机电产品介绍

机电产品介绍——3D打印机

一、基本简介

1.3D打印

3D打印，即快速成型技术的一种，它是一种以数字模型文件为基础，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。3D打印通常是采用数字技术材料打印机来实现的。3D打印存在着许多不同的技术。它们的不同之处在于以可用的材料的方式，并以不同层构建创建部件。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。

2.3D打印机

3D打印机（3D Printers）又称三维打印机，是一位名为恩里科·迪尼（Enrico Dini）的发明家设计的一种神奇的打印机。3D打印机是一种累积制造技术，通过打印一层层的粘合材料来制造三维的物体。现阶段三维打印机被用来制造样品。

3D打印机，即快速成形技术的一种机器，它是一种数字模型文件为基础，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。内装有金属、陶瓷、塑料、砂等不同的“打印材料”，是实实在在的原材料，打印机与电脑连接后，通过电脑控制可以把“打印材料”一层层叠加起来，最终把计算机上的蓝图变成实物。

该技术可用于珠宝，鞋类，工业设计，建筑，工程和施工（AEC），汽车，航空航天，牙科和医疗产业，教育，地理信息系统，土木工程，和许多其他领域。

二、3D打印机分类

1.喷墨3D打印机

2.粉剂3D打印机

3.生物3D打印机

三、3D打印机结构

1.基本组成

3D打印机与一般打印机结构一样，是由控制组件、机械组件、打印头、耗材和介质等架构组成的。大分类方面可以把3D打印机分成电子部分、机械部分和软件部分。目前，消费级的3D打印机主要由PC电源、主控电路、步进电机及控制电路、高温喷头和工件输出基板这几个部分组成，外面用木板来固定，采用非密闭式铸模平台。

2.各结构基本功能

1）软件部分

简单来说3D打印机是通过软件对3D模型分割成无数个层，这个层的厚度基本等于3D打印机的精度，然后生成无数个打印的坐标命令供机械部分执行。3d 打印机的软件系统组成部分主要由计算机、应用软件、底层控制软件和接口驱动单元组成。

计算机一般采用上位机和下位机两级控制。其中上位主控机一般采用配置高、运行速度快的PC机；下位机采用嵌入式系统DSP，驱动执行机构。上位机和下位机通过特定的通信协议进行双向通信，构成控制的双层结构。为提高数据传输

速度和可靠性，上位机和下位机的接口可选用通信速率高，数据传输量大的PCI 接口，实现多重复杂控制任务的高效性与协调运动。上位机完成打印数据处理和总体控制任务；下位机进行打印运动控制和打印数据向喷头的传送。它按照预定的顺序向上位机反馈信息，并接受控制命令和运动参数等控制代码，对运动状态进行控制。

应用软件主要包括四个模块处理部分：(1)切片模块：基于STL文件切片模块；(2)数据处理：具有切片模块到打印位图数据的转换，打印区域的位图排版；对于彩色打印还需要对彩色图像进行分色处理；(3)工艺规划：具有打印控制方式，打印方向控制等模块；(4)安全监控：设备和打印过程故障自诊断，故障自动停机保护。

底层控制软件主要用于下位机控制各个电机，以完成铺粉辊的平移和自转、粉缸升降、打印小车系统的X、Y平面运动。接口驱动单元：主要完成上位机与下位机接口部分驱动

2）机械部分

机械部分是执行打印命令的定位部分，由电机、支架、同步轮、传送带等组成的XYZ空间轴，软件部分生成的打印坐标就由此定位。

3）电子部分

电子部分可以理解为软件和机械部分的桥梁，主要对软件生成的指令和数据缓存，对电机的控制、温度的控制等等，软件生成的坐标指令就由电子部分控制机械部分执行，以达到精准打印的目的。包括系统板、主板、电机驱动板、温度控制板（如果采用热敏电阻测温一般不需要用到温控板）、加热管、热电偶（或者是热敏电阻）、热床。

图1 3D打印机的结构解剖和工作原理图

四、3D打印机工作原理

3D打印是添加剂制造技术的一种形式，在添加剂制造技术中三维对象是通过连续的物理层创建出来的。

3D打印机相对于其他的添加剂制造技术而言，具有速度快，价格便宜，高易用性等优点。3D打印机就是可以“打印”出真实3D物体的一种设备，功能上与激光成型技术一样，采用分层加工、迭加成形，即通过逐层增加材料来生成3D 实体，与传统的去除材料加工技术完全不同。称之为“打印机”是参照了其技术原理，因为分层加工的过程与喷墨打印十分相似。

五、工作步骤

先通过计算机建模软件建模，如果你有现成的模型也可以，比如动物模型、人物

或者微缩建筑等等。然后通过SD卡或者USB优盘把它拷贝到3D打印机中，进行打印设置后，打印机就可以把它们打印出来，其工作结构分解图如下。3D 打印机的工作原理和传统打印机基本一样，都是由控制组件、机械组件、打印头、耗材和介质等架构组成的，打印原理是一样的。3D打印机主要是在打印前在电脑上设计了一个完整的三维立体模型，然后再进行打印输出。

图2

3D打印与激光成型技术一样，采用了分层加工、叠加成型来完成3D实体打印。每一层的打印过程分为两步，首先在需要成型的区域喷洒一层特殊胶水，胶水液滴本身很小，且不易扩散。然后是喷洒一层均匀的粉末，粉末遇到胶水会迅速固化黏结，而没有胶水的区域仍保持松散状态。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。

1）三维设计

三维打印的设计过程是：先通过计算机建模软件建模，再将建成的三维模型

“分区”成逐层的截面，即切片，从而指导打印机逐层打印。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。一个STL文件使用三角面来近似模拟物体的表面。三角面越小其生成的表面分辨率越高。PLY是一种通过扫描产生的三维文件的扫描器，其生成的VRML或者WRL文件经常被用作全彩打印的输入文件。

图3

2）打印过程

打印机通过读取文件中的横截面信息，用液体状、粉状或片状的材料将这些截面逐层地打印出来，再将各层截面以各种方式粘合起来从而制造出一个实体。这种技术的特点在于其几乎可以造出任何形状的物品。打印机打出的截面的厚度（即Z方向）以及平面方向即X-Y方向的分辨率是以dpi（像素每英寸）或者微米来计算的。一般的厚度为100微米，即0.1毫米，也有部分打印机如Objet Connex 系列还有三维 Systems' ProJet 系列可以打印出16微米薄的一层。而平面方向则可以打印出跟激光打印机相近的分辨率。打印出来的“墨水滴”的直径通常为50到100个微米。用传统方法制造出一个模型通常需要数小时到数天，根据模型的尺寸以及复杂程度而定。而用三维打印的技术则可以将时间缩短为数个小时，当然其是由打印机的性能以及模型的尺寸和复杂程度而定的。传统的制造技术如注塑法可以以较低的成本大量制造聚合物产品，而三维打印技术则可以以更快，更有弹性以及更低成本的办法生产数量相对较少的产品。一个桌面尺寸的三维打印机就可以满足设计者或概念开发小组制造模型的需要。

3）制作完成

三维打印机的分辨率对大多数应用来说已经足够（在弯曲的表面可能会比较粗糙，像图像上的锯齿一样），要获得更高分辨率的物品可以通过如下方法：先用当前的三维打印机打出稍大一点的物体，再稍微经过表面打磨即可得到表面光滑的“高分辨率”物品。有些技术可以同时使用多种材料进行打印。有些技术在打印的过程中还会用到支撑物，比如在打印出一些有倒挂状的物体时就需要用到一些易于除去的东西（如可溶的东西）作为支撑物。

六、3D打印的实际过程：