3D打印解析ppt课件

3D打印 前言 3D打印 3Dprinting 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 3D打印通常是采用数字技术材料打印机来实现的 2 定义 3D打印技术 是以计算机三维设计模型为蓝本 通过软件分层离散和数控成型系统 利用激光束 热熔喷嘴等方式将金属粉末 陶瓷粉末 塑料 细胞组织等特殊材料进行逐层堆积黏结 最终叠加成型 制造出实体产品 与传统制造业通过模具 车铣等机械加工方式对原材料进行定型 切削以最终生产成品不同 3D打印将三维实体变为若干个二维平面 通过对材料处理并逐层叠加进行生产 大大降低了制造的复杂度 这种数字化制造模式不需要复杂的工艺 不需要庞大的机床 不需要众多的人力 直接从计算机图形数据中便可生成任何形状的零件 使生产制造得以向更广的生产人群范围延伸 3 3D打印主流技术 3D打印的技术主要包括SLA FDM SLS LOM等工艺 下面我们简单介绍三种主流技术 1 立体光刻造型技术 SLA 大家可以想象一下把一根黄瓜切成很薄的薄片再拼成一整根 先由软件把3D的数字模型 切 成若干个平面 这就形成了很多个剖面 在工作的时候 有一个可以举升的平台 这个平台周围有一个液体槽 槽里面充满了可以紫外线照射固化的液体 紫外线激光会从底层做起 固化最底层的 然后平台下移 固化下一层 如此往复 直到最终成型 其优点是精度高 可以表现准确的表面和平滑的效果 精度可以达到每层厚度0 05毫米到0 15毫米 缺点则为可以使用的材料有限 并且不能多色成型 4 3D打印主流技术 2 熔融沉积成型技术 同样是需要把3D的模型薄片化 但是成型的原理不一样 学过高等数学的朋友都知道积分 熔融沉积成型技术 就是把材料用高温熔化成液态 然后通过喷嘴挤压出一个个很小的球状颗粒 这些颗粒在喷出后立即固化 通过这些颗粒在立体空间的排列组合形成实物 这种技术成型精度更高 成型实物强度更高 可以彩色成型 但是成型后表面粗糙 5 3D打印主流技术 3 选择性激光烧结 简称SLS SLS工艺又称为选择性激光烧结 由美国德克萨斯大学奥斯汀分校的C R Dechard于1989年研制成功 SLS工艺是利用粉末状材料成形的 将材料粉末铺洒在已成形零件的上表面 并刮平 用高强度的CO2激光器在刚铺的新层上扫描出零件截面 材料粉末在高强度的激光照射下被烧结在一起 得到零件的截面 并与下面已成形的部分粘接 当一层截面烧结完后 铺上新的一层材料粉末 选择地烧结下层截面 6 3D打印的应用 1 3D打印在医学中的应用科学家们正在利用3D打印机制造诸如皮肤 肌肉和血管片段等简单的活体组织 很有可能将有一天我们能够制造出像肾脏 肝脏甚至心脏这样的大型人体器官 如果生物打印机能够使用病人自身的干细胞 那么器官移植后的排异反应将会减少 7 3D打印的应用 2 3D打印在工业中的应用首先3D打印技术可以加工传统方法难以制造的零件 过去传统的制造方法就是一个毛坯 把不需要的地方切除掉 是多维加工的 或者采用磨具 把金属和塑料融化灌进去得到这样的零件 这样对复杂的零部件来说加工起来非常困难 立体打印技术对于复杂零部件而言具有极大的优势 立体打印技术可以打印非常复杂的东西 8 3D打印的应用 例 首款3D打印汽车当3D打印正在改变制造业的流程时 现在又要改变汽车的生产方式了 世界上第一款3D打印汽车面世 这次不是玩具 而是真正能开上马路的汽车 据 连线 杂志报道 Urbee2是一款三轮的混合动力汽车 它的所有零部件都是3D打印出来的 正如Makerbot和Form1正在重新定义制造业 Urbee正在致力于改变我们制造汽车的方式 9 3D打印的应用 这款汽车是JimKor和他的KorEcologic团队头脑风暴的产物 他们一直专注于研究未来的3D交通工具 他们在网站上展示了对于未来汽车的构想 用最少的能耗开最远的路程 把生产 使用 回收过程的污染降到最低 尽可能用汽车产地附近的原材料生产汽车 Kor的目标是让未来的汽车更节能 环保 生产过程更便捷 10 3D打印的应用 Urbee的生产车间是RedEye 世界上第一款3D打印机摩托车原型也诞生于此 Kor说3D打印的一个优势是具有其他片状金属材料所不具备的灵活性和可塑性 传统的汽车制造是生产出各部分然后再组装到一起 3D打印机能打印出单个的 一体式的汽车车身 再将其他部件填充进去 据称 新版本3D汽车需要50个零部件左右 而一辆标准设计的汽车需要成百上千的零部件 11 3D打印的应用 这让制造变得更简单 Kor只要将模型的每部分上传到打印机上 2500小时后 他就拿到了所有的塑料部件 然后他再把这些东西组装在一起 完整的Urbee看上去像是一个大号电脑鼠标 Urbee的打印材料大部分是塑料 当然 它的地盘和引擎还是钢铁 这车开到路上安全吗 Kor的答案是肯定的 我们甚至觉得它可以用于专业比赛的赛车 他告诉 连线 杂志 我们要让这辆车通过美国勒芒比赛的技术检测 12 3D打印的应用 建筑设计业在建筑业里 工程师和设计师们已经接受了用3D打印机打印的建筑模型 这种方法快速 成本低 环保 同时制作精美 完全合乎设计者的要求 同时又能节省大量材料 13 3D打印机 三维打印通常是采用数字技术材料打印机来实现 这种打印机的产量以及销量在二十一世纪以来就已经得到了极大的增长 其价格也正逐年下降 使用打印机就像打印一封信 轻点电脑屏幕上的 打印 按钮 一份数字文件便被传送到一台喷墨打印机上 它将一层墨水喷到纸的表面以形成一副二维图像 而在3D打印时 软件通过电脑辅助设计技术 CAD 完成一系列数字切片 并将这些切片的信息传送到3D打印机上 后者会将连续的薄型层面堆叠起来 直到一个固态物体成型 3D打印机与传统打印机最大的区别在于它使用的 墨水 是实实在在的原材料 14 3D打印机 堆叠薄层的形式有多种多样 有些3D打印机使用 喷墨 的方式 例如 一家名为Objet的以色列3D打印机公司使用打印机喷头将一层极薄的液态塑料物质喷涂在铸模托盘上 此涂层然后被置于紫外线下进行处理 之后铸模托盘下降极小的距离 以供下一层堆叠上来 另外一家总部位于美国明尼阿波利斯市的公司Stratasys使用一种叫做 熔积成型 的技术 整个流程是在喷头内熔化塑料 然后通过沉积塑料纤维的方式才形成薄层 15 3D打印机 还有一些系统使用粉末微粒作为打印介质 粉末微粒被喷撒在铸模托盘上形成一层极薄的粉末层 然后由喷出的液态粘合剂进行固化 它也可以使用一种叫做 激光烧结 的技术熔铸成指定形状 这也正是德国EOS公司在其叠加工艺制造机上使用的技术 而瑞士的Arcam公司则是利用真空中的电子流熔化粉末微粒 以上提到的这些仅仅是许多成型方式中的一部分 当遇到包含孔洞及悬臂这样的复杂结构时 介质中就需要加入凝胶剂或其他物质以提供支撑或用来占据空间 这部分粉末不会被熔铸 最后只需用水或气流冲洗掉支撑物便可形成孔隙 如今可用于打印的介质种类多样 从繁多的塑料到金属 陶瓷以及橡胶类物质 有些打印机还能结合不同介质 令打印出来的物体一头坚硬而另一头柔软 16 3D打印机 17 3D打印机 18 3D打印的缺陷 1 材料的限制仔细观察你周围的一些物品和设备 你就会发现3D打印的第一个绊脚石 那就是所需材料的限制 虽然高端工业印刷可以实现塑料 某些金属或者陶瓷打印 但目前无法实现打印的材料都是比较昂贵和稀缺的 另外 现在的打印机也还没有达到成熟的水平 无法支持我们在日常生活中所接触到的各种各样的材料 研究者们在多材料打印上已经取得了一定的进展 但除非这些进展达到成熟并有效 否则材料依然会是3D打印的一大障碍 19 3D打印的缺陷 2 机器的限制众所周知 3D打印要成为主流技术 作为一种消耗大的技术 它对机器的要求也是不低的 其复杂性也可想而知 目前的3D打印技术在重建物体的几何形状和机能上已经获得了一定的水平 几乎任何静态的形状都可以被打印出来 但是那些运动的物体和它们的清晰度就难以实现了 这个困难对于制造商来说也许是可以解决的 但是3D打印技术想要进入普通家庭 每个人都能随意打印想要的东西 那么机器的限制就必须得到解决才行 20 3D打印的缺陷 3 知识产权的忧虑在过去的几十年里 音乐 电影和电视产业中对知识产权的关注变得越来越多 3D打印技术毫无疑问也会涉及到这一问题 因为现实中的很多东西都会得到更加广泛的传播 人们可以随意复制任何东西 并且数量不限 如何制定3D打印的法律法规用来保护知识产权 也是我们面临的问题之一 否则就会出现泛滥的现象 21 3D打印的缺陷 4 道德的挑战道德是底线 什么样的东西会违反道德规律 我们是很难界定的 如果有人打印出生物器官或者活体组织 是否有违道德 我们又改如何处理呢 如果无法尽快找到解决方法 相信我们在不久的将来会遇到极大的道德挑战 22 3D打印的缺陷 5 花费的承担3D打印技术需要承担的花费是高昂的 对于普通大众来说更是如此 例如上面提到第一台在京东上架的3D打印机的售价为1万5 又有多少人愿意花费这个价钱来尝试这种新技术呢 也许只有爱好者们吧 如果想要普及到大众 降价是必须的 但又会与成本形成冲突 如何解决这个问题 制造商们估计要头疼了 23 3D打印的前景 3D打印技术的前景是一种新型的生产方式 能够促成新的工业革命 其拥有广阔的市场前景 但每一种新技术诞生初期都会面临着上述类似的障碍 但相信找到合理的解决方案3D打印技术的发展将会更加迅速 就如同任何渲染软件一样 不断地更新才能达到最终的完善 事实上 3D打印技术要成为主流的生产制造技术还尚需时日 24