553D打印技术

3D打印及其应用XX理工大学XXX什么是3D打印典型工艺与设备典型应用与市场优势、局限与发展方向昆明理工大学的3D打印什么是3D打印3D打印(3DPrinting)是增材制造(AdditiveManufacturing，AM)技术的俗称，指通过离散-堆积使材料逐点、逐层累积叠加形成三维实体的技术。什么是3D打印蛋糕的奶油裱花人脑→电脑人手→机械手3D打印→什么是3D打印3D打印不是准确的技术名称，但最形象、易接受。3DP工艺实际只是增材制造工艺中的一种。二十世纪90年代初期曾被称为快速原型制造技术（RapidPrototypingManufacturing，RP）。将零件的三维数字化模型离散后获得离散数据文件（STL格式文件），电脑依据STL文件控制材料叠加过程，完成三维实体成形。与传统的切削加工去除材料获得工件的过程相反，这是一个通过材料累积实现成形的过程，因此称为增材制造。技术特点数字制造由零件数字模型直接驱动材料的堆积过程，可快速、高效和精确地再现三维模型；降维制造（分层制造）在三维空间中进行二维加工、三维堆叠，加工柔性极高、可加工极为复杂的零件；堆积制造零件所有部分都通过材料的受控堆积成形，可对各个位置的材料和微结构进行控制；直接制造材料的制备过程可与零件的成形过程一体化，可解决难加工材料的成形问题；快速制造省去了铸锭、开坯、锻造、初加工等传统工序，快速获得近净成形的零件。常见的3D打印工艺与设备熔融沉积成形（FDM）立体光刻（SLA）叠层实体制造（LOM）三维打印（3DP）无木模铸造成形（PCM）激光近成形技术LENS选区激光烧结/直接金属激光烧结（SLS、SLM/DLMS）电子束选区熔化（EBSM)……熔融沉积成形(FusedDepositionModeling,FDM)成形工件喷头料丝喷头美国Dr.ScottCrump1988年提出，美国Stratasys公司推出商品化设备。美国Stratasys太尔时代杭州先临精度低，0.1mm。千元级别。云内动力2005年引进美国StratasysFDM1台昆明理工大学2007年以来引进北京殷华FDM机器5台模型Pattern计算机Computer丝Filament喷头Heatedhead丝轮FilamentSupplyModelCreated快速原型VMEM熔化挤出成形(MeltedandExtrusionModeling)与FDM原理类似，不同的名称立体光固化成型(StereoLithographyApparatus,SLA)激光固化光敏树脂，精度较高分层实体制造(Laminatedobjectmanufacturing,LOM)美国Helisys公司MichaelFeygin于1986年研制成功。三维数字化模型-切片离散-激光根据离散获得的轮廓数据切割表面涂覆热熔胶的纸、塑料等薄片材料，层层叠加成形。华中科技大学武汉滨湖机电HRP-III。三维印刷工艺(3DPrinting，3DP)1989年，麻省理工学院EmanuelM.Sachs和JohnS.Haggerty申请了3DP专利。粉床铺粉，喷头在计算机控制下，按离散数据喷射粘结剂粘结粉末。重复铺粉和喷射粘结生成工件。三维印刷工艺(3DPrinting，3DP)铺粉粘接原理和打印机相似，这就是3D打印的由来。可以使用白色石膏等粉末及彩色粘结剂，获得彩色工件。无模铸造(PatteralessCastingManufacturing,PCM)/3DP零件CAD模型铸型CAD模型分层、生成扫描路径造型完毕清除干砂涂敷涂料浇注铸件最表层铺砂喷射树脂粘结剂喷射催化剂重复（直到所有层造完）1、制造时间短2、制造成本低3、无需木模4、造型材料价廉易得5、一体化造型6、型、芯同时成形7、无起模斜度8、易于制造含自由曲面（曲线）的铸型9、能制造大型铸型广东佛山峰华卓立公司的PCM-1200设备流道宽度仅8mm的不锈钢叶轮砂芯无需模具，首件约15天PCM发动机缸体制造(新产品试制）激光直接制造(LaserDirectiveManufacturing,LDM)与激光近净成形(laserengineerednetshaping,LENS)OPTOMEC公司－LENS®LENS850-R7轴3.5kWNd:YAG$830,000to$1.1MLENS850激光直接制造(LaserDirectiveManufacturing,LDM)与激光近净成形(laserengineerednetshaping,LENS)1999年，LENS获得了美国工业界中“最富创造力的25项技术”之一的称号北航王华明团队LENS工艺制造的钛合金飞机零件，国家科技进步一等奖选区激光烧结(Selectivelasersintering,SLS)/激光选区熔化(Selectivelasermelting,,SLM)/直接金属激光烧结成型(DirectMetalLaser-Sintering,DMLS)铺粉-激光束按离散的模型轮廓线选区熔化粉末，获得凝固层-成型缸下降一个层厚-再铺粉-激光再熔化金属粉末-重复层层加工，获得零件。电子束选区熔化（EBSM)电子束扫描预先铺好的粉末，使之熔化并沉积。与SLS工艺过程类似，热源使用电子束。从CAD模型到实体金属零件的过程EBSM的原理及构成瑞典ArcamEBMS-12S-12成形的中空结构和人体植入件2007年：ArcamEBMA2ArcamEBMA2机型熔滴沉积成形工艺喷射沉积应用与市场桌边制造-数字化创作桌边制造-数字化创作桌边制造-数字化创作桌边制造-数字化创作桌边制造-数字化创作数字化建筑数字化建筑数字化建筑数字化建筑航空航天生物医疗汽车工业优势、局限与发展趋势发展前景巨大，应用领域广泛，产业化尚需时间。优点：数字化增材制造、复杂、单件小批量优势明显传统方法难以制造一些具有复杂形状和几何特征的产品。而3D打印技术可以将任何部件进行数字化建模后进行制造。样品生产，免去开模费用，成本能大幅降低。制备造医学替换病人坏死股骨头的钛合金制品等不具备量产条件的产品时，优势明显。优势、局限与发展趋势局限：3D打印只适用于小批量生产昂贵。设备与材料都较贵。在需要灵活和快速的产品开发周期的应用中具有很强的竞争力，大规模采用3D打印技术进行量产并不具备优势。尺寸受限。材料种类、成本受限。目前10几种SLS金属粉末普遍在1000元/公斤以上，是普通工业合金价格的200倍以上。性能受限。尤其是疲劳性能。效率低。SLS成形速率为1小时成形5立方厘米。优势、局限与发展趋势发展趋势：低成本设备、耗材、服务3D打印机整机及关键零部件制造国内：华曙高科华中科技大学（滨湖机电、华科三维）清华大学（清研智束、永年激光）西北工业大学（伯力特）华南理工大学（信达雅）北京航空航天大学西安交通大学西北有色金属研究院昆明理工大学……优势、局限与发展趋势3D打印机耗材生产ABS、PLA目前占主要。高品质金属粉末等耗材亟需降低成本3D打印服务供给艺术与生活：立体婚纱、艺术品纪念品创作……医疗器械：假牙、植入体…模具制造建筑与雕塑……XXX理工大学的3D打印2004年引进LOM3D打印设备，与解放军XX总医院共同开展盆腔骨骼手术方案优化等工作。2007以来，先后引进5台FDM设备，开展教学及科学研究。先后获得国家自然科学基金项目2项。2010年，美国科学院院士、中国科学院外籍院士、哈佛大学教授丘成桐与XXX理工大学共同开展3d打印算法及设备研究，开发成功了多种FDM设备。2015年，引进EOSM290，建立3D打印钛合金协同创新团队，开展金属3D打印研究。思考题什么是3D打印？它的主要原理是什么？3D打印的技术特点是什么？3D打印有那些优点和缺点？它应用的局限性是什么？结合你的工作实际谈谈3D打印的应用可能性。谢谢!