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3d打印技术的应用论文2500字
3d打印技术的应用论文2500字 3d打印技术2500字论文篇一：《试谈3D打印技术及其应用发展》 【摘要】本文通过分析3D打印机的原理，总结了几种典型的3D打印 技术，分析其市场应用和发展方向，得出3D打印技术的发展会引领第三次工业 革命的发展。【关键词】3D;打印机;3D打印技术 1.前言 近来，三维(3D)打印技术[1]在发达国家兴起，前不久在网上流传的3D 打印手枪，引来许多网友围观。3D打印现在已不再只是概念产物，全球已有不 少公司推出了个人3D打印机，它已在平常生活中开始普及。2012年4月，英国《经 济学人》刊文认为，3D打印技术将与其他数字化生产模式一起，推动第三次工 业革命的实现。传统制造技术是“减材制造技术”，3D打印则是“增材制造技术”， 它具有制造成本低、生产周期短等明显优势。
2.3D打印机的原理及技术 2.1 3D打印机 3D打印机是近年来在民用市场出现的一个新词。在专业领域有另一 个名称叫“快速成形技术”[2]。快速成形技术诞生于20世纪80年代后期，是基于材 料堆积法的一种全新制造技术。它集分层制造技术、机械工程、数控技术、CAD、 激光技术、逆向工程技术、材料科学于一体，可以直接、快速、自动、精确地将 设计电子模型转变为具有一定功能的原型或直接制造零件，从而为零件原型制作、 新设计思想的校验等方面提供了一种低成本而高效的实现手段。快速成形技术就 是利用三维CAD的数据，通过快速成型机，将一层层的材料堆积成实体原型。
不同种类的快速成型系统因所用成形材料不同，成形原理和系统特点 也各有不同。但是基本原理一样，那就是“分层制造，逐层叠加”[3]，类似于数学 上的积分过程。形象地讲，快速成形系统就像是一台“立体打印机”，因此得名。
2.2 3D打印机的原理3D打印机根据零件的形状，每次制做一个具有一定微小厚度和特定 形状的截面，然后再把它们逐层粘结起来，就得到了所需制造的立体的零件。
每个截面数据相当于医学上的一张CT像片;整个制造过程就像一个 “积分”的过程。
整个过程是在电脑的控制下，由3D打印系统自动完成的。不同公司 3D打印使用的成形材料不同，系统的工作原理也有所区别，但其基本原理都是 一样的，那就是“分层制造、逐层叠加”。这种工艺可以形象地叫做“增长法”。
2.3 3D打印技术 2.3.1 SLA技术 光固化成型法(SLA)是用特定波长与强度的激光聚焦到光固化材料表 面，使之由点到线，由线到面顺序凝固，完成一个层面的绘图作业，然后升降台 在垂直方向移动一个层片的高度，再固化另一个层面。这样层层叠加构成一个三 维实体。SLA是最早实用化的快速成形技术，采用液态光敏树脂原料。其工艺过 程是，首先通过CAD设计出三维实体模型，利用离散程序将模型进行切片处理， 设计扫描路径，产生的数据将精确控制激光扫描器和升降台的运动;激光光束通 过数控装置控制的扫描器，按设计的扫描路径照射到液态光敏树脂表面，使表面 特定区域内的一层树脂固化后，当一层加工完毕后，就生成零件的一个截面;然 后升降台下降一定距离，固化层上覆盖另一层液态树脂，再进行第二层扫描，第 二固化层牢固地粘结在前一固化层上，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，进行最终固化，再经打光、电镀、喷漆或着色处理即得到要 求的产品。
SLA技术主要用于制造多种模具、模型等;还可以在原料中通过加入 其它成分，用SLA原型模代替熔模精密铸造中的蜡模。SLA技术成形速度较快， 精度较高，但由于树脂固化过程中产生收缩，不可避免地会产生应力或引起形变。
因此开发收缩小、固化快、强度高的光敏材料是其发展趋势。
2.3.2 SLS技术 选择性激光烧结技术(SLS)是采用激光有选择地分层烧结固体粉末， 并使烧结成型的固化层，层层叠加生成所需形状的零件。其整个工艺过程包括 CAD模型的建立及数据处理、铺粉、烧结以及后处理等。整个工艺装置由粉末缸和成型缸组成，工作时粉末缸活塞(送粉活塞) 上升，由铺粉辊将粉末在成型缸活塞(工作活塞)上均匀铺上一层，计算机根据原 型的切片模型控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。
控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 后，将未烧结的粉末回收到粉末缸中，并取出成型件。对于金属粉末激光烧结， 在烧结之前，整个工作台被加热至一定温度，可减少成型中的热变形，并利于层 与层之间的结合。
与其它3D打印机技术相比，SLS最突出的优点在于它所使用的成型材 料十分广泛。从理论上说，任何加热后能够形成原子间粘结的粉末材料都可以作 为SLS的成型材料。目前，可成功进行SLS成型加工的材料有石蜡、高分子、金 属、陶瓷粉末和它们的复合粉末材料。由于SLS成型材料品种多、用料节省、成 型件性能分布广泛、适合多种用途以及SLS无需设计和制造复杂的支撑系统，所 以SLS的应用广泛。
2.3.3 PDM技术 熔积成型(FDM)法，该方法使用丝状材料(石蜡、金属、塑料、低熔 点合金丝)为原料，利用电加热方式将丝材加热至略高于熔化温度(约比熔点高 1℃)，在计算机的控制下，喷头作x-y平面运动，将熔融的材料涂覆在工作台上， 冷却后形成工件的一层截面，一层成形后，喷头上移一层高度，进行下一层涂覆， 这样逐层堆积形成三维工件。
该技术污染小，材料可以回收，用于中、小型工件的成形。成形材料：
固体丝状工程塑料;制件性能相当于工程塑料或蜡模;主要用于塑料件、铸造用蜡 模、样件或模型。
2.3.4 LOM技术 分层实体制造法(LOM)，又称层叠法成形，它以片材(如纸片、塑料 薄膜或复合材料)为原材料，其成形原理如图所示，激光切割系统按照计算机提 取的横截面轮廓线数据，将背面涂有热熔胶的纸用激光切割出工件的内外轮廓。
切割完一层后，送料机构将新的一层纸叠加上去，利用热粘压装置将已切割层粘 合在一起，然后再进行切割，这样一层层地切割、粘合，最终成为三维工件。LOM常用材料是纸、金属箔、塑料膜、陶瓷膜等，此方法除了可以制造模具、模型外， 还可以直接制造结构件或功能件。
LOM技术的优点是工作可靠，模型支撑 性好，成本低，效率高。缺点是前、后处理费时费力，且不能制造中空结构件。
成形材料主要是涂敷有热敏胶的纤维纸;制件性能相当于高级木材;主要用途是快 速制造新产品样件、模型或铸造用木模。
3.3D打印技术的市场应用及发展方向 3.1 建筑设计领域 建筑模型的传统制作方式，渐渐无法满足高端设计项目的要求。全数 字还原不失真的立体展示和风洞及相关测试的标准，现如今众多设计机构的大型 设施或场馆都利用3D打印技术先期构建精确建筑模型来进行效果展示与相关测 试[4]，3D打印技术所发挥的优势和无可比拟的逼真效果为设计师所认同。
3.2 磨具制造领域 玩具制作等传统的模具制造领域[5]，往往模具生产时间长，成本高。
将3D打印技术与传统的模具制造技术相结合，可以大大缩短模具的开发周期， 提高生产率，是解决模具设计与制造薄弱环节的有效途径。3D打印技术在模具 制造方面的应用可分为直接制模和间接制模两种，直接制模是指采用3D打印技 术直接堆积制造出模具，间接制模是先制出快速成型零件，再由零件复制得到所 需要的模具。
3.3 医学领域 在医学领域的应用近几年来，人们对3D打印技术在医学领域的应用 研究较多。以医学影像数据为基础，利用3D打印技术制作人体器官模型，对外 科手术有极大的应用价值，近年来许多医院推出3D打印胎儿服务。
3.4 航空航天领域 在航空航天领域中，空气动力学地面模拟实验(即风洞实验)是设计性 能先进的天地往返系统(即航天飞机)所必不可少的重要环节。该实验中所用的模 型形状复杂、精度要求高、又具有流线型特性，采用3D打印技术，根据CAD模 型，由3D打印设备自动完成实体模型，能够很好的保证模型质量。3.5 家电和食品领域 3D打印技术在国内的家电行业上得到了很大程度的普及与应用，使 许多家电企业走在了国内前列。美的、华宝、小天鹅、海尔等都先后采用3D打 印技术来开发新产品，收到了很好的效果。
3D打印在食品领域也有成功的应用。做成的鲜肉特别有弹性，而且 烹饪后肉质松散有嚼头，丝毫不逊于真正的肉，就连肉里的微细血管都能打印出 来。人们吃到“3D肉”的日子不会太远，因为美国泰尔基金会近日已投资成立了“鲜 肉3D打印技术公司”，希望能够为大众提供安全放心的猪肉产品。这种利用糖、 蛋白质、脂肪、肌肉细胞等原材料打印出的肉具有和真正的肉类相似的口感和纹 理，就连肉里的微细血管都能打印出来。
4.总结 3D打印是产业界自主创新的过程，政府主要负责引导方向，要让民 营企业有充分的自主发展空间，同时对一些敏感行业或者产品要加强监管。3D 打印技术市场潜力巨大，势必成为引领未来制造业趋势的众多突破之一。这些突 破将使工厂彻底告别车床、钻头、冲压机、制模机等传统工具，改由更加灵巧的 电脑软件主宰，这便是第三次工业革命的到来的标志[6]。在这种势头下，传统 的制造业将逐渐失去竞争力。
