(整理)3D打印机入门.

3D打印机入门

什么是3D打印机

3D 打印机英文“3D Printers”，3D 打印机这个名称是近年该产品来针对民用市场而出现的一个新词。其实在专业领域他有另一个名称“快速成形技术”。快速成形技术又称快速原型制造(Rapid Prototyping Manufacturing，简称RPM)技术，诞生于20 世纪80 年代后期，是基于材料堆积法的一种高新制造技术，被认为是近20 年来制造领域的一个重大成果。

它集机械工程、CAD、逆向工程技术、分层制造技术、数控技术、材料科学、激光技术于一身，可以自动、直接、快速、精确地将设计思想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高效低成本的实现手段。即，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。

RPM 技术是在现代CAD/CAM 技术、激光技术、计算机数控技术、精密伺服驱动技术以及新材料技术的基础上集成发展起来的。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，其基本原理都是一样的，那就是"分层制造，逐层叠加"，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“3D 打印机”。

3D打印机的原理

3D 打印机可以根据零件的形状，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；整个制造过程可以比喻为一个"积分"的过程。

当然，整个过程是在电脑的控制下，由3D 打印机系统自动完成的。不同公司制造的3D 打印机所用的成形材料不同，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"或"加法"。

3D 打印机的制作过程我们举个例子：例如我们制作一个塑料材质的苹果，首先我们需要在电脑上使用3D 软件制作出一个苹果的3D 模型文件，然后把它转换成3D 打印机支持的文件格式。接下来需要给3D 打印机放入塑料耗材，现在3D 打印机就可以制作了。这个过程是不是像我们的平面打印机的操作呀！好下面说重点。

打印系统在制作的时候会从这个苹果3D 模型底部开始切成很多片（多少片呢？这个要根据打印机的技术指标它所支持的“层厚”来决定。）也就是我们上面说的截面图。最先开始制作的是苹果模型的最底部的那一个截面，也就是苹果最底部的一层，这时候系统会控制激光器（或喷嘴）在这一层截面图的范围烧结原料（或挤出原料——不同的打印机技术制作方式也有区别这个下面我们会提到），这一层做好后是第二层依此类推。这样这个塑料苹果就一层层的“生长”出来了。

3D打印机的技术

现在市面上已经有十几种不同的3D 打印机的技术，其中比较成熟的有UV、SLA、SLS、LOM 和FDM 等方法。我们将在下面介绍4 种目前使用比较广泛的技术：

SLA 技术3D 打印机的原理

SLA 是"Stereo lithography Appearance"的缩写，即立体光固化成型法。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。

SLA 技术的优势：

1.光固化成型法是最早出现的快速原型制造工艺，成熟度高，经过时间的检验。

2.由CAD 数字模型直接制成原型，加工速度快，产品生产周期短，无需切削工具与模具。

3.可以加工结构外形复杂或使用传统手段难于成型的原型和模具。

4.使CAD 数字模型直观化，降低错误修复的成本。

5.为实验提供试样，可以对计算机仿真计算的结果进行验证与校核。

6.可联机操作，可远程控制，利于生产的自动化。

SLA 技术的缺陷：

1.SLA 系统造价高昂，使用和维护成本过高。

2.SLA 系统是要对液体进行操作的精密设备，对工作环境要求苛刻。

3.成型件多为树脂类，强度，刚度，耐热性有限，不利于长时间保存。

4.预处理软件与驱动软件运算量大，与加工效果关联性太高。

5.软件系统操作复杂，入门困难；使用的文件格式不为广大设计人员熟悉。

6.立体光固化成型技术被单一公司所垄断。

总结：SLA 的发展趋势与前景

立体光固化成型法的的发展趋势是高速化，节能环保与微型化。

不断提高的加工精度使之有最先可能在生物，医药，微电子等领域大有作为。

SLS技术3D打印机的原理

SLS(Selective Laser Sintering)选择性激光烧结（以下简称SLS）技术最初是由美国德克萨斯大学奥斯汀分校的Carlckard 于1989 年在其硕士论文中提出的。后美国DTM 公司于1992 年推出了该工艺的商业化生产设备Sinter Sation。几十年来，奥斯汀分校和DTM 公司在SLS 领域做了大量的研究工作，在设备研制和工艺、材料开发上取得了丰硕成果。德国的EOS 公司在这一领域也做了很多研究工作，并开发了相应的系列成型设备。

国内也有多家单位进行SLS 的相关研究工作，如华中科技大学、南京航空航天大学、西北工业大学、中北大学和北京隆源自动成型有限公司等，也取得了许多重大成果，如南京航空航天大学研制的RAP-I 型激光烧结快速成型系统、北京隆源自动成型有限公司开发的AFS 一300 激光快速成型的商品化设备。

选择性激光烧结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。

SLS 技术3D 打印机的工作原理