3d打印技術(shù)是什么論文3000字
3d打印技術(shù)是什么論文3000字
3D打印技術(shù)將攝影、計(jì)算機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)、新材料等結(jié)合在一起改變著我們的生產(chǎn)和生活方式。學(xué)習(xí)啦小編整理了3d打印技術(shù)3000字論文，希望能對(duì)大家有所幫助!
3d打印技術(shù)3000字論文篇一：《試談3D打印機(jī)及其工作原理》
【摘 要】3D打印機(jī)以數(shù)字模型文件為基礎(chǔ)，通過(guò)利用粉末狀的塑料及金屬等可粘合材料，采取逐層打印的方式來(lái)構(gòu)造物體。3D打印機(jī)依托多種尖端技術(shù)，提供了廣闊的打印空間。本文對(duì)3D打印機(jī)的工作原理進(jìn)行簡(jiǎn)單分析，探討3D打印機(jī)的發(fā)展。
【關(guān)鍵詞】3D打印;打印技術(shù);工作原理;3D打印機(jī);發(fā)展
引言
3D打印機(jī)是意大利發(fā)明家恩里科.迪尼發(fā)明的新型打印機(jī)。恩里科.迪恩用3D打印機(jī)打印了一棟完美的建筑。不僅如此，3D打印機(jī)甚至可以在航天器中為宇航員提供需要的任何形狀物品。3D打印機(jī)屬于快速成形技術(shù)的一種，是科技發(fā)展及技術(shù)進(jìn)步的重要表現(xiàn)形式。
1 3D打印技術(shù)概述
3D打印技術(shù)是通過(guò)連續(xù)的物理層疊加，逐層增加材料來(lái)生成三維實(shí)體的技術(shù)，與傳統(tǒng)的去除材料加工技術(shù)不同，因此又稱為添加制造。作為一種綜合性應(yīng)用技術(shù)，3D打印技術(shù)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)與化學(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打印機(jī)是3D打印的核心裝備。它是集機(jī)械、控制及計(jì)算機(jī)技術(shù)等為一體的復(fù)雜機(jī)電一體化系統(tǒng)，主要由高精度機(jī)械系統(tǒng)、數(shù)控系統(tǒng)、噴射系統(tǒng)和成型環(huán)境等子系統(tǒng)組成。此外，新型打印材料、打印工藝、設(shè)計(jì)與控制軟件等也是3D打印技術(shù)體系的重要組成部分。 目前，3D打印技術(shù)主要應(yīng)用于產(chǎn)品原型、模具制造，以及藝術(shù)創(chuàng)作、珠寶制作等領(lǐng)域，替代這些領(lǐng)域傳統(tǒng)依賴的精細(xì)加工工藝。3D打印可以在很大程度上提升制作的效率和精密程度。除此之外，在生物工程與醫(yī)學(xué)、建筑、服裝等領(lǐng)域，3D打印技術(shù)的引入也為創(chuàng)新開(kāi)拓了廣闊的空間。
2 3D打印機(jī)及其工作原理
2.1 3D打印機(jī)的工作原理
3D打印機(jī)的工作原理其實(shí)很簡(jiǎn)單，通俗地說(shuō)，首先在電腦上設(shè)計(jì)一個(gè)完整的三維立體模型(也成為計(jì)算機(jī)輔助性設(shè)計(jì))，然后把膠體或粉末等“打印材料”裝入打印機(jī)，再將打印機(jī)與電腦相連接，就可以通過(guò)電腦控制把“打印材料”和三維立體模型一層層地疊加，最終把計(jì)算機(jī)上的藍(lán)圖變成實(shí)物。這種通過(guò)連續(xù)的物理層創(chuàng)建出三維對(duì)象的3D打印技術(shù)是疊加式制造工序的一種形式，與傳統(tǒng)的疊加式制造工序相比，其具有速度快、價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)。在Windows網(wǎng)絡(luò)或工作站上運(yùn)行的打印設(shè)備軟件可以讀取大部分的3D文件格式計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)繪圖數(shù)據(jù)。這種軟件的作用就是將數(shù)據(jù)傳輸至3D打印設(shè)備，從而控制印刷頭的移動(dòng)與材料輸出。在3D打印設(shè)備工作時(shí)，塑性模型材料細(xì)絲與可溶性支撐材料將被加熱至半液體狀態(tài)，然后通過(guò)擠壓頭輸出，精確地沉積成極其細(xì)微的分層。分層的厚度范圍在0.005英寸至0.013英寸(即0.127毫米至0.33毫米)，具體數(shù)值取決于打印設(shè)備性能。
印刷頭只沿水平方向或垂直方向移動(dòng)，模型與支撐材料將自低而上地構(gòu)造，壓盤根據(jù)實(shí)際情況上下移動(dòng)。在構(gòu)造模型時(shí)，有了支撐材料(圖中褐色部分物件)的承托，模型的懸掛部分能夠順利完成材料沉積，此外，支撐材料還有助于構(gòu)造結(jié)構(gòu)復(fù)雜的模型，如嵌套結(jié)構(gòu)，以及具有移動(dòng)部件的多重組件。打印工作完成后，可以將模型置于水中，支撐材料將會(huì)自行溶解，如果需要，還可以為模型涂上顏料，或者進(jìn)行其它處理。每一層的打印過(guò)程分為兩步，首先在需要成型的區(qū)域噴灑一層特殊膠水，膠水液滴本身很小，且不易擴(kuò)散。然后是噴灑一層均勻的粉末，粉末遇到膠水會(huì)迅速固化黏結(jié)，而沒(méi)有膠水的區(qū)域仍保持松散狀態(tài)。這樣在一層膠水一層粉末的交替下，實(shí)體模型將會(huì)被“打印”成型，打印完畢后只要掃除松散的粉末即可“刨”出模型，而剩余粉末還可循環(huán)利用。
2.2 3D打印機(jī)可以打印的物品。
3D打印機(jī)能夠打印自行車、汽車、電控飛行器，手槍、衛(wèi)星零部件……。美國(guó)3D打印服務(wù)提供商已經(jīng)“打印”了75萬(wàn)種產(chǎn)品，使用的材料包括塑料、不銹鋼、銀、陶瓷和玻璃等，數(shù)量之多令人驚嘆。如今，3D打印技術(shù)正計(jì)劃被用于各種武器裝備，如水面艦艇、潛艇和戰(zhàn)機(jī)的設(shè)計(jì)制造。據(jù)報(bào)道，美軍已經(jīng)開(kāi)始測(cè)試3D打印技術(shù)，建立起移動(dòng)遠(yuǎn)征實(shí)驗(yàn)室，實(shí)際上是一個(gè)數(shù)字加工工作室。該實(shí)驗(yàn)室是一個(gè)20英尺的標(biāo)準(zhǔn)集裝箱，其中裝備了3D打印機(jī)、計(jì)算機(jī)輔助銑削機(jī)、激光切割器、等離子切割器和水刀等。此外，該實(shí)驗(yàn)室還包含發(fā)電機(jī)、空調(diào)系統(tǒng)及衛(wèi)星通訊設(shè)備。ELM實(shí)驗(yàn)室造價(jià)280萬(wàn)美元，這其中不包含設(shè)計(jì)和運(yùn)行人員的工資。
(1)世界首款3D軍用打印機(jī)。3D軍用打印機(jī)又稱“三維打印機(jī)”，是由計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，通過(guò)成型設(shè)備以材料累加的方式，制成實(shí)物模型的制造技術(shù)。它通過(guò)電子制圖、遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸、激光掃描、材料熔化等一系列技術(shù)，使特定金屬粉或記憶材料熔化，并按照電子模型圖的指示一層層疊加起來(lái)，最終制造出實(shí)物。
(2)世界首款3D打印軍用汽車。世界首款3D打印軍用汽車，4500公里油耗38升。這款汽車擁有3個(gè)車輪，動(dòng)力7馬力，并且采用的是后輪驅(qū)動(dòng)的方式，預(yù)計(jì)將會(huì)在2015年正式上路。
(3)世界首款3D打印軍用手槍。近日，一家美國(guó)公司利用3D打印技術(shù)，成功造出AR-15半自動(dòng)步槍的彈匣及其他部件。不久后，這家公司又在互聯(lián)網(wǎng)上公布，首款名為“解放者”的3D打印手槍試射成功。據(jù)報(bào)道，這款3D金屬手槍，已經(jīng)成功發(fā)射了50發(fā)子彈，且多次擊中30公尺外的靶心。
(4)世界首款3D打印直升機(jī)起落架。目前，世界強(qiáng)國(guó)都希望用3D打印技術(shù)來(lái)制造直升機(jī)的起落架。他們針對(duì)電動(dòng)車的開(kāi)發(fā)，帶來(lái)新的電池技術(shù)，可減少電池尺寸，延長(zhǎng)電池壽命;他們研發(fā)分散式供暖技術(shù)，預(yù)計(jì)三年后實(shí)驗(yàn)成功……3D打印越來(lái)越牛，它已經(jīng)可以打印出直升機(jī)上用的鈦合金零部件
(5)3D打印衣服。在3D打印時(shí)代，人人都是設(shè)計(jì)師。3D打印的好處在于只要能畫出圖，就能成真，這種技術(shù)也逐漸成為當(dāng)今潮流思維的重要環(huán)節(jié)，對(duì)時(shí)尚服裝起到了一定的推動(dòng)作用。在世界各地的時(shí)裝周上，就曾展示出多款3D打印制作的服裝，這種節(jié)約成本和時(shí)間的設(shè)計(jì)生產(chǎn)方式，值得服裝設(shè)計(jì)界廣泛關(guān)注和思考。
2.3 3D打印技術(shù)所依托的關(guān)鍵技術(shù)
3D打印技術(shù)需要依托多個(gè)學(xué)科領(lǐng)域的尖端技術(shù)，主要包括以下方面：信息技術(shù)，即要有先進(jìn)的設(shè)計(jì)軟件及數(shù)字化工具，輔助設(shè)計(jì)人員制作出產(chǎn)品的三維數(shù)字模型，并根據(jù)模型自動(dòng)分析出打印的工序，自動(dòng)控制打印器材的走向;精密機(jī)械，即3D打印技術(shù)以“每層的疊加”為加工方式，產(chǎn)品的生產(chǎn)要求高精度，必須對(duì)打印設(shè)備的精準(zhǔn)程度、穩(wěn)定性有較高的要求;材料科學(xué)，即用于3D打印的原材料較為特殊，必須能夠液化、粉末化、絲化，在打印完成后又能重新結(jié)合起來(lái)，并具有合格的物理、化學(xué)性質(zhì)。
3 3D打印機(jī)未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)
隨著3D打印技術(shù)的不斷突破，新材料的日益改善，3D打印的速度、尺寸在不斷提高，其技術(shù)在不斷優(yōu)化，應(yīng)用領(lǐng)域在不斷擴(kuò)展，特別是圖形藝術(shù)領(lǐng)域的潛力，三維的概念模型能更好地傳達(dá)制作者的想法或解決方案，一張圖可以勝過(guò)幾百甚至上千個(gè)文字的描述。專業(yè)人士堅(jiān)信個(gè)性化或定制化的3D打印可以將一個(gè)所想象的三維模型即時(shí)擺在眼前，能夠快速改進(jìn)產(chǎn)品，增長(zhǎng)幅度將超過(guò)想象，將會(huì)改變社會(huì)各種應(yīng)用的未來(lái)。
3D打印技術(shù)將淘汰傳統(tǒng)生產(chǎn)線，縮短制作周期，大大減少生產(chǎn)廢料，所需原材料用量將減少到原來(lái)的幾分之一。3D打印不僅節(jié)約成本，提高制作精度，也將彌補(bǔ)傳統(tǒng)制造的不足，并將在民用市場(chǎng)迅速崛起，從而開(kāi)啟制造業(yè)的新紀(jì)元，為印刷工業(yè)帶來(lái)新的機(jī)遇。
4 結(jié)束語(yǔ)
3D打印機(jī)的應(yīng)用，縮短產(chǎn)品制作周期，同時(shí)也能夠提高產(chǎn)品材料利用率。隨著3D打印技術(shù)越來(lái)越成熟，在不久的未來(lái)，3D打印將對(duì)人類的生活造成沖擊，為人類發(fā)展增添新的技術(shù)支持。
參考文獻(xiàn)：
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3d打印技術(shù)3000字論文篇二：《試談3D打印技術(shù)的優(yōu)勢(shì)》
摘要：3D 打印技術(shù)是一種新興的快速成型技術(shù)，近一段時(shí)間以來(lái)受到了社會(huì)的廣泛關(guān)注。本文分析了3D打印技術(shù)的概念、工作原理，并對(duì)進(jìn)行了展望。
關(guān)鍵詞：3D打印技術(shù) 簡(jiǎn)介 工作原理 優(yōu)勢(shì) 展望
3D打印技術(shù)以前主要用來(lái)制造一些比較小型的東西。時(shí)至今日，一些大型制造商已經(jīng)開(kāi)始準(zhǔn)備將其用來(lái)制造更大的物件。一些3D打印設(shè)備的制造商認(rèn)為，隨著這種技術(shù)的成熟，將來(lái)一些汽車零部件的庫(kù)存只需要保留電子文檔，而無(wú)需制造出來(lái)存在倉(cāng)庫(kù)。一旦有需要，直接打印即可。
一、3D打印技術(shù)簡(jiǎn)介
3D打印技術(shù)是指通過(guò)連續(xù)的物理層疊加，逐層增加材料來(lái)生成三維實(shí)體的技術(shù)，與傳統(tǒng)的去除材料加工技術(shù)不同，因此又稱為添加制造(AM，Additive Manufacturing)。作為一種綜合性應(yīng)用技術(shù)，3D打印綜合了數(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)與化學(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打印機(jī)是3D打印的核心裝備。它是集機(jī)械、控制及計(jì)算機(jī)技術(shù)等為一體的復(fù)雜機(jī)電一體化系統(tǒng)，主要由高精度機(jī)械系統(tǒng)、數(shù)控系統(tǒng)、噴射系統(tǒng)和成型環(huán)境等子系統(tǒng)組成。此外，新型打印材料、打印工藝、設(shè)計(jì)與控制軟件等也是3D打印技術(shù)體系的重要組成部分。
目前，3D打印技術(shù)主要被應(yīng)用于產(chǎn)品原型、模具制造以及藝術(shù)創(chuàng)作、珠寶制作等領(lǐng)域，替代這些領(lǐng)域傳統(tǒng)依賴的精細(xì)加工工藝。3D打印可以在很大程度上提升制作的效率和精密程度。除此之外，在生物工程與醫(yī)學(xué)、建筑、服裝等領(lǐng)域，3D打印技術(shù)的引入也為創(chuàng)新開(kāi)拓了廣闊的空間。如2010年澳大利亞Invetech公司和美國(guó)Organovo公司合作，嘗試以活體細(xì)胞為“墨水”打印人體的組織和器官，是醫(yī)學(xué)領(lǐng)域具有重大意義的創(chuàng)新。
二、3D打印機(jī)的工作原理
3D打印機(jī)的工作原理其實(shí)很簡(jiǎn)單，通俗地說(shuō)，首先在電腦上設(shè)計(jì)一個(gè)完整的三維立體模型(也成為計(jì)算機(jī)輔助性設(shè)計(jì))，然后把膠體或粉末等“打印材料”裝入打印機(jī)，再將打印機(jī)與電腦相連接，就可以通過(guò)電腦控制把“打印材料”和三維立體模型一層層地疊加，最終把計(jì)算機(jī)上的藍(lán)圖變成實(shí)物。這種通過(guò)連續(xù)的物理層創(chuàng)建出三維對(duì)象的3D打印技術(shù)是疊加式制造工序的一種形式，與傳統(tǒng)的疊加式制造工序相比，其具有速度快、價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)。
在Windows網(wǎng)絡(luò)或工作站上運(yùn)行的打印設(shè)備軟件可以讀取大部分的3D文件格式計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)繪圖數(shù)據(jù)。
這種軟件的作用就是將數(shù)據(jù)傳輸至3D打印設(shè)備，從而控制印刷頭的移動(dòng)與材料輸出。在3D打印設(shè)備工作時(shí)，塑性模型材料細(xì)絲與可溶性支撐材料將被加熱至半液體狀態(tài)，然后通過(guò)擠壓頭輸出，精確地沉積成極其細(xì)微的分層。分層的厚度范圍在0.005英寸至0.013英寸(即0.127毫米至0.33毫米)，具體數(shù)值取決于打印設(shè)備性能。
印刷頭只沿水平方向或垂直方向移動(dòng)，模型與支撐材料將自低而上地構(gòu)造，壓盤根據(jù)實(shí)際情況上下移動(dòng)。在構(gòu)造模型時(shí)，有了支撐材料(圖中褐色部分物件)的承托，模型的懸掛部分能夠順利完成材料沉積，此外，支撐材料還有助于構(gòu)造結(jié)構(gòu)復(fù)雜的模型，如嵌套結(jié)構(gòu)，以及具有移動(dòng)部件的多重組件。打印工作完成后，可以將模型置于水中，支撐材料將會(huì)自行溶解，如果需要，還可以為模型涂上顏料，或者進(jìn)行其它處理。
三、使用3D打印技術(shù)，加快設(shè)計(jì)周期
一項(xiàng)產(chǎn)品停留在設(shè)計(jì)周期的時(shí)間越長(zhǎng)，推向市場(chǎng)的時(shí)間也會(huì)越漫長(zhǎng)，這意味著企業(yè)的潛在利潤(rùn)將會(huì)越來(lái)越少。某項(xiàng)調(diào)查表明，產(chǎn)品的上市時(shí)間是受訪者最關(guān)心的日常問(wèn)題。受訪者同樣表示，在17%的產(chǎn)品中，產(chǎn)品原型制作消耗相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間，是縮短上市時(shí)間的最大障礙。
業(yè)界普遍認(rèn)為產(chǎn)品應(yīng)該更加快速地推向市場(chǎng)。隨著縮短上市時(shí)間的重要性越來(lái)越大，在設(shè)計(jì)的概念階段，企業(yè)不得不縮減決策時(shí)間，同時(shí)又必須確保所作決定的準(zhǔn)確性。這些決定會(huì)影響大部分的成本因素，如材料選擇、制造技術(shù)以及設(shè)計(jì)壽命。通過(guò)快速制作產(chǎn)品模型進(jìn)行測(cè)試，加快設(shè)計(jì)迭代速度，3D打印技術(shù)可以優(yōu)化設(shè)計(jì)流程，為企業(yè)最大化潛在利潤(rùn)。
例如為專業(yè)領(lǐng)域生產(chǎn)噴漆和紋理設(shè)備的Graco公司，該公司的工程師使用一臺(tái)3D打印設(shè)備去測(cè)試各種噴漆槍和噴管組合，設(shè)計(jì)出最合理的噴流形式和試驗(yàn)出最精確的噴射量，而生產(chǎn)出的新型噴射紋理槍是由3D打印設(shè)備制作的ABS塑料功能原型。3D打印技術(shù)可以幫助減少產(chǎn)品開(kāi)發(fā)時(shí)間，Graco公司估計(jì)減少的最大幅度可達(dá)75%。從一個(gè)絕妙的創(chuàng)意，到一項(xiàng)成功的產(chǎn)品，中間充滿著重重困難。GregStevens和James Burley在他們經(jīng)常被引用的新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)分析報(bào)告《3000個(gè)原始創(chuàng)意=1次商業(yè)成功》中指出，除了3000個(gè)原始創(chuàng)意，一項(xiàng)成功的創(chuàng)新還需要125個(gè)小規(guī)模計(jì)劃，4項(xiàng)大型開(kāi)發(fā)和 1.7個(gè)產(chǎn)品發(fā)布。在評(píng)估創(chuàng)意是否值得投放開(kāi)發(fā)資源時(shí)，3D打印技術(shù)能夠助企業(yè)一臂之力，縮短傳統(tǒng)評(píng)估所需要用的時(shí)間，提高效率。
四、3D打印技術(shù)未來(lái)發(fā)展的主要趨勢(shì)
隨著智能制造的進(jìn)一步發(fā)展成熟，新的信息技術(shù)、控制技術(shù)、材料技術(shù)等不斷被廣泛應(yīng)用到制造領(lǐng)域，3D打印技術(shù)也將被推向更高的層面。未來(lái)，3D打印技術(shù)的發(fā)展將體現(xiàn)出精密化、智能化、通用化以及便捷化等主要趨勢(shì)。
提升3D打印的速度、效率和精度，開(kāi)拓并行打印、連續(xù)打印、大件打印、多材料打印的工藝方法，提高成品的表面質(zhì)量、力學(xué)和物理性能，以實(shí)現(xiàn)直接面向產(chǎn)品的制造;開(kāi)發(fā)更為多樣的3D打印材料，如智能材料、功能梯度材料、納米材料、非均質(zhì)材料及復(fù)合材料等，特別是金屬材料直接成型技術(shù)有可能成為今后研究與應(yīng)用的又一個(gè)熱點(diǎn);3D打印機(jī)的體積小型化、桌面化，成本更低廉，操作更簡(jiǎn)便，更加適應(yīng)分布化生產(chǎn)、設(shè)計(jì)與制造一體化的需求以及家庭日常應(yīng)用的需求;軟件集成化，實(shí)現(xiàn)CAD/CAPP/RP的一體化，使設(shè)計(jì)軟件和生產(chǎn)控制軟件能夠無(wú)縫對(duì)接，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)者直接聯(lián)網(wǎng)控制的遠(yuǎn)程在線制造;拓展3D打印技術(shù)在生物醫(yī)學(xué)、建筑、車輛、服裝等更多行業(yè)領(lǐng)域的創(chuàng)造性應(yīng)用。
3D打印技術(shù)提供了一種極具成本效益的方式去完成多次設(shè)計(jì)迭代，在關(guān)鍵的開(kāi)發(fā)過(guò)程初始階段，獲取產(chǎn)品設(shè)計(jì)的即時(shí)反饋信息。對(duì)于產(chǎn)品設(shè)計(jì)幾乎即時(shí)的修改，不僅有助于降低成本，而且能夠加快產(chǎn)品上市時(shí)間。對(duì)于在設(shè)計(jì)流程中采用3D打印技術(shù)的企業(yè)來(lái)說(shuō)，無(wú)疑增加了明顯的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。
隨著價(jià)格的下降，3D打印設(shè)備市場(chǎng)將會(huì)進(jìn)一步擴(kuò)大，尤其是在中小型企業(yè)和學(xué)校方面。3D打印設(shè)備耐用，打印快捷、準(zhǔn)確，成本低廉等好處可以幫助企業(yè)縮短產(chǎn)品上市周期，增強(qiáng)企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力。
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3d打印技術(shù)3000字論文篇三：《3D打印技術(shù)在高分子材料中的應(yīng)用》
3D打印技術(shù)的原理與特點(diǎn)
1. 技術(shù)原理
3D打印技術(shù)與激光成型技術(shù)基本上是一樣的。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，就是通過(guò)采用分層加工、迭加成形，逐層增加材料來(lái)生成3D實(shí)體。稱它為“打印機(jī)”的原因是參照了其技術(shù)原理，3D打印機(jī)的分層加工過(guò)程與噴墨打印機(jī)十分相似。首先是運(yùn)用計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)出所需零件的三維模型，然后再根據(jù)工藝需求，按照一定規(guī)律將該模型離散為一系列有序的單位，通常在Z向?qū)⑵浒凑找欢ǖ暮穸冗M(jìn)行離散，把原來(lái)的三維CAD模型變成一系列的層片[3];然后再根據(jù)每個(gè)層片的輪廓信息，輸入加工參數(shù)，然后系統(tǒng)后自動(dòng)生成數(shù)控代碼;最后由成型一系列層片并自動(dòng)將它們連接起來(lái)，最后得到一個(gè)三維物理實(shí)體。
2. 優(yōu)點(diǎn)
一、最直接的好處就是節(jié)省材料，不用剔除邊角料，提高材料利用率，通過(guò)摒棄生產(chǎn)線而降低了成本;
二、能做到很高的精度和復(fù)雜程度，除了可以表現(xiàn)出外形曲線上的設(shè)計(jì);
三、不再需要傳統(tǒng)的刀具、夾具和機(jī)床或任何模具，就能直接從計(jì)算機(jī)圖形數(shù)據(jù)中生成任何形狀的零件;
四、它可以自動(dòng)、快速、直接和精確地將計(jì)算機(jī)中的設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)化為模型，甚至直接制造零件或模具，從而有效的縮短產(chǎn)品研發(fā)周期;
五、3D打印能在數(shù)小時(shí)內(nèi)成形.它讓設(shè)計(jì)人員和開(kāi)發(fā)人員實(shí)現(xiàn)了從平面圖到實(shí)體的飛躍;
六、它能打印出組裝好的產(chǎn)品，因此它大大降低了組裝成本。它甚至可以挑戰(zhàn)大規(guī)模生產(chǎn)方式。
3.缺點(diǎn)
任何一個(gè)產(chǎn)品都應(yīng)該具有功能性，而如今由于受材料等因素限制，通過(guò)3D打印制造出來(lái)的產(chǎn)品在實(shí)用性上要打一個(gè)問(wèn)號(hào)。①?gòu)?qiáng)度問(wèn)題：房子、車子固然能“打印”出來(lái)，但是否能抵擋得住風(fēng)雨，是否能在路上順利跑起來(lái)，仍是一個(gè)必須面對(duì)的問(wèn)題;②精度問(wèn)題：由于分層制造存在“臺(tái)階效應(yīng)”，每個(gè)層次雖然很薄，但在一定微觀尺度下，仍會(huì)形成具有一定厚度的一級(jí)級(jí)“臺(tái)階”，如果需要制造的對(duì)象表面是圓弧形，那么就會(huì)造成精度上的偏差;③材料的局限性：目前供3D打印機(jī)使用的材料非常有限，無(wú)外乎石膏、無(wú)機(jī)粉料、光敏樹(shù)脂、塑料等，能夠應(yīng)用于3D打印的材料還非常單一，以塑料為主，并且打印機(jī)對(duì)單一材料也非常挑剔。
3D打印技術(shù)在高分子材料中的應(yīng)用
1.高分子原材料的種類
作為3D打印的重要環(huán)節(jié)，材料方面也是起到舉足輕重的作用的，目前常用的3D打印高分子材料有聚酰胺、聚酯、聚碳酸酯、聚乙烯、聚丙烯和ABS等。在光固化立體印刷中的齊聚物的種類繁多，其中應(yīng)用較多的主要包括如聚氨酯丙烯酸樹(shù)脂、環(huán)氧丙烯酸樹(shù)脂、聚丙烯酸樹(shù)脂以及氨基丙烯酸樹(shù)脂。
2.常見(jiàn)應(yīng)用工藝
目前應(yīng)用較多的3D打印高分子材料技術(shù)主要包括光固化立體印刷(SLA)、熔融沉積成型( FDM)、選擇性激光燒結(jié)(SLS)等。
光固化立體印刷
光固化3D打印(SLA)工作原理與噴墨打印類似，在數(shù)字信號(hào)的控制下，噴嘴工作腔內(nèi)的液體光敏樹(shù)脂在瞬間形成液滴，在壓力作用下噴嘴噴出到指定的位置，然后通過(guò)紫外光對(duì)光敏樹(shù)脂固化，固化后逐層堆積，得到成形零件。成形過(guò)程如下：首先根據(jù)零件截面的形狀，控制打印噴頭沿X、Y軸運(yùn)動(dòng)，在既定截面的相關(guān)實(shí)體區(qū)域打印實(shí)體材料，在支撐區(qū)域打印支撐材料，并在紫外光的照射下進(jìn)行固化，然后打印平臺(tái)沿Z軸下降一定高度，噴頭接著打印固化下一層，如此逐層打印固化直至工件的完成，最后除去工件中的支撐材料即可獲得所需的工件[6]。
光固化3D打印材料由光固化實(shí)體材料與支撐材料組成，其中支撐材料根據(jù)其固化方式不同又可分為相變蠟支撐材料和光固化支撐材料。光固化支撐材料通常俗稱光敏樹(shù)脂，主要由齊聚物、反應(yīng)性稀釋劑(活性單體)、光引發(fā)劑以及其它助劑組成。國(guó)外由于起步較早，并且3D打印機(jī)能夠?yàn)楣饷魳?shù)脂的研究提供實(shí)驗(yàn)器材的支持，因而國(guó)外在3D打印光敏樹(shù)脂做的較為成熟。目前國(guó)外做的最好的就是以色列OBJET公司以及美國(guó)的3DSystems公司，這兩個(gè)公司占據(jù)了絕大部分3D打印光敏樹(shù)脂的市場(chǎng)。但是這些公司把光敏樹(shù)脂作為核心技術(shù)，成果很少對(duì)外公布，并且將這些光敏樹(shù)脂與其生產(chǎn)的光固化3D打印機(jī)捆綁銷售。
光固化立體印刷制備生物可降解支架材料的高分子原料包括光敏分子修飾的聚富馬酸二羥丙酯(PPF)聚(D，L-丙交酯)(PLA)聚( -己內(nèi)酯)(PCL)、聚碳酸酯、以及蛋白質(zhì)多糖等天然高分子. 為了降低液態(tài)樹(shù)脂原料的黏度，還需要加入小分子的溶劑或稀釋劑，常用的如可參與光聚合反應(yīng)的富馬酸二乙酯(DEF)和N-乙烯基吡咯烷酮(NVP)，以及不參與聚合反應(yīng)的乳酸乙酯，該技術(shù)獲得的3D成型材料具有可調(diào)控的孔尺寸孔隙率貫通性和孔分布。
熔融沉積成型
熔融沉積成型( FDM) 是采用熱熔噴頭，使得熔融狀態(tài)的材料按計(jì)算機(jī)控制的路徑擠出沉積，并凝固成型，經(jīng)過(guò)逐層沉積凝固，最后除去支撐材料，得到所需的三維產(chǎn)品(圖2 )。FDM技所使用的原料通常為熱縮性高分子，包括ABS、聚酰胺、聚酯、聚碳酸酯、聚乙烯、聚丙烯等.該技特點(diǎn)是成型產(chǎn)品精度高表面質(zhì)量好成型機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單無(wú)環(huán)境污染等，但是其缺點(diǎn)是操作溫度較高。
近年來(lái)，利用FDM技術(shù)制備生物醫(yī)用高分子材料也受到越來(lái)越多的重視，尤其是以脂肪族聚酯為原料制備生物可降解支架材料，取得了相當(dāng)多的進(jìn)展。材料的性質(zhì)受到壓力梯度熔體流速溫度梯度等影響，聚酯與無(wú)機(jī)粒子的復(fù)合物也能用于熔融沉積成型制備3D支架材料。
選擇性激光燒結(jié)
選擇性激光燒結(jié)(SLS)是采用激光束按照計(jì)算機(jī)指定路徑掃描，使工作臺(tái)上的粉末原料熔融粘結(jié)固化。當(dāng)一層掃描完畢，移動(dòng)工作臺(tái)，使固化層表面鋪上新的粉末原料，經(jīng)過(guò)逐層掃描粘結(jié)，獲得三維材料。與SLA技術(shù)通過(guò)紫外光逐層引發(fā)液態(tài)樹(shù)脂原料發(fā)生聚合或交聯(lián)反應(yīng)不同，SLS技是通過(guò)激光產(chǎn)生高溫使粉末原料表面熔融相互粘結(jié)來(lái)形成三維材料。SLS技術(shù)常用的原料包塑料陶瓷金屬粉末等。其優(yōu)點(diǎn)是加工速度快，無(wú)需使用支撐材料，但缺點(diǎn)是成型產(chǎn)品表面較糙，需后處理，加工過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生粉塵和有毒氣體，而且持續(xù)高溫可能造成高分子材料的降解，及生物活性分子的變形或細(xì)胞的凋亡，該技術(shù)不能用于制備水凝膠支架。以生物可降解高分子為原料，利用SLS技術(shù)，也是制備外部形態(tài)和內(nèi)部結(jié)構(gòu)可控3D醫(yī)用高分子材料的有效途徑。對(duì)支架性能產(chǎn)生影響的主要參數(shù)包括顆粒尺寸激光能量激光掃描速率部分床層溫度等。
3D打印技術(shù)高分子材料的應(yīng)用行業(yè)介紹
(1)機(jī)械制造：3D打印技術(shù)制造飛機(jī)零件、自行車、步槍、賽車零件等。
(2)醫(yī)療行業(yè)：在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，借助3D打印制作假牙，股骨頭、膝蓋等骨關(guān)節(jié)技術(shù)應(yīng)用也非常廣，技術(shù)越來(lái)越成熟。
(3)建筑行業(yè)：工程師和設(shè)計(jì)師們已經(jīng)接受了用3D打印機(jī)打印的建筑模型，這種方法快速、成本低、環(huán)保，同時(shí)制作精美，完全合乎設(shè)計(jì)者的要求。同時(shí)又能節(jié)省大量材料[7]。
(4)汽車制造行業(yè)：用3D打印技術(shù)為汽車公司制造自動(dòng)變速箱的殼體。汽車公司會(huì)對(duì)變速箱進(jìn)行各種極端狀況下的測(cè)試，其中一些零件就是用3D打印方法做的。定型了以后，再開(kāi)模具，然后按照傳統(tǒng)制造方法批量生產(chǎn).這樣成本就會(huì)大大降低。
3D打印技術(shù)代表制造業(yè)發(fā)展新趨勢(shì)，它和其他一些數(shù)字化生產(chǎn)模式的涌現(xiàn)將推動(dòng)實(shí)現(xiàn)第三次工業(yè)革命?？梢猿浞謶?yīng)用高分子材料的成型技術(shù)中，制備復(fù)雜的一體化高分子材料器件，高分子醫(yī)用行業(yè)將成為3D打印技術(shù)帶來(lái)發(fā)展機(jī)遇，同時(shí)高分子材料將為3D打印技術(shù)提供輕質(zhì)、高強(qiáng)、耐腐蝕的特點(diǎn)。
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