3D打印技術與逆向工程實例教程 第2版 課件 項目一 3D打印技術概述

3D打印技術與逆向工程實例教程項目一3D打印技術概述任務1-1認識3D打印技術及其發(fā)展前景及應用領域

任務1-2認識3D打印機與打印材料

任務1-3認識熔融沉積成型工藝

任務1-4認識光固化成型工藝

任務1-5認識激光選區(qū)燒結工藝

任務1-6了解三維立體打印工藝

任務1-7認識激光選區(qū)熔化工藝

任務1-1認識3D打印技術及其發(fā)展前景及應用領域

【任務導入】什么是3D打印機？你了解的3D打印有哪些途徑？【任務描述】了解3D打印機的的定義、流程發(fā)展、分類；應用領域?！局R目標】1．3D打印工藝發(fā)展。2．3D打印技術的應用?！炯寄苣繕恕?．了解3D打印工藝起源、發(fā)展。2．了解3D打印的應用領域，在教育、醫(yī)療、服飾、廣告、建筑、手辦、工業(yè)制造、原型開發(fā)、模具、文物修復等眾多行業(yè)中的應用。播放視頻：《什么是3D打印技術，3D應用》討論問題1.你從哪個渠道了解到3D打印的？問題2.看完視頻，講一講3D和傳統(tǒng)加工零件有何不同？問題3.說一說3D的打印的特點？認識3D打印課堂互動：任務1-1認識3D打印技術及其發(fā)展前景及應用領域

認識3D打印3D打印工藝是以數(shù)字模型文件為基礎，運用粉末狀金屬或塑料等可黏合材料，通過逐層打印的方式來構造物體的技術。什么是3D打?。咳蝿?-1認識3D打印技術及其發(fā)展前景及應用領域

3D打印分類分層實體制造（LOM）立體光固化成型（SLA）熔融沉積成型（FDM）選擇性激光燒結（SLS）數(shù)字光處理（DLP）聚合物噴射技術（PolyJet）納米金屬射流（NanoParticle

Jetting）連續(xù)液界面生產工藝（CLIP）3D打印有哪些分類呢？任務1-1認識3D打印技術及其發(fā)展前景及應用領域

3D打印技術的起源、發(fā)展第一臺3D打印機查爾斯.赫爾1992Crump發(fā)明了熔融沉積制造技術（FDM1989Deckard發(fā)明了粉末激光燒結技術SLS1988Feygin發(fā)明了分層實體制造1986Hull發(fā)明了光固化成型1993Sachs麻省理工大學發(fā)明了3D打印技術1995年，麻省理工創(chuàng)造了“三維打印”一詞1902C.Baese光敏聚合物制造塑料件1904Perera1892JE.Blanther分層制造法起源19世紀末美國2010Crump意大利恩里·克迪尼發(fā)明了用沙子打印立體建筑的3D打印機2013專門研發(fā)3D打印材料公司Madsolid創(chuàng)立2012年Cube推出開箱即用3D打印機2005ZCorp.推出第一臺彩色高清三維打印任務1-1認識3D打印技術及其發(fā)展前景及應用領域

3Ｄ打印方式與普通制造方式的不同減材制造：傳統(tǒng)CNC等機械制造工藝采用去除材料的加工方式增材制造：3D打印采用逐層累加的技術，即從無到有1.在生產部件時不用考慮生產工藝問題，任何復雜形狀的設計均可以通過3D打印機來實現(xiàn)。３D打印方式：普通制造方式：1.

部件設計完全依賴于生產工藝能否實現(xiàn)，因而限制了創(chuàng)新部件的發(fā)展。2.將制造模型時間縮短為數(shù)小時，根據打印機性能和模型尺寸而定，性能越好時間越短。2.制造一個模型往往需要數(shù)小時或者數(shù)天，模型越復雜時間越長。切削打印任務1-1認識3D打印技術及其發(fā)展前景及應用領域

３D打印與２D打印方式不同之處

在紙面來回噴墨，然后垂直移動填充畫面，平面增加維度，一層一層的創(chuàng)建物體立體3D打?。睤打印任務1-1認識3D打印技術及其發(fā)展前景及應用領域

3D打印應用領域任務1-1認識3D打印技術及其發(fā)展前景及應用領域

3D打印產業(yè)領先企業(yè)國際Materialise比利時Stratasys美國3D

Systems美國Cellink瑞典EOS德國Carbon3d美國DesktopMetal美國Markforge美國Formlabs美國

中國3D打印產業(yè)重點企業(yè)

西安鉑力特湖南華曙高科北京清鋒上海聯(lián)泰深圳創(chuàng)想三維北京鑫精合杭州先臨三維

深圳市極光爾沃

深圳光韻達光電

北京太爾時代

湖南華曙任務1-1認識3D打印技術及其發(fā)展前景及應用領域

任務1-2認識3D打印機與打印材料

【任務導入】3D打印主要有哪兩大領域？常用的3D打印材料有哪些？【任務描述】通過本節(jié)學習了解3D打印機種類和常用的打印材料。【知識目標】1．桌面型3D打印機的主要部件組成。2．3D打印材料及其特性。【技能目標】1．了解桌面型和工業(yè)型3D打印機的發(fā)展，3D桌面型打印機的主要組成。2．了解3D打印常用代表性材料及其特性、應用領域。任務1-2認識3D打印機與打印材料

桌面級3D打印機的主要部件

圖1-83D打印機結構圖1．擠出機擠出機可以分為兩類：近程擠出機和遠程擠出機，近程擠出機與加熱頭和噴嘴是直接連接成一體的；遠程擠出機與加熱頭和噴嘴是分開的。擠出機主要由送絲齒輪、導料輪、送料電動機、擠出機支架和彈簧組成，工作原理是相似的，即彈簧提供的彈力使導料輪和送絲齒輪將耗材夾住，送料電動機旋轉帶動送絲齒輪通過摩擦力拉動耗材前進或退出。

任務1-2認識3D打印機與打印材料2．加熱頭加熱頭主要由加熱塊、加熱棒、

溫度傳感器和進料管

（喉管）組成。在加熱棒和溫度傳感器的共間作用下，加熱頭達到設定溫度值，使得由進料管進入加熱頭中的打印耗材變成熱熔狀從噴嘴擠出。2．加熱頭3．噴嘴市面上銷售的噴嘴主要分為Budaschnozzle和J-head兩類，噴嘴精度卻有0.2mm、0.

3mm、0.4mm等多種型號4．步進電動機電動機是將電脈沖信號轉變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開環(huán)控制步進電動機元件，是3D打印機中一項非常重要的動力部件，能夠驅動活動部件在X、Y、Z軸上的運動。一般情況下，部件在X、Y軸上的運動是通過固定在步進電動機上的同步輪帶動同步帶及其他同步輪共同作用實現(xiàn)的；在Z軸上的運動則是通過直線絲桿步進電動機直接作用完成的。5．同步帶帶按齒形分為梯形齒形和弧形齒形兩大類，三弧形齒形同步帶得到了3D打印機制造商的廣泛使用。6．打印平臺打印平臺就是打印物體的支撐平臺，又稱工作臺。打印平臺尺寸大小都不同，但它們所起到的作用是相同的，即噴嘴擠出的熱熔絲在打印平臺支撐作用下實現(xiàn)一層層堆積成型，

同時模型的第一層牢牢粘貼在打印平臺上。

一種不能提供加熱功能，主要用于打印PLA材料，如MarkBot

Replicator

Z18;一種提供加熱功能?？梢源蛴BS和PLA等材料。如MarkeBot

Replicator

2X。7．直線導航分桌面3D打印機在X、Y、Z軸方向上都有由精密光軸、直線軸承或銅軸承以及塑料滑塊組成的直線導軌。采用銅質軸承工作時噪聲小但是使用壽命比直線軸承短。現(xiàn)在有些3D打印機已經使用微型滾動直線滑軌。8．聯(lián)軸器連軸器是用來聯(lián)接不同機構中的兩根軸（主動軸和從動軸）使之同步1

：

1完成傳遞扭矩的傳動裝置。3D打印機的z軸傳動有兩種不同的形式，步進電機的軸是一根直線絲桿；聯(lián)軸器下方連接步進電機軸，上方則連接用于Z軸升降的絲桿。9．限位開關3D打印機都會在X、Y、Z軸方向上安裝一個機械或光電限位開關，主要有如下兩個作用：1）可以保證打印機在打印前精確定位到初始位置。2）當移動部件運動到行程極限位置時會觸及限位開關，此時在控制系統(tǒng)作用下移動部件停止運行，起到保護設備的作用。10．框架結構分為矩形盒式結構為常用（

MakerBot和Ultimak-er），

矩形桿式結構（PrintrBot）、

三角形結構（Re-pRap）、三角爪式結構（Rostok）、

舵機轉動型結構。3D打印材料任務1-2認識3D打印機與打印材料圖1-9光敏樹脂材料打印的型

圖1-10PLA打印產品

圖1-113D打印的ABS行星齒輪圖1-123D打印的車鏈模型任務1-3認識熔融沉積成型工藝

【任務導入】什么是熔融沉積成型工藝？【任務描述】了解熔融沉積成型技術的原理及特點，工藝過程，材料和常用設備。【知識目標】1．熔融沉積成形（FusedDepositionModeling）技術，簡稱FDM。2．熔融沉積成型的原理和特點、熔融沉積成型的工藝過程、材料、設備?！炯寄苣繕恕?．了解熔融沉積成型的原理和特點及其發(fā)展。2．了解熔融沉積成型的工藝過程。3．了解典型的熔融沉積成型的材料和設備廠家。任務1-3認識熔融沉積成型工藝圖1-15熔融沉積成型技術工藝原理熔融沉積成型的工藝過程

任務1-3認識熔融沉積成型工藝solidWorks、UG，Pro/ENGINEER，AutoCAD中望3Done、Autodesk123D建立三維實體模型獲取模型的STL格式數(shù)據分層切片，設置打印參數(shù)逐層熔融沉積制造成型后期處理打印層厚打印速度打印溫度填充類型去除支撐打磨拋光噴漆熔融沉積成型的材料和設備任務1-3認識熔融沉積成型工藝支撐材料任務1-3認識熔融沉積成型工藝熔融沉積成型設備的廠家及型號介紹任務1-3認識熔融沉積成型工藝任務1-4認識光固化成型工藝【任務導入】什么是光固化成型工藝？

【任務描述】了解光固化成型法起源、原理、特點及應用，常用的光固化技術的打印材料特性及設備操作?！局R目標】1.立體光固化技術的打印原理。2.立體光固化技術的原理和特點、工藝過程、材料、設備?！炯寄苣繕恕?．了解立體光固化技術的原理和特點及其發(fā)展。2．了解立體光固化技術的打印過程。3．熟悉立體光固化技術打印的后處理。4．會操作MPS180激光快速成型機任務1-4認識光固化成型工藝光固化成型的原理和特點

任務1-4認識光固化成型工藝圖立體光固化技術的打印原理光固化成型的工藝過程——打印過程

任務1-4認識光固化成型工藝圖1-21立體光固化技術的打印示意圖1）在樹脂槽中盛滿液態(tài)光敏樹脂，可升降工作臺處于液面下一個截面層厚的高度，聚焦后的激光束在計算機控制下按照零件的截面形狀沿X-Y方向在光敏樹脂表面進行逐點掃描，被掃描的區(qū)域樹脂固化，從而得到該截面的一層樹脂薄片，形成零件的一個薄層，未被掃描的樹脂仍然呈液態(tài)。2）當前層掃描完畢后，升降工作臺下降一個層厚距離，在固化的樹脂表面上涂覆一層新的液態(tài)光敏樹脂，掛板將粘度較大的樹脂液面刮平，液體樹脂再次暴露在光線下，激光束按照新層的截面信息在樹脂上掃描，新層樹脂固化并與前一層已經固化的樹脂粘結，如此重復，直到整個產品零件實體模型成型。3）升降臺升出液體樹脂表面，取出工件，進行相關后處理，通過強光、電鍍、噴漆或著色等處理得到需要的最終產品。立體光固化技術打印的后處理任務1-4認識光固化成型工藝光固化成型的材料及其特性任務1-4認識光固化成型工藝維護與保養(yǎng)任務1-4認識光固化成型工藝光固化打印機常見故障排除任務1-4認識光固化成型工藝任務1-5認識激光選區(qū)燒結工藝

【任務導入】什么是激光選區(qū)燒結工藝？

【任務描述】通過本節(jié)學習激光選區(qū)燒結的打印原理，激光選區(qū)燒結的打印過程，選擇性激光燒結工藝（SLS）工藝使用的材料?！局R目標】1．激光選區(qū)燒結的打印原理。2．激光選區(qū)燒結的原理和特點、工藝過程、材料、設備?！炯寄苣繕恕?．了解激光選區(qū)燒結工藝的原理、特點及劣勢。2．了解激光選區(qū)燒結工藝的工藝過程。3．熟悉激光選區(qū)燒結工藝設備和材料。4．了解直接金屬激光燒結技術（DMLS）。

激光選區(qū)燒結工藝的原理和特點選擇性激光燒結法又稱為選區(qū)激光燒結，SelectedLaserSintering,簡稱SLS原理是預先在工作臺上鋪一層粉末材料(金屬粉末或非金屬粉末)，激光在計算機控制下，按照界面輪廓信息，對實心部分粉末進行燒結，將材料粉末鋪灑在已成形零件的上表面，并刮平；用高強度的CO2激光器在剛鋪的新層上掃描出零件截面；材料粉末在高強度的激光照射下被燒結在一起，得到零件的截面，并與下面已成形的部分粘接；當一層截面燒結完后，鋪上新的一層材料粉末，選擇地燒結下層截面。后不斷循環(huán)，層層堆積成型。圖1-33SLS工藝原理圖任務1-5認識激光選區(qū)燒結工藝

激光選區(qū)燒結工藝的特點任務1-5認識激光選區(qū)燒結工藝

選擇性激光燒結法缺點任務1-5認識激光選區(qū)燒結工藝

SLS的成型原理

選擇性激光燒結加工的過程，先采用壓輥將一層粉末平鋪到已成型工件的上表面，數(shù)控系統(tǒng)操控激光束按照該層截面輪廓在粉層上進行掃描照射而使粉末的溫度升至熔化點，從而進行燒結并于下面已成型的部分實現(xiàn)粘合。當一層截面燒結完后工作臺將下降一個層厚，這時壓輥又會均勻地在上面鋪上一層粉末并開始新一層截面的燒結，如此反復操作直接工件完全成型。在成型的過程中，未經燒結的粉末對模型的空腔和懸臂起著支撐的作用，因此SLS成型的工件不需要像SLA成型的工件那樣需要支撐結構。任務1-5認識激光選區(qū)燒結工藝

激光選區(qū)燒結工藝的工藝過程任務1-5認識激光選區(qū)燒結工藝

圖1-34SLS工藝過程圖SLS的成型工藝過程如圖1-34所示為SLS工藝過程圖，首先，在計算機中建立所要制備試樣的CAD模形，然后用分層軟件對其進行處理得到每一加工層面的數(shù)據信息。成形時，設定好預熱溫度、激光功率、掃描速度、掃描路徑、單層厚度等工藝條件，先在工作臺上用輥筒鋪一層粉末材料，由CO2激光器發(fā)出的激光束在計算機的控制下，根據幾何形體各層橫截面的CAD數(shù)據，有選擇地對粉末層進行掃描，在激光照射的位置上，粉末材料被燒結在一起，未被激光照射的粉末仍呈松散狀，作為成形件和下一層粉末的支撐;一層燒結完成后，工作臺下降一截面層的高度，再進行下一層鋪粉、燒結，新的一層和前一層自然地燒結在一起，全部燒結完成后除去未被燒結的多余粉末，便得到所要制備的試樣。激光選區(qū)燒結工藝的設備和材料

任務1-5認識激光選區(qū)燒結工藝

任務1-5認識激光選區(qū)燒結工藝

任務1-6了解三維立體打印工藝【任務導入】什么是三維印刷(3DP)工藝？【任務描述】通過本節(jié)學習三維印刷(3DP)工藝的打印原理；三維印刷(3DP)工藝的打印過程。【知識目標】1．三維印刷(3DP)工藝的打印原理。