三维打印（快速成形技术）

三维打印（快速成形技术）

三维打印 （快速成形技术） 次浏览 | 2022.07.23 15:33:22 更新 来源 ：互联网 精选百科 本文由作者推荐 三维打印快速成形技术

三维印刷即快速成形技术的一种，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。过去其常在模具制造、工业设计等领域被用于制造模型，现正逐渐用于一些产品的直接制造。特别是一些高价值应用（比如髋关节或牙齿，或一些飞机零部件）已经有使用这种技术打印而成的零部件。“三维打印”意味着这项技术的普及。

中文名

三维打印

外文名

Three Dimension Printing

属于

快速成形技术

基础

数字模型文件

别称

3DP,TDP

简介

别称：

ThreeDimensionPrinting3DP三维打印

Three-DimensionalPrintingTDP快速成型机

三维打印通常是采用数字技术材料打印机来实现。这种打印机的产量以及销量在二十一世纪以来就已经得到了极大的增长，其价格也正逐年下降。

该技术珠宝，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，枪支以及其他领域都有所应用。

粉末材料选择性烧结

小型快速成型机

3DP工艺是美国麻省理工学院EmanualSachs等人1989年研制的。已被美国的Soligen公司以DSPC（DirectShellProductionCasting）名义商品化，用以制造铸造用的陶瓷壳体和芯子。

3DP分类：

（1）三维喷涂粘接成型机

（2）喷墨式三位打印

三维喷涂粘接原理：

3DP工艺与SLS工艺类似，采用粉末材料成形，如陶瓷粉末，金属粉末。所不同的是材料粉末不是通过烧结连接起来的，而是通过喷头用粘接剂(如硅胶)将零件的截面“印刷”在材料粉末上面(如图)。

用粘接剂粘接的零件强度较低，还须后处理。先烧掉粘接剂，然后在高温下渗入金属，使零件致密化。提高强度。

三维喷涂粘接特点:

适合成型小件；

工件的表面不够光洁，需要对整个截面进行扫描粘接，成型时间较长；

采用多个喷头。

代表公司：ZCorporation

原理三维设计

三维打印的设计过程是：先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“分区”成逐层的截面，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。

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ObjetConnex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。

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。

技术

许多相互竞争的技术是可用的。它们的不同之处在于以不同层构建创建部件，并且以可用的材料的方式。一些方法利用熔化或软化可塑性材料的方法来制造打印的“墨水”，例如：混合沉积建模（fuddepositionmodeling，FDM）等，还有一些技术是用液体材料作为打印的“墨水”的，例如：立体平板印刷（stereolithography，SLA）、分层实体制造（laminatedobjectmanufacturing，LOM）。每种技术都有各自的优缺点，因而一些公司会提供多种打印机以供选择。一般来说，主要的考虑因素是打印的速度和成本，三维打印机的价格，物体原型的成本，还有材料以及色彩的选择和成本。

可以直接打印金属的打印机价格昂贵。有时候人们会先使用普通的三维打印机来制作模具，然后用这些模具制作金属部件。

操作前期准备

1.先开启Z-corp前处理软件将需要打印的S.T.L.档案输入

2.操作时必须佩带手套及口罩

3.检查废料瓶及粉末回收箱是否有足够空间

4.用工具将粉末内的空气带走

5.用力将粉末挤实

6.启动扫粉器将粉末铺平

7.用蒸馏水洗净喷墨头制造原型

制造原型

8.按Online将打印机及计算器连接

9.打印机会根据分层出来的2D图像进行喷墨打印

后期处理

10.打印完成后将粉末取走将原件小心地取出，并用毛帚将粉末清除

11.将原件放置于清粉器，用风枪将多余的粉末吹走

12.风枪压力应调较至大概2–3bar大气压力

13.将原件放置于抽气室中进行胶水渗透程

市场潜力

行业咨询公司“沃勒斯协会”提供的数据显示，三维打印技术的市场销售额已达17亿美元，且有望在2015年前升至37亿美元。

作为三维打印技术的发明者和领头羊，“三维系统”公司2012年收益2.3亿美元，比前年增长四成多。

公司设计的一款新型打印机“立方体”（Cube）定于2012年五月上市，其工作原理和“饶舌男”类似，应用程序则借鉴苹果公司产品，更方便顾客操作。

它的自带程序里已预先装载大量物品设计图，比如棋子、首饰、厨具等，顾客无须学习复杂的三维设计软件，便可直接打印所需物品。

此外，“立方体”还支持无线网络链接，顾客能从网站付费下载更多物品设计图：一只玩具大象收费4.99美元，一枚戒指10美元，一把剃须刀15美元。

总部设在纽约的Shapeways公司是“三维系统”的有力竞争对手。这家公司走的市场路线与购物网站“亚马逊”类似：顾客通过网站上传自己设计的产品图，或订购现有的设计图，公司则按图打印产品，送货上门。

在Shapeways的网站上，既有标价760美元的珊瑚造型台灯，也有只卖几美元的小饰品，还有一些仅三维打印技术才能制造出的稀奇玩意儿，例如类似俄罗斯套娃但不能打开的“套球”。

Shapeways公司首席执行官彼得·魏马尔肖森说，他们每个月售出大约10万件产品，其中最受欢迎的是珠宝首饰、苹果手机套和玩具火车。

应用场景

医疗行业。一位83岁的老人由于患有慢性的骨头感染，因此换上了由3D打印机“打印”出来的下颚骨，这是世界上首位使用3D打印产品做人体骨骼的案例。

科学研究。美国德雷塞尔大学的研究人员通过对化石进行3D扫描，利用3D打印技术做出了适合研究的3D模型，不但保留了原化石所有的外在特征，同时还做了比例缩减，更适合研究。

产品原型。比如微软的3D模型打印车间，在产品设计出来之后，通过3D打印机打印出来模型，能够让设计制造部门更好的改良产品，打造出更出色的产品。

文物保护。博物馆里常常会用很多复杂的替代品来保护原始作品不受环境或意外事件的伤害，同时复制品也能将艺术或文物的影响更多更远的人。史密森尼博物馆就因为原始的托马斯·杰弗逊要放在弗吉尼亚州展览，所以博物馆用了一个巨大的3D打印替代品放在了原来雕塑的位置。

建筑设计。在建筑业里，工程师和设计师们已经接受了用3D打印机打印的建筑模型，这种方法快速、成本低、环保，同时制作精美。完全合乎设计者的要求，同时又能节省大量材料。

制造业。制造业也需要很多3D打印产品，因为3D打印无论是在成本、速度和精确度上都要比传统制造好很多。而3D打印技术本身非常适合大规模生产，所以制造业利用3D技术能带来很多好处，甚至连质量控制都不再是个问题。

食品产业。没错，就是“打印”食品。研究人员已经开始尝试打印巧克力了。或许在不久的将来，很多看起来一模一样的食品就是用食品3D打印机“打印”出来的。当然，到那时可能人工制作的食品会贵很多倍。

汽车制造业。不是说你的车是3D打印机打印出来的（当然或许有一天这也有可能），而是说汽车行业在进行安全性测试等工作时，会将一些非关键部件用3D打印的产品替代，在追求效率的同时降低成本。

配件、饰品。这是最广阔的一个市场。在未来不管是你的个性笔筒，还是有你半身浮雕的手机外壳，抑或是你和爱人拥有的世界上独一无二的戒指，都有可能是通过3D打印机打印出来的。甚至不用等到未来，就可以实现。

案例​3D打印头盖骨

2014年8月28日，46岁的周至农民胡师傅在自家盖房子时，从3层楼坠落后砸到一堆木头上，左脑盖被撞碎，在当地医院手术后，胡师傅虽然性命无损，但左脑盖凹陷，在别人眼里成了个“半头人”。

除了面容异于常人，事故还伤了胡师傅的视力和语言功能。医生为帮其恢复形象，采用3D打印技术辅助设计缺损颅骨外形，设计了钛金属网重建缺损颅眶骨，制作出缺损的左“脑盖”，最终实现左右对称。

医生称手术约需5至10小时，除了用钛网支撑起左边脑盖外，还需要从腿部取肌肉进行填补。手术后，胡师傅的容貌将恢复，至于语言功能还得术后看恢复情况。

汽车行业

2013年上半年，一台名为URBEE2的小车诞生了。其实它的前身URBEE早在2010年就推出了，只不过当时由于各种问题只停留在了概念阶段。URBEE2则是一款真正意义上量产的车型。URBEE2是一款搭载混合动力的三轮车，由车身后置的独轮驱动。在城市中行驶时，URBEE2由电力驱动，内置7.6KWH电量，两个前轮由一对36伏特的电动马达驱动，可提供6KW的巡航动力，最高动力12KW。电力驱动行驶里程可达64公里。当电力不足时，则切换到内燃机来驱动发电机给电池供电。

参考资料