(jì)的模型，運(yùn)用各種材料，通過(guò)3D打印機(jī)打印成實(shí)體。

3、3D打印機(jī)的工作原理：把數(shù)據(jù)和原料放進(jìn)3D打印機(jī)中，機(jī)器會(huì)按照程序把產(chǎn)品一層層造出來(lái)。打印出的產(chǎn)品，可以立即投入使用。

三、早期的3D打印機(jī)及其應(yīng)用領(lǐng)域。

1、1986年，美國(guó)科學(xué)家胡爾利用一種叫光敏樹(shù)脂的液態(tài)材料，被一定波長(zhǎng)的紫外光照射后會(huì)立刻變成固體的特性，發(fā)明了世界上第一臺(tái)3D打印機(jī)。這臺(tái)打印機(jī)的工作原理是：把液態(tài)光敏樹(shù)脂倒進(jìn)一個(gè)容器，液面下方0.05毫米-0.15毫米有個(gè)升降平臺(tái)，液面上方有一臺(tái)激光器，激光器連接電腦，電腦里有虛擬物體的三維數(shù)據(jù)。電腦發(fā)出第一道指令，激光器發(fā)射紫外光，紫外光照射液面特定位置，這一片形狀的光敏樹(shù)脂馬上發(fā)生光聚合反應(yīng)，從液體變成固體相當(dāng)于打印完成了第一層。然后，平臺(tái)下降0.05毫米-0.15毫米，激光器再根據(jù)新指令發(fā)射光線，上面這層液體照射后固化，“打印”出第二層„„平臺(tái)一點(diǎn)一點(diǎn)下降，電腦一道一道發(fā)出指令，平臺(tái)上的液體一層一層固化、累積，于是，一件電腦里的三維模型就這樣被“打印”成了一件立體實(shí)物。 2012年，胡爾74歲，他一手創(chuàng)辦的3D Systems公司創(chuàng)造了業(yè)內(nèi)3D打印機(jī)最高銷(xiāo)售業(yè)績(jī)：2.9億美元。

2、早期的3D打印機(jī)價(jià)格非常昂貴，并且打印的產(chǎn)品數(shù)量也很少。最早應(yīng)用于打印珠寶、工具、玩具、廚房用具等產(chǎn)品!

四、目前3D打印機(jī)的成型原理、打印耗材及應(yīng)用領(lǐng)域。

1、通過(guò)閱讀資料，我了解到目前3D打印機(jī)的成型原理主要分為FDM(熔積成型法)、SLA(光固化成型法)、SLS(激光粉末燒結(jié)法)、SLM(金屬粉末融化)、3DP(三維印刷法) LOM(分層實(shí)體制造法)。(在3D打印技術(shù)里面具體分析)

2、截止目前，能使用于3D打印機(jī)的材料主要為ABS/PLA卷材(FDM)、光敏樹(shù)脂(SLA)、尼龍粉末 (SLS)、PS/PP粉末(SLS)、金屬粉末(SLS)、陶瓷粉末(SLS)、PVC片材(LOM)、紙張(LOM)、石膏粉末(3DP)和樹(shù)脂砂/覆膜砂(SLS)。(在3D打印技術(shù)里面具體分析)

3、相對(duì)于早期3D打印機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域的狹窄，現(xiàn)在的3D打印機(jī)應(yīng)用敢為大為擴(kuò)展，目前，主要應(yīng)用較大的領(lǐng)域包括政府、航天和國(guó)防、醫(yī)療設(shè)備、高科技、教育業(yè)以及制造業(yè)。其中，目前3D打印機(jī)也應(yīng)用于打印一些極具創(chuàng)意和個(gè)性化的產(chǎn)品模型。

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3D打印未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)分析

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