《產(chǎn)品模型制作》課件-2.3D打印技術(shù)認(rèn)知-3D打印技術(shù)概述

2021PRODUCTDESIGN產(chǎn)品模型制作3D打印技術(shù)認(rèn)知——3D打印技術(shù)概述3D打印技術(shù)介紹3D打印技術(shù)的發(fā)展歷程及趨勢(shì)3D打印原理、工藝及特點(diǎn)123PrototypeConcept,Application&Skill43D打印技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域課程目標(biāo)01知識(shí)目標(biāo)1、了解3D打印技術(shù)的發(fā)展歷程2、掌握3D打印技術(shù)的原理、工藝、特點(diǎn)3、了解3D打印技術(shù)的應(yīng)用02技能目標(biāo)1、能夠掌握3D打印的基本原理2、能夠熟悉3D打印的工藝3、能夠熟悉常見的3D打印設(shè)備03素養(yǎng)目標(biāo)1、了解3D打印發(fā)展歷程及發(fā)展趨勢(shì)2、了解我國(guó)3D打印技術(shù)的應(yīng)用情況3D打印又可稱為增材制造，是一種綜合了計(jì)算機(jī)、材料、機(jī)械、控制及軟件等多學(xué)科知識(shí)的先進(jìn)制造技術(shù)。一、什么是3D打印技術(shù)3D打印應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛，已逐漸成為產(chǎn)品快速制造、個(gè)性化制造強(qiáng)有力的手段。二、3D打印技術(shù)的發(fā)展歷程查爾斯·赫爾開發(fā)了第一臺(tái)商業(yè)3D印刷機(jī)198619911995200520082012Helisys推出第一臺(tái)疊層法快速成型（LOM）系統(tǒng)1995年，ZCorp開始開發(fā)基于3DP技術(shù)的打印機(jī)ZCorp公司推出世界上第一臺(tái)高精度彩色3D打印機(jī)第一款開源的桌面級(jí)3D打印機(jī)發(fā)布中國(guó)成為世界上唯一掌握大型結(jié)構(gòu)關(guān)鍵件激光成型的國(guó)家。三、3D打印技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)未來(lái)的3D打印將朝著復(fù)雜先進(jìn)的機(jī)械零部件的制造、工藝改進(jìn)

、數(shù)據(jù)處理技術(shù)的優(yōu)化、專用3D打印設(shè)備的開發(fā)、材料的系列化與標(biāo)準(zhǔn)化方向發(fā)展，以進(jìn)一步拓展3D打印技術(shù)在新領(lǐng)域的應(yīng)用。3D打印技術(shù)與傳統(tǒng)加工制造方法不同，它是通過(guò)將三維數(shù)據(jù)模型按一定的方式進(jìn)行離散，將其轉(zhuǎn)變成可加工的離散面、離散線、離散點(diǎn)。然后采用多種物理或化學(xué)方式，如熔融、燒結(jié)、粘結(jié)等，將這些離散面、線、點(diǎn)逐層堆積，最終形成實(shí)體模型或產(chǎn)品，因此也稱為增材制造（MaterialIncreasingManufacturing，MIM）或分層制造技術(shù)（LayeredManufacturingTechnology，LMT）。四、3D打印基本原理3D打印技術(shù)就是利用三維CAD的數(shù)據(jù)，通過(guò)3D打印機(jī)，將一層層的材料堆積成實(shí)體原型。四、3D打印基本原理CAD文件STL文件模型切片片層輪廓打印成型實(shí)體模型3D打印技術(shù)的工藝過(guò)程一般都包括三維模型的建立、3D打印前處理、實(shí)體疊加打印成型及后處理四個(gè)步驟。五、3D打印的工藝流程五、3D打印的工藝流程1.產(chǎn)品三維模型的構(gòu)建

首先要構(gòu)建三維CAD模型，該三維CAD模型可以利用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件（如Pro/E，UG，Solidworks，I-DEAS等）通過(guò)構(gòu)造性立體幾何表達(dá)法、邊界表達(dá)法、參量表達(dá)法等方法直接構(gòu)建，也可以將已有產(chǎn)品的二維圖樣進(jìn)行轉(zhuǎn)換而形成三維模型，或?qū)Ξa(chǎn)品實(shí)體進(jìn)行激光掃描、CT斷層掃描，得到點(diǎn)云數(shù)據(jù)，然后利用逆向工程的方法來(lái)構(gòu)造三維模型。五、3D打印的工藝流程2.3D打印的前處理01三維模型的近似處理根據(jù)產(chǎn)品特性，加工前要對(duì)模型進(jìn)行近似處理，輸出STL格式文件02三維模型的分層處理根據(jù)模型的特征選擇合適的加工方向，在成型高度方向上切割模型，提取截面的輪廓信息。三維模型的切片處理及截面層五、3D打印的工藝流程3.實(shí)體疊加成型根據(jù)切片處理的截面輪廓，在計(jì)算機(jī)控制下，相應(yīng)的成型頭（激光頭或噴頭）按各截面輪廓信息做掃描運(yùn)動(dòng)，在工作臺(tái)上一層一層地將材料堆積在一起，各層材料通過(guò)交聯(lián)或粘結(jié)固化后，最終得到成型件。五、3D打印的工藝流程4.成型制件的后處理

從打印設(shè)備里取出成型件，根據(jù)最終產(chǎn)品或模型表面的需求，對(duì)原型表面光整處理，對(duì)加支撐的部位進(jìn)行打磨、修剪等后處理，以降低原型表面粗糙度，另外，對(duì)表面質(zhì)量要求較高的原型還需進(jìn)行進(jìn)一步的如噴砂等后處理。六、3D打印技術(shù)特點(diǎn)（1）快速性通過(guò)STL文件，3D打印系統(tǒng)與CAD造型系統(tǒng)無(wú)縫連接，從模型到完成常只需幾小時(shí)到幾十小時(shí)。（2）高度集成化模型數(shù)據(jù)通過(guò)接口軟件可以直接驅(qū)動(dòng)3D打印設(shè)備的數(shù)控指令，打印設(shè)備根據(jù)數(shù)控指令完成原型件或零件的加工，實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)與制造的一體化。（3）與工件復(fù)雜度無(wú)關(guān)3D打印技術(shù)采用分層制造工藝，可以將復(fù)雜的三維實(shí)體離散成一系列層片加工，簡(jiǎn)化加工過(guò)程。（4）高度柔性3D打印系統(tǒng)僅需改變?nèi)SCAD模型，適當(dāng)?shù)卣{(diào)整和設(shè)置加工參數(shù)，即可完成不同類型的零件的加工制作，并且在成型過(guò)程中無(wú)需專用工具，成型過(guò)程具有極高的柔性。（5）自動(dòng)化程度高3D打印是一種完全自動(dòng)的成型過(guò)程，整個(gè)成型過(guò)程無(wú)需或較少干預(yù)就可完成。七、3D打印技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域1、機(jī)械制造

與傳統(tǒng)模具制造相比，3D打印技術(shù)可以使模具制造的時(shí)間縮短，加快了產(chǎn)品的開發(fā)進(jìn)度，迅速完成從設(shè)計(jì)到投產(chǎn)的轉(zhuǎn)換。利用3D打印技術(shù)能夠快速制造企業(yè)所需要的模具或設(shè)備，其制造周期一般為傳統(tǒng)的數(shù)控切削方法的1/5到1/10，而成本僅為其1/3～1/5，且模具的復(fù)雜程度越高，效益就越顯著。

汽車行業(yè)中，3D打印通常在安全性測(cè)試、造型創(chuàng)新設(shè)計(jì)等工作中使用。可以將一些非關(guān)鍵部件用3D打印的產(chǎn)品替代，不僅提高了生成效率，也降低了生產(chǎn)成本。七、3D打印技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域2、汽車制造目前，3D打印技術(shù)在國(guó)內(nèi)的家電行業(yè)上得到了很大程度的普及與應(yīng)用，許多家電企業(yè)走在了國(guó)內(nèi)前列，如：廣東的美的、科龍，春蘭、小天鵝，海爾等，都先后采用3D打印技術(shù)來(lái)開發(fā)新產(chǎn)品，并收到了很好的效果。七、3D打印技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域3、家電行業(yè)（a)海爾公司制作的全球首臺(tái)3D打印空調(diào)（b）吹風(fēng)筒模型七、3D打印技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域4、航空航天領(lǐng)域主要用于展示模型、功能講解演示模型以及單件產(chǎn)品的快速制造。七、3D打印技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域5、醫(yī)學(xué)領(lǐng)域利用3D打印技術(shù)可以加工出內(nèi)、外部三維結(jié)構(gòu)完全仿真的生物模型，總體誤差不超過(guò)0.1%，完全可以滿足外科手術(shù)的需要并且克服了生理解剖標(biāo)本的難度及道德倫理方面的困擾。借助3D打印技術(shù)加工出患者術(shù)區(qū)解剖結(jié)構(gòu)模型，外科醫(yī)生可以更直觀地了解手術(shù)的狀況并結(jié)合模型具體討論復(fù)雜特殊病例、制定更合理的手術(shù)方案。七、3D打印技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域6、文化藝術(shù)領(lǐng)域利用3d掃描掃描文物利用掃描得到的點(diǎn)