哈工程-机械设计基础读书报告-3D打印技术

3D打印技术读书报告姓名：**班级：201103**学号：20110******专业：轮机工程课程名称：机械制造基础摘要3D打印技术，是以计算机三维设计模型为蓝本，通过软件分层离散和数控成型系统，利用激光束、热熔喷嘴等方式将金属粉末、陶瓷粉末、塑料、细胞组织等特殊材料进行逐层堆积黏结，最终叠加成型，制造出实体产品。与传统制造业通过模具、车铣等机械加工方式对原材料进行定型、切削以最终生产成品不同，3D打印将三维实体变为若干个二维平面，通过对材料处理并逐层叠加进行生产，大大降低了制造的复杂度。这种数字化制造模式不需要复杂的工艺、不需要庞大的机床、不需要众多的人力，直接从计算机图形数据中便可生成任何形状的零件，使生产制造得以向更广的生产人群范围延伸。引言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。1背景最近几年，中国航空工业捷报频传，先进战斗机，舰载机，运输机接踵而出，其中最为引人关注的是，在2013年全球3D打印热潮中，以北航和西工大两个科研主体带动，沈飞、成飞、西飞等数家航空制造企业为主体，成为全球第二个能够在实际应用中利用3D打印技术制造飞机零件的国家。3D打印技术相对传统制造技术来讲的确是一次重大的技术革命，用“颠覆”传统制造技术来形容也不过分，能够解决传统制造所不能解决的技术难题，能够为传统制造业的创新发展注入新鲜动力。但是，传统制造业经过了数千年的积累和发展，已经在生产工艺、生产技术、材料等方面非常成熟，并形成了配套完善、功能齐全、社会各界广泛认可的产业基础。从3D打印的技术原理来看，我们设计师设计的任何复杂的，高难度的，传统制造方式不能生产的产品，利用3D打印技术都可以轻松地打印出来。但是，传统制造业所擅长的批量化规模化生产、精益化生产，恰恰是3D打印技术的短腿。比较来看，3D打印技术擅长的解决个性化、复杂化、高难度的生产技术，而传统制造业则擅长的是批量化和规模化。彼此之间优劣态势正好形成互补关系，而不是谁替代谁的问题。因此，3D打印技术本身不是要取代传统制造业，也不能取代传统制造业。2技术的来源及发展2.1起源3D打印技术的核心制造思想最早起源于19世纪末的美国，到20世纪80年代后期3D打印技术发展成熟并被广泛应用。[1]3D打印是科技融合体模型中最新的高“维度”的体现之一。据报道，美国科学家发明了一种可打印出三维效果的打印机，并已将其成功推向市场。普通打印机能打印一些报告等平面纸张资料。而这种最新发明的打印机，它不仅使立体物品的造价降低，且激发了人们的想象力。未来3D打印机的应用将会更加广泛。在此之前，三维打印机数量很少，大多集中在“科学怪人”和电子产品爱好者手中。他们主要用来打印像珠宝、玩具、工具、厨房用品之类的东西。甚至有汽车专家打印出了汽车零部件，然后根据塑料模型去订制真正市面上买不到的零部件。2.2发展过程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”。它的最早的3d打印机原理是：把数据和原料放进3D打印机中，机器会按照程序把产品一层层造出来。打印出的产品，可以即时使用。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，项目由DARPA赞助的。1979年，类似过程由RFHousholder得到专利，但没有被商业化。1995年，麻省理工创造了“三维打印”一词，当时的毕业生JimBredt和TimAnderson修改了喷墨打印机方案，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。说到3D打印，就不得不提3D打印机：3D打印机又称三维打印机，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。2003年以来三维打印机的销售逐渐扩大，价格也开始下降。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。3D打印技术发展史：1984年3D打印机诞生CharlesHull,3DSystem联合创始人，发明了“快速成型”技术——一个立体物品可以被3D数字建模。1992年快速成型零部件世界上第一个快速成型机器由3DSystem公司制造。这个部件看起来像一个由固体蜂蜜一层层叠加起来的东西，虽然不完美，但却证明了：高度复杂的零件，可以在一夜之内被3D打印出来。1999年再生器官世界上第一个实验室培养的器官植入人体，一个年轻人接受了用3D合成的膀胱。这项技术开启了再生器官——的探索之路。这些器官用患者自己的细胞制成，基本没有排斥反应的风险。2002年第一个正常运转的3D肾WakeForest研究所的科学家在一个动物体内模拟制造了一个3D打印的肾脏：能够过滤血液、稀释尿液。2005年3D打印开源实验室Bath大学的AdrainBowyer博士创办了RepRap实验室，一个制造3D打印机的开源实验室。RepRap的愿景是，让制造变得民主化，让制造欲的人们可以用低廉的价格自己造东西。2006年实现多种材料3D打印3D打印机制造商和材料供应商Objet，创造了一台能打印多种材料的3D打印机，允许单一物体内同时使用不同密度的材料共同打印。2008年第一台可“打印自己”的3D打印机RepRap实验室推出了达尔文，第一台可以打印自己几乎每一个部件的3D打印机，允许使用者打印出更多物品分享给朋友。2009年从细胞到血管生物打印创新者Organovo，用GaborForgacs博士的器官打印技术和一台3D生物打印机，打印出第一条血管。2011年第一架3D打印的飞机Southampton大学的工程师设计和制造了世界上第一架3D打印飞机。这台无人驾驶机花费了5000英镑、7天时间制造。3D打印让机翼呈现流畅的椭圆形，有助于提高空气动力效率，最大程度地减少了阻力。2012年首家3D打印店MakerBot在纽约曼哈顿开出了第一家3D打印店。在店里，你可以了解3D打印的工作原理，带走打印好的产品。3技术原理它其实是以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。由于在3D打印机原理中把复杂的三维制造转化为一系列二维制造的叠加，因而可以在不用模具和工具的条件下生成几乎任意复杂的零部件，极大地提高了生产效率和制造柔性。首先得通过计算机辅助设计（CAD）或计算机动画建模软件建模，再将建成的三维模型“切片”成逐层的截面数据，并把这些信息传送到3D打印机上，3D打印机会把这些切片堆叠起来，直到一个固态物体成型。至于怎么堆叠这些“切片”，方式有很多种，小型3D打印机最为常用的就是用液态材料沉积成型，这个有点类似喷墨打印机，只不过喷头喷出的不是墨水而是热塑性塑料或共晶系统金属等可迅速固化的材料，工作方式如下图所示：4．技术难点很多人认为3D打印机的最大难点在于设备的研发，其实不然，从专业的角度来讲打印所需材料以及扫描仪的设计要远远大于3D打印机本身，因为不管是对人体还是对物体的扫描，扫描数据的准确性直接决定打印产品的质量。“这种3D打印机一定要通过扫描仪来打印物品吗？”有观众提问。工作人员表示，这是不需要的。扫描仪的研发是为了让普通人利用3D打印机打印东西时更加方便。对于掌握专业技术的人来说，可以通过AutoCAD、ProE等软件进行建模，然后转换成STL的文件格式，储存在SD卡中。将SD卡直接插到3D打印机上就可以实现打印了。5．当前应用3D打印已涵盖汽车、航天航空、日常消费品、医疗、教育、建筑设计、玩具等领域，但由于打印材料的局限性，产品多停留在模型制作层面。也就是说，目前3D打印技术的优势主要是缩短设计阶段的时间，使得设计者的模型实现起来比较便利。譬如，在传统的制造业流程中，不管什么行业，设计师的图纸，需要在拆分为各个元素后，去开模，然后再组装，其弊病就是花费的周期比较长。而当设计师对模型做出调整后，相同的步骤又得重复一遍，循环往复。而有了3D打印，设计师的图纸可以快速变成实体的东西，然后开模，进行规模化大生产。3D打印技术的意义，更在于设计环节的时间成本的节约。3D打印照相馆。只需要10分钟的3D扫描,等待几小时,就可以得到实体人像。运用3D打印照相技术,打印人偶纪念品。3D打印枪。前不久，一则全球首支3D打印手枪的CAD制作文件在网络上被下载了超过10万次的消息引起了人们的恐慌。据报道，手机的打印设备，是Stratasys公司的DimensionSST型3D打印机。人们之所以恐慌，是因为按照这个道理，只需一台3D打印机就可以把枪制造出来，安全如何保障？3D打印枪像是一个更致命的武器玩具，一个玩具一旦超出了它本身的娱乐特性，涉及到安全问题后，本身的立场也就改变了。去年，美国的科迪威尔逊，他在大学的时候就计划研究3D打印枪，在几个月后，威尔逊和他的该团队实现了这一计划，成功的研制出了取名为“解放者”的3D打印枪，并且在随后拍摄的视频来演示射击金属钉的实验。这把枪的制造成本是由一台价值8000美元的3D打印机完成的，在之后，设计者试图制作更大口径的子弹来体现这帮枪的威慑力。“中国龙”从3D打印机中脱“影”而出。自从人类进入工业化时代，大机器的生产方式始终遵循的是模具产品的模式。然而，昨日记者在软交会现场看到，不借助任何模具，一条精雕细刻的“中国龙”竟从3D打印机中脱“影”而出。6.总结虽然3D打印技术现在还离个人用户挺远的，不个它未来的前景可是非常广阔的，随着科学技术的发展，3D打印机早晚会和普通打印机一样进入千家万户，届时你想到了什么好东西就可以直接用3D打印机造出来了。参考文献[1]3D打印技术读书报告[2]3D打印技工作原理[3]3D打印技术[4]百度百科[5]百度文库[6]ZCorporation3DPrintingTechnologyZCorporation3DPrintingTechnologyFast,AffordableandUniquelyVersatileIntroductionOriginallydevelopedattheMassachusettsInstituteofTechnology(MIT)in1993,Three-DimensionalPrintingtechnology(3DP.)formsthebasisofZCorporation’sprototypingprocess.3DPtechnologycreates3Dphysicalprototypesbysolidifyinglayersofdepositedpowderusingaliquidbinder.Bydefinition3DPisanextremelyversatileandrapidprocessaccommodatinggeometryofvaryingcomplexityinhundredsofdifferentapplications,andsupportingmanytypesofmaterials.ZCorp.pioneeredthecommercialuseof3DPtechnology,developing3Dprintersthatleadingmanufacturersusetoproduceearlyconceptmodelsandproductprototypes.Utilizing3DPtechnology,ZCorp.hasdeveloped3Dprintersthatoperateatunprecedentedspeeds,extremelylowcos