三維打印快速成型工藝分析學(xué)習(xí)教案

1、三維打印三維打印(d yn)快速成型工藝分析快速成型工藝分析第一頁，共46頁。第1頁/共45頁第二頁，共46頁。12噴墨式三維打印快速噴墨式三維打印快速(kui s)成型工藝成型工藝三維打印三維打印(d yn)快速成型設(shè)備及快速成型設(shè)備及材料材料三維噴涂粘結(jié)快速成型三維噴涂粘結(jié)快速成型(chngxng)工藝工藝34其他快速成型工藝其他快速成型工藝第2頁/共45頁第三頁，共46頁。第一節(jié) 三維噴涂粘結(jié)快速(kui s)成型工藝第3頁/共45頁第四頁，共46頁。圖圖6-1 6-1 三維噴涂粘結(jié)三維噴涂粘結(jié)(zhn ji)(zhn ji)工藝原理工藝原理 以粉末作為成型(chngxng)材料的3DP

2、的工藝原理如圖6-1所示。首先按照設(shè)定的層厚進(jìn)行鋪粉，隨后根據(jù)當(dāng)前疊層的截面信息，利用噴嘴按指定路徑將液態(tài)粘結(jié)劑噴在預(yù)先鋪好的粉層特定區(qū)域，之后工作臺下降一個層厚的距離，繼續(xù)進(jìn)行下一疊層的鋪粉，逐層粘結(jié)后去除多余底料便得到所需形狀制件。第一節(jié) 三維噴涂粘結(jié)快速成型(chngxng)工藝第4頁/共45頁第五頁，共46頁。第一節(jié) 三維噴涂粘結(jié)(zhn ji)快速成型工藝 三維噴涂粘結(jié)快速成型技術(shù)在制造模型時(shí)也存在許多缺點(diǎn)，如果使用粉狀材料，其模型精度和表面粗糙度比較差，零件易變形甚至出現(xiàn)裂紋等，模型強(qiáng)度較低，這些都是該技術(shù)目前需要(xyo)解決的問題。第5頁/共45頁第六頁，共46頁。第一節(jié) 三維

3、噴涂粘結(jié)快速成型(chngxng)工藝第6頁/共45頁第七頁，共46頁。第一節(jié) 三維噴涂粘結(jié)快速(kui s)成型工藝第7頁/共45頁第八頁，共46頁。 a) a) 結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)(jigu)(jigu)陶瓷制品陶瓷制品 b) b) 注射模具注射模具圖圖6-2 6-2 采用采用3DP3DP工藝制作的結(jié)構(gòu)工藝制作的結(jié)構(gòu)(jigu)(jigu)陶瓷制品和注射模陶瓷制品和注射模具具圖圖6-3 6-3 經(jīng)過經(jīng)過(jnggu)3DP(jnggu)3DP工藝制作的金屬制件工藝制作的金屬制件第一節(jié) 三維噴涂粘結(jié)快速成型(chngxng)工藝第8頁/共45頁第九頁，共46頁。第一節(jié) 三維噴涂粘結(jié)快速成型(chngx

4、ng)工藝第9頁/共45頁第十頁，共46頁。一是噴涂粘結(jié)時(shí)制作的模型坯的精度，二是模型坯經(jīng)后續(xù)一是噴涂粘結(jié)時(shí)制作的模型坯的精度，二是模型坯經(jīng)后續(xù)(hux)(hux)處理處理( (焙燒焙燒) )后的精度。后的精度。第一節(jié) 三維噴涂粘結(jié)(zhn ji)快速成型工藝第10頁/共45頁第十一頁，共46頁。12噴墨式三維打印噴墨式三維打印(d yn)快速成型快速成型工藝工藝三維打印三維打印(d yn)快速成型設(shè)備及快速成型設(shè)備及材料材料三維噴涂粘結(jié)快速成型三維噴涂粘結(jié)快速成型(chngxng)工藝工藝34其他快速成型工藝其他快速成型工藝第11頁/共45頁第十二頁，共46頁。第二節(jié) 噴墨式三維打印快速成型

5、(chngxng)工藝zxyMJM噴頭工作臺原材料圖圖6-4 多噴嘴多噴嘴(pnzu)噴墨三維打印原理噴墨三維打印原理 像三維噴涂粘結(jié)快速成型工藝的建造過程類似于SLS工藝一樣，噴墨式三維打印快速成型工藝的建造過程類似于FDM工藝。噴墨式三維打印快速成型設(shè)備的噴頭更像噴墨式打印機(jī)的打印頭。與噴涂粘結(jié)工藝顯著不同之處是其累積(lij)的疊層不是通過鋪粉后噴射粘結(jié)液固化形成的，而是從噴射頭直接噴射液態(tài)的工程塑料瞬間凝固而形成薄層。 多噴嘴噴射成型為噴墨式三維打印設(shè)備的主要成型方式，噴嘴呈線性分布。噴嘴數(shù)量越來越多，打印精度（分辨率）越來越高，如3D Systems公司的ProJet6000型設(shè)備的

6、特清晰打印模式（XHD）的打印精度為0.075mm，層厚為0.05mm。微熔滴直徑的大小決定了其成型的精度或打印分辨率，噴嘴的數(shù)量多少決定了成型效率的高低。第12頁/共45頁第十三頁，共46頁。12噴墨式三維打印快速成型噴墨式三維打印快速成型(chngxng)工藝工藝三維打印三維打印(d yn)快速成型設(shè)備及快速成型設(shè)備及材料材料三維噴涂粘結(jié)快速三維噴涂粘結(jié)快速(kui s)成型成型工藝工藝34其他快速成型工藝其他快速成型工藝第13頁/共45頁第十四頁，共46頁。第三節(jié) 三維打印快速成型設(shè)備(shbi)及材料第14頁/共45頁第十五頁，共46頁。第三節(jié) 三維打印快速(kui s)成型設(shè)備及材料

7、第15頁/共45頁第十六頁，共46頁。圖圖6-2 Z Corp6-2 Z Corp公司的公司的Z150Z150設(shè)備及其制作設(shè)備及其制作(zhzu)(zhzu)的白的白色模型色模型 圖圖6-3 Z Corp6-3 Z Corp公司公司(n s)(n s)的的Z250Z250設(shè)備及其制作的彩色模設(shè)備及其制作的彩色模型型第三節(jié) 三維打印快速成型(chngxng)設(shè)備及材料第16頁/共45頁第十七頁，共46頁。 圖圖6-4 Z Corp6-4 Z Corp公司的公司的Z350Z350設(shè)備及其制作的白色設(shè)備及其制作的白色(bis)(bis)模模型型第三節(jié) 三維打印(d yn)快速成型設(shè)備及材料第17頁/

8、共45頁第十八頁，共46頁。 圖圖6-5 Z Corp6-5 Z Corp公司的公司的Z650Z650設(shè)備設(shè)備(shbi)(shbi)及其制作的彩色模型及其制作的彩色模型第三節(jié) 三維打印快速成型設(shè)備(shbi)及材料第18頁/共45頁第十九頁，共46頁。第三節(jié) 三維打印快速成型設(shè)備(shbi)及材料第19頁/共45頁第二十頁，共46頁。a) Connex500 b) Connex350V圖圖6-7 Objet6-7 Objet公司的公司的ConnexConnex型號型號(xngho)(xngho)設(shè)備設(shè)備圖圖6-8 Objet6-8 Objet公司公司(n s)(n s)的的Objet260O

9、bjet260型號設(shè)備型號設(shè)備第三節(jié) 三維打印(d yn)快速成型設(shè)備及材料第20頁/共45頁第二十一頁，共46頁。圖圖6-9 Objet6-9 Objet公司公司(n s)(n s)的的EdenEden型號型號設(shè)備設(shè)備a) Objet24 b) Objet30圖圖6-10 Objet6-10 Objet公司公司(n s)(n s)的的EdenEden型號型號設(shè)備設(shè)備第三節(jié) 三維打印快速(kui s)成型設(shè)備及材料第21頁/共45頁第二十二頁，共46頁。第三節(jié) 三維打印快速(kui s)成型設(shè)備及材料第22頁/共45頁第二十三頁，共46頁。第三節(jié) 三維打印快速成型設(shè)備(shbi)及材料第23頁

10、/共45頁第二十四頁，共46頁。第三節(jié) 三維打印(d yn)快速成型設(shè)備及材料第24頁/共45頁第二十五頁，共46頁。圖圖6-11 3D Systems6-11 3D Systems公司公司(n s)(n s)的的GilderGilder三維打印三維打印機(jī)機(jī)第三節(jié) 三維打印快速成型設(shè)備(shbi)及材料第25頁/共45頁第二十六頁，共46頁。圖圖6-12 3D Systems6-12 3D Systems公司公司(n s)(n s)的的3D Touch3D Touch三三維打印機(jī)維打印機(jī)第三節(jié) 三維打印快速成型(chngxng)設(shè)備及材料第26頁/共45頁第二十七頁，共46頁。第三節(jié) 三維打印

11、(d yn)快速成型設(shè)備及材料 ProJet 1000&1500個人打印機(jī)及V-Flash 個人打印機(jī)具有更高的打印分辨率和速度、更明亮的色彩(sci)及打印的模型耐久性更好，其設(shè)備主要參數(shù)如表6-6所示，使用材料為VisiJet FTI，其性能如表6-7所示。第27頁/共45頁第二十八頁，共46頁。第三節(jié) 三維打印(d yn)快速成型設(shè)備及材料第28頁/共45頁第二十九頁，共46頁。第三節(jié) 三維打印快速成型(chngxng)設(shè)備及材料第29頁/共45頁第三十頁，共46頁。第三節(jié) 三維打印快速成型(chngxng)設(shè)備及材料第30頁/共45頁第三十一頁，共46頁。圖圖6-14 3D S

12、ystems6-14 3D Systems公司公司(n s)(n s)的的ProJet ProJet SD 3000SD 3000三維打印機(jī)三維打印機(jī)圖圖6-15 3D Systems6-15 3D Systems公司公司(n (n s)s)的的ProJet 5000ProJet 5000三維打印機(jī)三維打印機(jī)圖圖6-16 3D Systems6-16 3D Systems公司公司(n s)(n s)的的ProJet 6000ProJet 6000三維打印機(jī)三維打印機(jī)第三節(jié) 三維打印快速成型設(shè)備及材料第31頁/共45頁第三十二頁，共46頁。12噴墨式三維打印快速成型噴墨式三維打印快速成型(chn

13、gxng)工藝工藝三維打印快速成型設(shè)備三維打印快速成型設(shè)備(shbi)及及材料材料三維噴涂粘結(jié)三維噴涂粘結(jié)(zhn ji)快速成型快速成型工藝工藝34其他快速成型工藝其他快速成型工藝第32頁/共45頁第三十三頁，共46頁。第四節(jié) 其他快速成型(chngxng)工藝激光凈成型電子束選區(qū)熔化電子束熔絲層積細(xì)胞三維結(jié)構(gòu)的增材制造成形(chn xn)金屬微滴3D打印成形(chn xn)第33頁/共45頁第三十四頁，共46頁。激光近成形技術(shù)的基本原理如圖1所示。首先在計(jì)算機(jī)中生成零件的三維CAD實(shí)體模型，然后將模型按一定的厚度切片分層，即將零件的三維形狀信息轉(zhuǎn)換成一系列二維輪廓信息，隨后(suhu)在數(shù)

14、控系統(tǒng)的控制下，用同步送粉激光熔覆的方法將金屬粉末材料按照一定的填充路徑在一定的基材上逐點(diǎn)填滿給定的二維形狀，重復(fù)這一過程逐層堆積形成三維實(shí)體零件。原則上也可以采用同步送絲激光熔覆的方法來成形零件。激光(jgung)凈成型第34頁/共45頁第三十五頁，共46頁。第35頁/共45頁第三十六頁，共46頁。第36頁/共45頁第三十七頁，共46頁。電子束熔絲層積在真空環(huán)境中，利用高能量密度(md)的電子束熔化送進(jìn)的金屬絲材，按照計(jì)算機(jī)預(yù)先規(guī)劃的路徑層層堆積，形成致密的冶金結(jié)合，直至制造出近凈成形的零件與毛坯。國外也稱為電子束直接制造技術(shù)（Electron Beam Direc Manufacturin

15、g，EBDM）。由于成形速度快，往往尺寸精度及表面質(zhì)量不高，成形后還需進(jìn)行少量的數(shù)控加工。適用于航空航天飛行器大型整體金屬結(jié)構(gòu)的快速、低成本制造。第37頁/共45頁第三十八頁，共46頁。第38頁/共45頁第三十九頁，共46頁。電子束選區(qū)(xunq)熔化工藝原理:電子束選區(qū)熔化成形技術(shù)（Electron Beam selective melting,EBSM）是利用電子束為能量源，在真空保護(hù)下高速掃描加熱預(yù)置的粉末，通過逐層熔化疊加，直接(zhji)自由成形多孔、致密或多孔-致密復(fù)合三維產(chǎn)品的技術(shù)。其工作原理如圖所示。首先，在工作臺上鋪一薄層粉末，電子束在電磁偏轉(zhuǎn)線圈的作用下由計(jì)算機(jī)控制，根據(jù)制

16、件各層截面的CAD數(shù)據(jù)有選擇地對粉末層進(jìn)行掃描熔化，未被熔化的粉末仍呈松散狀，可作為支撐；一層加工完成后，工作臺下降一個層厚的高度，再進(jìn)行下一層鋪粉和熔化，同時(shí)新熔化層與前一層熔合為一體；重復(fù)上述過程到制件加工完后從真空箱中取出，用高壓空氣吹出松散粉末，得到三維零件。第39頁/共45頁第四十頁，共46頁。第40頁/共45頁第四十一頁，共46頁。細(xì)胞三維結(jié)構(gòu)(jigu)的增材制造成形細(xì)胞三維結(jié)構(gòu)對于生理和病理研究、藥物篩選及其毒副作用研究、癌細(xì)胞生長研究以及細(xì)胞高密度培養(yǎng)等都具有重要的意義，其終極目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)人工組織或器官的制造。細(xì)胞三維結(jié)構(gòu)的制造，將制造科學(xué)的研究領(lǐng)域由無生命材料，向生命材料擴(kuò)展

17、(kuzhn)，但同時(shí)也提出了巨大的挑戰(zhàn)。第41頁/共45頁第四十二頁，共46頁。金屬微滴金屬微滴3D打印打印(d yn)成形成形金屬微滴3D打印技術(shù)是一種(y zhn)融合了熔滴按需噴射、快速原型技術(shù)和快速凝固技術(shù)，以“原材料逐層堆積”為成形思想的一種(y zhn)新型金屬零件直接制造方法，該技術(shù)原理下圖所示。在保護(hù)環(huán)境中，金屬微滴噴射器可噴射出尺寸均勻的金屬微滴，然后精準(zhǔn)地控制這些均勻微滴在運(yùn)動平臺上進(jìn)行逐點(diǎn)、逐層的堆積，同時(shí)控制運(yùn)動平臺的運(yùn)動軌跡，以成形出具有復(fù)雜形狀的三維實(shí)體金屬零件。微滴在成形零件的過程中，直接依靠熔滴自身的熱量與基體在結(jié)合界面處發(fā)生局部重熔，實(shí)現(xiàn)熔滴間的冶金結(jié)合，由于熔滴直徑較小，其冷卻與凝固速度較快，可使得成形零件的組織較為細(xì)小均勻，以有效提高成形制件的力學(xué)性能。第42頁/共45頁第四十三頁，共46頁。微電子元件微電子元件3D打印打印(d yn)新技術(shù)新技術(shù)在微電子工業(yè)中，三維打印設(shè)備(shbi)可用于多種材料的噴