1、内容概述内容概述o 三维打印机的结构和原理三维打印机的结构和原理o 三维打印机的关键技术三维打印机的关键技术o 三维打印技术的优缺点三维打印技术的优缺点o 三维打印技术的应用三维打印技术的应用o 三维打印技术的发展历程、现状及前景三维打印技术的发展历程、现状及前景1三维打印机的结构和原理三维打印机的结构和原理2三维打印机的结构和原理三维打印机的结构和原理三维模型构造三维模型构造 三维模型的三维模型的近似处理近似处理 三维模型的三维模型的分层处理分层处理 截面加工截面加工 截面叠加截面叠加 后处理后处理3三维打印机的结构和原理三维打印机的结构和原理o 三维模型构造三维模型构造o RP系统只接受产
2、品三维模型，因此，首先用系统只接受产品三维模型，因此，首先用CAD软件对产品进行三维建模；或将已有的二维三视图软件对产品进行三维建模；或将已有的二维三视图转换成三维模型；或在逆向工程中，运用测量仪对转换成三维模型；或在逆向工程中，运用测量仪对已有的产品进行扫描，得到数据点云，进行三维重已有的产品进行扫描，得到数据点云，进行三维重构。构。4三维打印机的结构和原理三维打印机的结构和原理o 三维模型的近似处理三维模型的近似处理o 产品上往往有一些不规则的自由曲面，加工前必须产品上往往有一些不规则的自由曲面，加工前必须进行近似处理。经过近似处理获得的三维模型文件进行近似处理。经过近似处理获得的三维模型
3、文件称为称为STL格式文件，它由一系列相连空间三角形组格式文件，它由一系列相连空间三角形组成。成。5三维打印机的结构和原理三维打印机的结构和原理o 三维模型的分层处理三维模型的分层处理o RP工艺是按一层层截面轮廓来加工的，加工前需工艺是按一层层截面轮廓来加工的，加工前需将三维模型离散成一系列有序的二维层片。间隔的将三维模型离散成一系列有序的二维层片。间隔的大小按精度和生产率要求选定。各种成形系统都带大小按精度和生产率要求选定。各种成形系统都带有处理软件，能自动提取模型的截面轮廓。有处理软件，能自动提取模型的截面轮廓。6三维打印机的结构和原理三维打印机的结构和原理o 截面加工截面加工o 在计算
4、机控制下，打印机的喷头由数控系统控制，在计算机控制下，打印机的喷头由数控系统控制，在在x-y平面内按截面轮廓进行扫描，通过粘结剂平面内按截面轮廓进行扫描，通过粘结剂将零件的截面将零件的截面“印刷印刷”在材料粉来上面，得到一层在材料粉来上面，得到一层层截面层截面。7三维打印机的结构和原理三维打印机的结构和原理o 截面叠加截面叠加o 每层截面形成之后，下一层材料被送至已成形的层每层截面形成之后，下一层材料被送至已成形的层面上，然后进行后一层的成形，并与前一层面相粘面上，然后进行后一层的成形，并与前一层面相粘结，从而将一层层的截面逐步叠合在一起，最终形结，从而将一层层的截面逐步叠合在一起，最终形成三
5、维产品。成三维产品。8三维打印机的结构和原理三维打印机的结构和原理9三维打印机的结构和原理三维打印机的结构和原理o 后处理后处理o 成形机成形完毕后，取出工件，进行打磨、涂挂，成形机成形完毕后，取出工件，进行打磨、涂挂，或者放进高温炉中烧结，进一步提高其强度。或者放进高温炉中烧结，进一步提高其强度。10三维打印机的关键技术三维打印机的关键技术o 三维打印机是集机械、控制及计算机等技术三维打印机是集机械、控制及计算机等技术为一体的机电一体化系统，主要由机械系统、为一体的机电一体化系统，主要由机械系统、数控系统、分层软件组成。此外，三维打印数控系统、分层软件组成。此外，三维打印机还涉及成形材料技术
6、。机还涉及成形材料技术。11三维打印机的关键技术三维打印机的关键技术o 机械系统机械系统o 机械系统主要由机械系统主要由XYZ运动机构、材料存储及送进运动机构、材料存储及送进装置组成。装置组成。X和和Y轴组成平面扫描运动轴组成平面扫描运动框架，由伺服电机驱动控框架，由伺服电机驱动控制喷头的扫描运动；制喷头的扫描运动；Z轴轴由伺服电机驱动控制工作由伺服电机驱动控制工作台作垂直于台作垂直于XY平面的运动。平面的运动。12三维打印机的关键技术三维打印机的关键技术o 数控系统数控系统o 数控系统应提供在数控系统应提供在X-Y-Z空间内的三轴联动控制，空间内的三轴联动控制，并且能够对制造精度进行控制，即
7、对加工时的光学并且能够对制造精度进行控制，即对加工时的光学参数、温度、功率和材料进给量等进行实时补偿。参数、温度、功率和材料进给量等进行实时补偿。13三维打印机的关键技术三维打印机的关键技术o 分层软件分层软件o 分层软件必须具备分层软件必须具备CAD模型数据处理及成形机控模型数据处理及成形机控制功能，它对成形零件的精度、系统的性能等方面制功能，它对成形零件的精度、系统的性能等方面都有很大影响。都有很大影响。14三维打印机的关键技术三维打印机的关键技术o 成形材料成形材料o 快速成型技术对成形材料有二个方面的基本要求：快速成型技术对成形材料有二个方面的基本要求：第一，要求成形材料应具有可成形性
8、；第二，要求第一，要求成形材料应具有可成形性；第二，要求保证成形件的质量和使用性能。保证成形件的质量和使用性能。o 目前成形材料已成为阻碍快速成型技术发展的重要目前成形材料已成为阻碍快速成型技术发展的重要因素之一，不断开发出性能优良的快速成型材料，因素之一，不断开发出性能优良的快速成型材料，将会极大地促进快速成型技术的发展。将会极大地促进快速成型技术的发展。15三维打印技术的优缺点三维打印技术三维打印技术成型速度快成型速度快材料价格低材料价格低粘结剂中可粘结剂中可添加颜料添加颜料成型过程不成型过程不需要支撑需要支撑=模型强度低模型强度低-16三维打印技术的应用三维打印技术的应用教育教育设计原型
9、设计原型建筑建筑17三维打印技术的应用三维打印技术的应用地理空间地理空间医学医学工业工业娱乐与艺术娱乐与艺术18三维打印技术的发展历程、现状及前景三维打印技术的发展历程、现状及前景20世纪世纪70年代，年代，3D CAD技技术兴起，实现产品虚拟设计术兴起，实现产品虚拟设计1994年，麻省理工学院发明年，麻省理工学院发明了三维打印技术并申请专利了三维打印技术并申请专利1997年，年，Z-corporation公司公司成立，将成立，将3DP技术推向市场技术推向市场发展历程发展历程19三维打印技术的发展历程、现状及前景三维打印技术的发展历程、现状及前景2003年，年，Z Corp推出推出Z Prin
10、ter310，随后，随后又推出又推出Spectrum Z510和和Z8102003年，年，3D System推出推出In Vision打印机打印机2004年三维打印机的年三维打印机的销售量比销售量比2003年几年几乎翻了一倍乎翻了一倍2003年低端年低端RP设备设备三维打印机的销售达三维打印机的销售达到了空前的高度到了空前的高度发展现状发展现状20三维打印技术的发展历程、现状及前景三维打印技术的发展历程、现状及前景材料多元化材料多元化新工艺的开发新工艺的开发与设备改进与设备改进后处理工艺的后处理工艺的简化或去除简化或去除软件集成化软件集成化操作简单化、操作简单化、网络化网络化从快速原型向从快速原型向快速制造发展快速制造发展发展前景发展前景2122
