第2讲快速成型技术3D打印技术的定义及概念

《3D打印技术与应用》

第二讲3D打印定义及概念

主讲：汪焰恩

原材料生产

毛坯

粗加工精加工

成品

传统零件加工所使用的设备主

要有：车床、铣床、刨床、磨

川、数控机床、加工中心等

小型车床

双柱立式车床

大型落地车床

小型铣床重型龙门刨万能外圆磨床

二、传统加工使用的设备

数控车床加工中心

近二十年来，AM技术取得了快速的发展，“快速原型制造（Rapid Prototyping）”、“三维打印(3D Printing )”、“实体自由制造(Solid Free-form Fabrication) ”之类各异的叫法分别从不同侧面表达了这一技术的特点。

•3D 打印源自100多年前美国研究的照相雕塑和地貌成形技术，上世纪80年代

已有雏形，其学名为“快速成型”。

20世纪

初期•在20世纪80年代中期，SLS 被在美国德州大学奥斯汀分校的卡尔Deckard 博士

开发出来并获得专利。

20世纪80年代•1995年，麻省理工创造了“三维打印”一词，当时的毕业生Jim Bredt 和Tim

Anderson 修改了喷墨打印机的方案，变为把约束溶剂挤压到粉末床的解决方案，

而不是把墨水挤压在纸张上的方案。20世纪

末期

3D 打印的原理是依据计算机设计的三维模型（设计软件可以是常用的CAD 软件，例如SolidWorks 、Pro/E 、UG 、POWERSHAPE 等。也可以是通过逆向工程获得的计算机模型），将复杂的三维实体模型“切”成设定厚度的一系列片层，从而变为简单的二维图形，逐层加工，层叠增长。

三维CAD

模型设计原型制作流程图

CAD 模型的近似处理对STL 文件切片处理逐层制造

工作原理

3D 模型特殊的胶水一系列数字文件切片原材料

计算机建模软件建模数据传到打印机并设置参数用液体状、粉状或片状的材料将这些截面逐层地打印出来

将各层截面以各种方式粘合起来

打印过程

个人级3D打印机

国内各大电商网站上销售的个人3D打印机为主，大部分国产的3D打印机都是基于国外开源计术延伸的，由于采用了开源技术，技术成本得到了很大的压缩因此售价在3千至1万不等，十分有吸引力。国外进口的品牌个人3D打印机价格都在2万至4万之间。

设备打印材料都以ABS 塑料或者PLA塑料为主。主要满足个人用户生活中的使用要求，因此各项技术指标都并不突出，优点在于体积小巧，性价比高。

专业级3D打印机

专业级的3D打印机，可供选择的成型技术和耗材（塑料、尼龙、光敏树脂、高分子、金属粉末等）就要比个人3D 打印机要丰富很多。设备结构和技术原理相比起来更先进自动化更高，应用软件的功能以及设备的稳定性也是个人3D打印机望尘莫及。这类设备售价都在十几万至上百万人民币。

工业级3D打印机

工业级的设备除了要满足材料上面的特殊性，制造大尺寸的物件等要求。更关键是物品制造后它需要符合一些列的特殊应用的标准，因为这类设备制造出来的物体是直接应用的。

比如飞机制造中用到的钛合金材料，就需要对物件的刚性、任性、强度等等参数有一系列的要求。由于很多设备是根据需求定制的因此价格很难估量了。

重庆完成世界首例3D打印距骨手术

重庆第三军医大学西南医院骨科运动

医学中心完成了世界首例3D打印的个

体化全距骨假体植入手术。打印的假

体可连接下肢和足部重要枢纽，具有

生物学功能，最终帮助患者恢复了行

走能力。

美国铝业启动金属3D打印粉末制造工厂

美国铝业（以下简称美铝）是美国最大的制铝

公司，同时也是全球轻金属技术、工程与制造

的领导者，从很早之前就开始了3D打印技术

的应用，迄今为止已经在这方面投入了近1亿

美元。近日，该公司启动了位于匹兹堡市附近

的技术中心内新建的工厂。

美国铝业启动金属3D打印粉末制造工厂

这座工厂将主要用于生产包括钛、镍、铝在内

的3D打印用的金属粉末材料，美铝之所以建

起这座工厂是为了扩大产能，因为他们很早之

前就开始使用3D打印技术制造金属产品了，

不久之前还获得了空客的大单，将从2016年

中期开始为后者提供3D打印的飞机零部件，

而金属粉末正是制造这些零部件所必需的。

航天三院306所激光3D打印技术实现新突破

近日，中国航天科工三院306所技术人

员成功突破TA15和Ti2AlNb异种钛合金

材料梯度过渡复合技术，其采用激光3D

打印试制出的具有大温度梯度一体化钛

合金结构进气道试验件顺利通过了力热

联合试验。

航天三院306所激光3D打印技术实现新突破

该技术成功融合了激光3D打印与梯度结构复合制造两

种工艺，解决了传统连接方式（如法兰连接、焊接等

工艺方法）带来的增重、密封性差和结构件整体强度

刚度低等问题，为具有温度梯度结构的开发设计与制

造开辟了新的研制途径；同时，开创了一种异种材料

间非传统连接的制造模式，实现了结构功能一体化零

部件的设计与制造。

首个使用3D打印部件航天器进入木星轨道

对于全球航天领域来说都是一个非同

一般的日子。在这天早上，美国宇航

局（NASA）的朱诺（Juno）号探测

器在经过了35分钟减速之后，成功完

成木星轨道切入（JOI），成为了飞行

在木星上空的一颗来自地球的卫星。