智能建造理論與實(shí)踐 課件 4.6節(jié) 3D打印技術(shù)

第四章智能建造技術(shù)與應(yīng)用4.63D打印技術(shù)——3D打印技術(shù)概述3D打印技術(shù)的定義及工作原理

3D打印技術(shù)的正式名稱(chēng)為“增材制造”，又稱(chēng)為“快速成型技術(shù)”，可指任何打印三維物體的過(guò)程。與傳統(tǒng)的去除材料加工技術(shù)（減材制造）不同，它綜合了數(shù)字建模技術(shù)、機(jī)電控制技術(shù)、信息技術(shù)、材料科學(xué)與學(xué)等諸多方面的前沿技術(shù)知識(shí)，具有很高的科技含量。3D打印技術(shù)的工作原理是在計(jì)算機(jī)上使用電腦建模軟件（如3Dmax等）塑造虛擬3D立體模型，然后將模型文件轉(zhuǎn)換成與3D打印機(jī)匹配的格式，并根據(jù)切片程序?qū)⒛Ｐ驼w劃分為很多個(gè)橫截面。最后，3D打印機(jī)通過(guò)將橫截面堆疊成3D模型，完成打印工作。4.63D打印技術(shù)——3D打印技術(shù)概述3D打印技術(shù)起源3D打印思想起源于19世紀(jì)末的美國(guó)經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展與不斷改進(jìn)，3D打印技術(shù)已經(jīng)從最早的光固化工藝，發(fā)展出熔融沉積成型工藝、選擇性激光燒結(jié)技術(shù)、三維印刷工藝等多種制作快速成型產(chǎn)品的工藝其中運(yùn)用激光燒結(jié)技術(shù)、熔融沉積成型技術(shù)的3D打印技術(shù)由于其無(wú)需機(jī)械加工和任何模具，就可以從計(jì)算機(jī)圖形數(shù)據(jù)中直接生成各種零件。節(jié)省了生產(chǎn)成本與研發(fā)時(shí)間，在機(jī)械零件、珠寶模具、定制版產(chǎn)品以及醫(yī)學(xué)器官等多個(gè)領(lǐng)域都得到了最廣泛的應(yīng)用。4.63D打印技術(shù)——3D打印相關(guān)技術(shù)3D打印技術(shù)種類(lèi)——SLA（StereolithographyAppearance，立體光固化成型技術(shù)）圖4-52SLA光固化快速成型3D打印技術(shù)

將液態(tài)光敏樹(shù)脂放入加工槽中，開(kāi)始時(shí)工作臺(tái)的高度與液面相差一個(gè)截面層的厚度，經(jīng)過(guò)聚焦的激光按橫截面的輪廓對(duì)光敏樹(shù)脂表面進(jìn)行掃描，被掃描到的光敏樹(shù)脂會(huì)逐漸固化，這樣就可以產(chǎn)生了與橫截面輪廓相同的固態(tài)的樹(shù)脂工件。

此時(shí)，工作臺(tái)會(huì)下降一個(gè)截面層的高度，固化了的樹(shù)脂工件就會(huì)被在加工槽中周?chē)鷽](méi)有被激光照射過(guò)的還處于液態(tài)的光敏樹(shù)脂所淹沒(méi)，激光再開(kāi)始按照下一層橫截面的輪廓來(lái)進(jìn)行掃描，新固化的樹(shù)脂會(huì)粘在下面一層上，經(jīng)過(guò)如此循環(huán)往復(fù)，整個(gè)工件加工過(guò)程就完成了然后將完成的工件再經(jīng)打光、電鍍、噴漆或著色處理即得到要求的產(chǎn)品。4.63D打印技術(shù)——3D打印相關(guān)技術(shù)3D打印技術(shù)種類(lèi)——SLS（SelectiveLaserSintering，選擇性激光燒結(jié)）圖4-53SLS選擇性激光燒結(jié)3D打印技術(shù)

整個(gè)工藝裝置由粉末缸和成型缸組成，工作時(shí)粉末缸活塞（送粉活塞）上升，由鋪粉輥將粉末在成型缸活塞（工作活塞）上均勻鋪上一層，計(jì)算機(jī)根據(jù)原型的切片模型控制激光束的二維掃描軌跡，有選擇地?zé)Y(jié)固體粉末材料以形成零件的一個(gè)層面。

粉末完成一層后，工作活塞下降一個(gè)層厚，鋪粉系統(tǒng)鋪上新粉?？刂萍す馐賿呙锜Y(jié)新層。如此循環(huán)往復(fù)，層層疊加，直到三維零件成型。

最后，將未燒結(jié)的粉末回收到粉末缸中，并取出成型件。對(duì)于金屬粉末激光燒結(jié)，在燒結(jié)之前，整個(gè)工作臺(tái)被加熱至一定溫度，可減少成型中的熱變形，并利于層與層之間的結(jié)合。4.63D打印技術(shù)——3D打印相關(guān)技術(shù)3D打印技術(shù)種類(lèi)——LOM（LaminatedObjectManufacturing，分層實(shí)體制造法，又稱(chēng)層疊成型法）

它以片材（如紙片、塑料薄膜或復(fù)合材料）為原材料，激光切割系統(tǒng)按照計(jì)算機(jī)提取的橫截面輪廓線(xiàn)數(shù)據(jù)，將背面涂有熱熔膠的紙用激光切割出工件的內(nèi)外輪廓。切割完一層后，送料機(jī)構(gòu)將新的一層紙疊加上去，利用熱黏壓裝置將已切割層粘合在一起，然后再進(jìn)行切割，這樣一層層地切割、黏合，最終成為三維工件。LOM常用材料是紙、金屬箔、塑料膜、陶瓷膜等，此方法除了可以制造模具、模型外，還可以直接制造結(jié)構(gòu)件或功能件。4.63D打印技術(shù)——3D打印相關(guān)技術(shù)3D打印技術(shù)種類(lèi)——FDM（FusedDepositionModeling，熔積成型法）圖4-54FDM成型過(guò)程簡(jiǎn)圖

該方法使用絲狀材料（石蠟、金屬、塑料、低熔點(diǎn)合金絲）為原料，利用電加熱方式將絲材加熱至略高于熔化溫度（約比熔點(diǎn)高1℃），在計(jì)算機(jī)的控制下，噴頭作x-y平面運(yùn)動(dòng)，將熔融的材料涂覆在工作臺(tái)上，冷卻后形成工件的一層截面，一層成形后，噴頭上移一層高度，進(jìn)行下一層涂覆（也有文獻(xiàn)中寫(xiě)的是工作臺(tái)下降一個(gè)截面層的高度，然后噴頭進(jìn)行下一個(gè)橫截面的打印），如此循環(huán)往復(fù)，熱塑性絲狀材料就會(huì)一層一層地在工作臺(tái)上完成所需要橫截面輪廓的噴涂打印，直至最后完成。4.63D打印技術(shù)——3D打印相關(guān)技術(shù)3D打印技術(shù)優(yōu)勢(shì)避免了傳統(tǒng)制造業(yè)的切割程序不需要通過(guò)模具進(jìn)行制造加工速度也較快，生產(chǎn)周期相對(duì)較短在制造體積小、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的物體時(shí)具有很大優(yōu)勢(shì)通過(guò)一體成型的打印技術(shù)，不需要二次加工通過(guò)與電腦聯(lián)機(jī)結(jié)合操作，實(shí)現(xiàn)了批量生產(chǎn)和遠(yuǎn)程操控4.63D打印技術(shù)——3D打印技術(shù)應(yīng)用實(shí)例從建筑的整體上分析，3D打印技術(shù)具有良好的經(jīng)濟(jì)效益，且在建筑施工和設(shè)計(jì)中3D技術(shù)可以開(kāi)展建筑特殊性設(shè)計(jì)工作，保證工程計(jì)價(jià)的方便性，獲得比較客觀(guān)的預(yù)算，促使人們具有非常直觀(guān)的感受，對(duì)其進(jìn)行輔助，并且從根本上對(duì)存在的問(wèn)題進(jìn)行有效解決，促使建筑施工的質(zhì)量和安全得到保證。在建筑設(shè)計(jì)中的應(yīng)用3D打印技術(shù)在建筑的施工階段應(yīng)用，可很好地控制施工誤差，提高施工效率。通過(guò)控制系統(tǒng)控制3D建筑打印設(shè)備按照不同的切片方案進(jìn)行打印，打印精確度可控制到mm級(jí)別。在建筑打印過(guò)程中可