3D打印文献综述

3D打印文献综述 摘要3D打印是一种快速成形技术，它以数字模型文件为根底，通过逐层打印的方式来构造物体。3D打印技术，涉及信息技术、材料科学、精细机械等多个方面，该技术已逐步投入到工业应用。本文从文献探讨入手，介绍3D打印机的原理和技术，几种常见的3D打印方法以及在各领域的应用和出现的产品；最终探讨了目前3D打印应用的前景、优势和缺乏。 关键词3D打印；3D打印HYPERLINK 原理；3D打印种类；3D打印应用 一、3D打印 3D打印〔3D printing〕是快速成型技术的一种，也称为增材制造技术，它是一种以数字模型文件为根底，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，被称为“具有工业革命意义的制造技术〞。快速成型技术诞生于20世纪80年头后期，是基于材料积累法的一种高新制造技术。3D打印技术被认为是“第三次工业革命的重要生产工具〞，早在20世纪90年头中期就已出现，但由于价格昂贵，技术不成熟，早期并没有得到推广普及。经过20多年的开展，该技术已更加娴熟、精确，且价格有所降低。 二、3D打印原理和过程 “3D打印〞的原理和喷墨打印机类似，打印机内装有液体或粉末等“打印材料〞，与电脑连接后，通过电脑限制采纳分层加工，叠加成型的方式来“造型〞，会将设计产品分为假设干薄层，每次用原材料生成一个薄层，每一层的打印过程分为两步，首先在须要成型的区域洒一层特别胶水，胶水液滴本身很小，且不易扩散，然后是喷洒一层匀称的粉末。这样在一层胶水一层粉末的交替下，实体模型将会被“打印〞成型，打印完毕后只要扫除松散的粉末即可“刨〞出模型，而剩余粉末还可循环利用，加工过程仅需确定所需塑料、树脂、金属等物料，材料消耗仅相当于传统制造的特别之一，而误差可轻易限制到之内。3D打印是一种干脆数字化制造技术，是利用光固化和纸层叠等技术的快速成型装置。它无需生产线，亦可制造那些常规方法无法生产的奇形怪状的零件。 3D打印主要分为四个步骤建模、切片、打印和后处理。 各步骤简要介绍如下 三维建模 通过Pro/E或其他三维绘图软件建立该零部件实体模型，保存成相应的格式，以便导入到打印机中。通常设计软件和打印机之间协作的标准文件格式是STL文件格式。 2、切片 由于描述方式的差异，3D打印机并不能干脆操作3D模型。当3D模型输入到电脑中以后，须要通过打印机配备的专业软件来进一步处理，即将模型切分成一层层的薄片，每个薄片的厚度由喷涂材料的属性和打印机的规格确定。 3、打印 由打印机将打印耗材逐层喷涂或熔结到二维空间中，先喷一层胶水，然后在上面撒一层粉末，如此反复；或是通过高能激光溶化合金材料，一层一层地熔结成模型。 4、后期处理 模型打印完成后一般都会有毛刺或是粗糙的截面。这时须要对模型进展后期加工，如固化处理、剥离、修整、上色等等，才能最终完成所须要的模型的制作。 三、3D打印材料 在3D打印领域，材料是技术的核心之一，可以运用很多种材料，如陶瓷、钢化玻璃、石膏、无机粉料、ABS塑料、PLA聚乳酸尼龙、玻璃填充聚胺、光固化材料、银、钛、钢、蜡、干膜和聚碳酸脂等。目前打印出来的材料以ABS热塑料〕和树脂为主，材质在机器内 “熔化〞，通过不同比例的材料混合，可以产生出将近120种软硬不同的新材料。 1.工程塑料指被用做工业零件或外壳材料的工业用塑料，是强度、耐冲击性、耐热性、硬度及抗老化性均优的塑料。 ⑴PC材料，是真正的热塑性材料，具备工程塑料的全部特性。高强度，耐高温，抗冲击，抗弯曲，可以作为最终零部件运用，应用于交通工具及家电行业。 ⑵ PC-ISO材料，是一种通过医学卫生认证的热塑性材料，广泛应用于药品及医疗器械行业，可以用于手术模拟，颅骨修复，牙科等专业领域。 ⑶PC-ABS材料，是一种应用最广泛的热塑性工程塑料，应用于汽车，家电及通信行业。 2.光敏树脂即是UV树脂，由聚合物单体与预聚体组成，其中加有光〔紫外光〕引发剂〔或称为光敏剂〕。在肯定波长的紫外光〔250-300纳米〕照耀下立即引起聚合反响完成固化。一般为液态，一般用于制作高强度、耐高温、防水等的材料。 ⑴Somos 19120材料为粉红色材质，铸造专用材料。成型后干脆代替精细铸造的蜡膜原型，防止开模具的风险，能缩短周期。 拥有低留灰烬和高精度等特点。 ⑵ Somos 11122材料为半透亮材质，类ABS材料。抛光后能做到近似透亮的艺术效果。此种材料广泛用于医学探讨、工艺品制作和工业设计等行业。 ⑶Somos Next材料为白色材质，类PC新材料，材料韧性较好，精度和外表质量更佳，制作的部件拥有最先进的刚性和韧性结合。 另外3D打印常用材料有尼龙玻纤、耐用性尼龙材料、石膏材料、铝材料、钛合金、不锈钢、镀银、镀金、橡胶类材料。 四、3D打印技术 3D打印的技术主要包括SLA、FDM、SLS、LOM等工艺，简要介绍如下 技术 SLA是“Stereo lithography Appearance〞的缩写，即立体光固化成型法。SLA是最早好用化的3D打印技术，采纳液态光敏树脂原料。 其工作原理是，通过CAD设计出三维模型，利用离散程序将模型进展切片处理，设计扫描路径，产生的数据将精确限制激光扫描器和升降台的运动；激光光束通过数控装置限制的扫描器，按设计的扫描路径，照耀到液态光敏树脂外表，使外表特定区域内的一层树脂固化，加工完毕就生成零件的一个截面；然后升降台下降肯定距离，固化层上覆盖另一层液态树脂，再进展其次层扫描，其次层牢固地粘结在前一层上，这样一层层叠加而成三维工件原型。将原型从树脂中取出后，进展最终固化，再经打光、电镀、喷漆或着色处理即得到要求的产品。 技术 LOM是“Laminated Object Manufacturing〞的缩写，即分层实体制造法，又称层叠法成形。箔材叠层实体制作是依据三维CAD 模型每个截面的轮廓线，在计算机限制下，发出限制激光切割系统的指令，使切割头作X 和Y 方向的移动。供料机构将地面涂有热溶胶的箔材〔如涂覆纸、涂覆陶瓷箔、金属箔、塑料箔材〕一段段的送至工作台的上方。激光切割系统依据计算机提取的横截面轮廓用二氧化碳光束对箔材沿轮廓线将工作台上的箔材割出轮廓线，并将无轮廓区切割成小碎片。然后，由热压机构将一层层箔材压紧并粘合在一起。可升降工作台支撑正在成型的工件，并在每层成型之后，降低一个层厚，以便送进、粘合和切割新的一层箔材。最终形成由很多小废料块包围的三维原型零件。取出并将多余的废料小块剔除，最终获得三维产品。 技术 SLS是“Selective Laser Sintering〞的缩写，即选择性激光烧结。SLS打印机工作面由粉末缸和成型缸组成，粉末缸活塞〔送粉活塞〕上升，由铺粉辊将粉末在成型缸活塞〔工作活塞〕上匀称铺上一层，计算机依据原型的切片模型限制激光束的二维扫描轨迹，有选择地烧结固体粉末材料以形成零件的一个层面。粉末完成一层后，工作活塞下降一个层厚，铺粉系统铺上新粉。限制激光束再扫描烧结新层。如此循环往复，层层叠加，直到三维零件成型。最终将未烧结的粉末回收到粉末