1、目录目录1.概述3D打印技术的核心思想最早起源于19世纪末的美国，当时进行的是照相雕塑和地貌成型技术研究。到20世纪80年代中期已有雏形，1986年美国人Charles Hull发明了第一台 3D 打印机。3D打印这个名词也是由麻省理工学院在1995年创造的。我国从1991年开始研究3D打印技术。90年代末期，大家开始研究金属材料快速成形技术，但难度很大。2000年前后，这些工艺从实验室研究逐步向工程化、产品化转化。当时叫快速原型技术（RP），即开发样品之前的实物模型。现在也有叫快速成型技术，增材制造。但为便于公众接受，把这种新技术统称为 3D 打印。2012年4月，英国经济学人刊文认为，3D
2、打印技术将与其他数字化生产模式一起，推动第三次工业革命的实现。背景背景1.1 涵义及原理3D打印技术是指由数字模型（CAD）直接驱动的，运用金属、塑料、陶瓷、树脂、蜡、纸、砂等可粘合材料，在快速成形设备里通过逐层叠加的方式来构造物理实体的技术。什么是什么是3D3D打印技术？打印技术？涉及领域涉及领域不同种类的快速成型系统因所用成形材料不同，成形原理和系统特点也各有不同。但都是基于离散堆积原理分层制造，逐层叠加。基本原理基本原理基本流程基本流程1.2 组成3D打印机是3D打印的核心装备。它是一种利用光固化和纸层叠等技术的快速成型装置。它与普通打印机工作原理基本相同，打印机内装有液体或粉末等“打印
3、材料”，与电脑连接后，通过电脑控制把“打印材料”一层层叠加起来，最终把计算机上的蓝图变成实物。3D3D打印机打印机3D打印材料基本上可以分为高分子材料高分子材料和金属材料金属材料两大类。高分子材料如光敏树脂、ABS、PC、尼龙粉、石膏粉、蜡等是打印主力材料；金属材料受工艺及自身特性局限，应用并不广泛。打印材料打印材料1.3 类型3D打印有很多种工艺，如直接金属激光烧结（DMLS）、数字光处理（DLP）、熔丝制造(FFF）、融化压膜（MEM）、分层实体制造（LOM）、电子束熔化成型（EBM）、选择性热烧结（SHS）、粉末层3D打印（PP）等等。 打印紫外光照射固化的液体，精度可以达到每层厚度 (
4、0.050.15) mm。在高强度激光照射下将粉末材料烧结在一起形成物体截面。将高温熔化成液态的材料通过喷嘴挤压出一个个很小的球状颗粒， 这些颗粒喷出后立刻固化并逐层形成物体。用激光切割一个薄层，然后一层层叠加。1.4 特点及适用场合3D打印技术处理的是计算机模型，人们能设计出全新的形状而不用考虑制造上可能存在的局限性；它无需机械加工或制造出任何磨具，就能直接从计算机图形数据中生成零件；可缩短产品研制周期与加工流程，提高生产率；可提高材料利用率，降低成本；还可以通过不同的定制，满足人们个性化需求。3D打印是以数字化、网络化为基础，以个性化、短流程为特征，实现直接制造、桌边制造和批量定制。优点优
5、点适用适用场合场合3D打印技术特别适用于单件小批量生产，形状复杂，多层嵌套和具有空腔结构的零件或物体的制造。1.5 应用领域近年来，3D打印技术发展迅速，在各领域都取得了长足发展，已成为现代模型模具和零部件制造的有效手段。目前主要应用于汽车、航天军工、家电、船舶、医疗、影视、食品、创意等领域。2011年，英国科学家利用3D打印技术打印了一辆可以骑行的自行车，这辆尼龙自行车重量只有普通钢铝自行车的1/3，但坚固度毫不逊色。2011年底，英国南安普顿大学打印了一架翼展2米、最高时速可达160公里的无人驾驶小飞机。苏格兰科学家使用人类细胞打印出了世界上第一个人造肝脏组织。西北工业大学凝固技术国家重点
6、试验室可一次打印超过5m的钛合金飞机部件,2014年投产的国产客机C919制造翼梁。歼-15主承力整体框等很多部件就是钛合金和M100钢3D打印的，目前中国先进战斗机上3D打印部件所占比例已超20%。国产客机C919制造翼梁歼15战斗机巧克力茶杯2.典型技术分析把材料用高温熔化成熔融状态，然后通过细小的喷嘴挤压并排列填充出一个截面，一层一层截面在堆叠起来形成三维实物。2.1 2.1 熔融沉积成型熔融沉积成型FDMFDM基本原理基本原理特点特点优点：成型机结构简单，成本低，材料广泛，强度较高，可以彩色成型，无环境污染；缺点：成型的精度稍差，成型表面较粗糙，操作温度较高。打印材料打印材料通常为热缩
7、性高分子，如ABS、聚酰胺、聚酯、聚碳酸酯、聚乙烯等。FDM工艺的主要技术指标是原型精度原型精度和成成型时间型时间。影响精度误差的原因主要有以下几方面：技术指标技术指标为了获得高精度的FDM原型, 一方面要通过试验研究FDM工艺的参数优化；另一方面就是在加工前数据处理时要给予精确的补偿。通过大量研究及实验验证，可知影响原型精度和成型时间的最最主要的因素主要的因素有以下几种：原材料的变化喷头结构成形过程中的层差为提高精度，应减小材料的收缩率，最基本的方法是设计时考虑收缩量进行尺寸补偿。可改为螺杆结构，或电磁阀式结构。试验表明，基于分形扫描的路径可以减少层层之间应力，从而减少层差。挤出速度填充速度
8、挤出速度和填充速度越快，成型时间越短。为了保证连续平稳地出丝，需要将挤出速度和填充速度进行合理匹配。影响因素影响说明分层厚度喷嘴直径分层厚度较小、喷丝较细时，原型精会较高，但成型时间较长。为保证上下层牢固粘结，分层厚度需小于喷嘴直径。喷头温度环境温度影响成形件的热应力大小。如喷头温度太低 , 则材料粘度加大，造成喷嘴堵塞，材料层间粘结强度降低。为了顺利成形，应该把成形室的温度设定为比挤出丝的熔点温度低 12。理想轮廓线的补偿量理想轮廓补偿量设置不合理直接影响成形件的尺寸和几何精度。应依据挤出丝截面的宽度来进行补偿。2.2 选择性激光烧结SLS工艺参数与成形质量之间的关系是SLS技术的研究热点，
9、国内对此进行了大量的研究。而由于烧结过程的复杂性，进行实时观察比较困难，因此，人们为了更好的理解烧结过程，对烧结过程也进行了一定量的研究。基本原理基本原理先把粉末材料铺好，再用高强度的红外激光扫描，将零件截面内的粉末烧结在一起，通过一层一层烧结，最终成型。特点特点优点：成型材料十分广泛，加工速度快，且无需使用支撑材料，打印物体结实；缺点：成型产品表面较粗糙，需后处理。主要是金属粉末、陶瓷、石蜡、塑料以及它们的复合粉末等打印材料打印材料基本流程基本流程3.打印材料的制备目前3D打印材料主要类型是塑料，液态树塑料，液态树脂脂和和金属粉末金属粉末。在家用领域，有石膏、光敏树脂、塑料等；在工业应用中，
10、适用的金属材料只有10余种。在航空航天等隐性材料上，打印材料逐渐向碳化硅复合材料碳化硅复合材料、高介电陶瓷高介电陶瓷等超颖材料发展。此外纳米材料纳米材料在3D打印技术中也有很大的优势。3D打印金属材料主要用的韧性好的不锈钢不锈钢和钛合金钛合金。打印材料有哪些？打印材料有哪些？3.1 高分子粉末材料的制备高分子材料具有粘弹性，在常温下粉碎时，产生的粉碎热会增加其粘弹性，使粉碎困难，同时被粉碎的粒子还会重新粘合而使粉碎效率降低，甚至会出现熔融拉丝现象，因此不能用常规粉碎法。低温粉碎法低温粉碎法基本原理：基本原理：在低温下高分子材料有一脆化温度Tb，当温度低于Tb时，物料变脆，有利于采用冲击式粉碎方
11、式冲击式粉碎方式进行粉碎。低温粉碎法正是利用高分子材料的这种低温脆性来制备粉末材料的。适用材料：适用材料：常见的高分子材料如聚苯乙烯、聚碳酸酯、聚乙烯、聚丙烯、ABS、聚酯等都可采用低温粉碎法制备粉末材料。制备微米级高制备微米级高分子粉末方法分子粉末方法溶剂沉淀法溶剂沉淀法低温粉碎法低温粉碎法制备高分子粉末材料时，首先将原料冷冻至液氮温度（-196），将粉碎机内部温度保持在合适的低温状态，加入冷冻好的原料进行粉碎。粉碎温度越低，粉碎效率越高，制得的粉末粒径越小，但制冷剂消耗量大。可根据原料性质而定，对于脆性较大的原料如聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸酯类，粉碎温度可以高一些，而对韧性较好的原料如聚碳酸酯
12、、尼龙、ABS 等则应保持较低的温度。粉碎温度的确定粉碎温度的确定低温粉碎法工艺较简单，能连续化生产；但需专用深冷设备，投资大，能量消耗大。而且制备的粉末颗粒形状不规则，粒度分布较宽。特点特点基本原理：基本原理：溶剂沉淀法是将聚合物溶解在适当的溶剂中，然后采用改变温度或加入第二种非溶剂等方法使聚合物以粉末状沉淀出来。适用材料：适用材料：特别适合于具有低温柔韧性具有低温柔韧性的高分子材料，这类材料较难低温粉碎，细粉收率很低，如尼龙。溶剂沉淀法溶剂沉淀法尼龙尼龙12粉末制备工艺粉末制备工艺制备的粉末微粒形状接近于球形，可以通过控制工艺条件生产出所需细度的粉末。一般来说，溶剂的用量越大，粉末粒径越小
13、。3.2 金属粉末的制备机械研磨法机械研磨法利用金属颗粒在不同应变速率下因产生变形而破碎细化的机理。 其优点是对物料的选择性不强可以进行多种金属及合金的粉末制备。气流粉碎气流粉碎是利用气流的能量使物料颗粒发生相互碰撞或与固定板碰撞而粉碎。适用于脆性金属及其氧化物粉末的制备，工艺成熟，但在金属粉末的生产过程中消耗大量的惰性气体或氮气 。雾化法雾化法将作为芯核颗粒的金属(或合金) 非金属、陶瓷粉末与另一种熔融的金属或合金熔体混合熔体用高速流体(通常用水空气氩气等)对其进行雾化制得金属粉末和复合粉末。机械合金化机械合金化是通过两种或两种以上的金属或非金属粉体的球磨在固态下完成固相反应和相变获得细晶合
14、金粉体 目前机械合金化广泛用于制备纳米晶准晶金属间化合物和非晶合金等亚稳材料。化学气相沉积化学气相沉积是在热、光和等离子体等的激活和驱动下使气态物质在气相或气固界面上发生化学反应 从而制得稳定固态沉积物。溶胶凝胶法溶胶凝胶法用于超细粉体表面包覆粒子的制备，包覆用溶胶的制备和包覆层的制备。将所需包覆的颗粒分散于所制备的溶胶中，再在一定的反应条件下完成凝胶化即可在颗粒表面形成所需的包覆层。4.总结3D打印技术虽然在近20年发展非常迅速，但是目前还有许多困难。发展瓶颈发展瓶颈3D打印设备打印设备将会朝着智能化、快速化、精密化、通用化方向发展，这将对打印速度与精度提出更高的要求，同时对于多学科、多机构
15、的协调与创新提出一定的要求。打印材料打印材料将会从树脂到金属材料，再到陶瓷材料，直到生物活性材料发展。技术应用技术应用将从快速原型，过渡到产品开发，再到形状复杂，小批量制造阶段发展。制造对象制造对象也将向日常消费品制造，生物制造，功能件制造如飞机的起落架等复杂零件，个性化制造方向发展。即3D打印技术将朝着成本低廉，零件适应性广，材料适应性广的方向发展，并且在打印速度和打印质量方面有很大的提高。发展方向发展方向参考文献1 Jack G. Zhou, Daniel, Calvin C. Chen. Parametric Process Optimization to Improve the Acc
16、uracy of Rapid Prototyped Stereolithography Parts. International Journal of Machine Tools & Manufacture. 2000, 40.2 Sood AK, Ohdar RK, Mahapalra SS. Parametric appraisal of mechanical properly of fused deposition modeling processed partsJ. Materials and Dcsign. 2010,(31)287-295.3 Kruth J. P. , Merce
17、lis P. and Vaerenbergh J. V. Binding mechanisms in selective laser sintering and selective laser melting. Rapid Prototyping Journal, 2005, 11(1): 26-36.4 熊小青, 冯晓宁. 三维打印快速原型机技术分析. 铸造技术. Dec.2006 Vol. 27 No.125 罗晋，叶春生，黄树槐. FDM系统的重要工艺参数及其控制技术研究. 新技术新工艺. 2005年(06)-0077-03.6 邹国林,贾振元,郭东明,赵福令.FDM工艺精度分析与正交试
18、验设计.电加工与模具.2001年第4期.7 黄小毛, 莫健华, 叶春生. 熔丝沉积成型若干关键技术研究. 华中科技大学博士学位论文. 2009年6月.8 杨继全，徐路钊，李 成，王璟璇，尹亚楠. 基于FDM工艺的零件成型质量工艺参数研究. 南京师范大学学报(工程技术版). 2013年6月第13卷第2期.9 王荣吉, 赵立华, 王玲玲, 选择性激光烧结工艺的试验与优化方法研究. 湖南大学博士学位论文. 2005年7月.10 赵同春, 麻洪秋, 金成海, 张军, 黄赞军. 金属注射成形用水雾化不锈钢粉末的制备与应用, 粉末冶金工业. 2013年6月第23卷第3期.11 孙柏林. 试析“3D打印技术
19、”的优点与局限. 自动化技术与应用. 2013年第32卷第6期.12 徐林碳,史玉升. 纤维/尼龙12复合粉末的制备与选择性激光烧结成形. 华中科技大学硕士学位论文. 2009 年5月.ThanksThanks1. 最短的距离是从手到嘴，最长的距离是从说到做。7、当一个人先从自己的内心开始奋斗，他就是个有价值的人。10. 成功不是将来才有的，而是从决定去做的那一刻起，持续累积而成。13. 既不懈地追求生活，又不敢奢望生活过多地酬报和宠爱，理智而清醒地面对现实。11. 预测未来的最好办法是自己亲手创造未来。19. 如果你能每天呐喊二十一遍我用不着为这一点小事而烦恼，你会发现，你心里有一种不可思议
20、的力量，试试看，很管用的。4、我不知道我现在做的哪些是对的，那些是错的，而当我终于老死的时候我才知道这些。所以我现在所能做的就是尽力做好每一件事，然后等待着老死。17. 无论才能、知识多么卓着，如果缺乏热情，则无异纸上画饼充饥，无补于事。8. 一个能从别人的观念来看事情，能了解别人心灵活动的人，永远不必为自己的前途担心。10. 一个人如若不能使自己的人生辉煌，但也没有理由使它黯淡;人生可以平凡，但不可以庸俗堕落;人生不在乎掠取多少，而在于追求过程的完美与卓越!3. 一个人几乎可以在任何他怀有无限热忱的事情上成功。9. 决定可以克服不可能的事情。3. 你改变不了明天，但如果你过于忧虑明天，你将会
21、毁了今天。18. 如同磁铁吸引四周的铁粉，热情也能吸引周围的人，改变周围的情况。6. 成功的人是跟别人学习经验，失败的人只跟自己学习经验。3. 结婚并不是玫瑰色的，其中包含着许多艰辛。尽管双方原本是相互喜爱的，但是由于婚姻改变了适可为止的生活环境，所以两人间产生紧张感和不适感也是情理之中的事情。5. 只有经历过地狱般的折磨，才有征服天堂的力量，只有流过血的手指，才能弹出世间的绝唱。6. 人性最可怜的就是：我们总是梦想着天边的一座奇妙的玫瑰园，而不去欣赏今天就开在我们窗口的玫瑰。4、我不知道我现在做的哪些是对的，那些是错的，而当我终于老死的时候我才知道这些。所以我现在所能做的就是尽力做好每一件事，然后等待着老死。14. 什么是人生最好的相逢?那是漫漫人生，我们遇到另一个人，我们互相的影响，一起去成长。我流泪、饮泣，然后我微笑。虽然不能终老，但我们曾经拥有最甜美的时光，他里面有我，我里面也有他，永远相思。3. 人生一世，总有个追求，有个盼望，有个让自己珍视，让自己向往，让自己护卫，愿意为之活一遭，乃至愿意为之献身的东西，这就是价值了。
