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3D打印百科
3D 打印技术是什么样的一种技术?前景如何?
发表日期:2020-11-18 13:28 浏览次数:158

3D 打印是快速成型技术中的一种。近几年,快速成型技术发展比较快,得到广泛认可和应用,甚至是掀起了一场制造业的革命。详细介绍请继续阅读。
快速原型制造技术,又叫快速成型技术,(简称RP技术);
英文:RAPID PROTOTYPING(简称RP技术),或
RAPID PROTOTYPING MANUFACTUREING,简称RPM。

快速成型(RP)技术是九十年代发展起来的一项先进制造技术,是为制造业企业新产品开发服务的一项关键共性技术, 对促进企业产品创新、缩短新产品开发周期、提高产品竞争力有积极的推动作用。自该技术问世以来,已经在发达国家的制造业中得到了广泛应用,并由此产生一个新兴的技术领域。

RP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"。
RP技术的优越性显而易见
它可以在无需准备任何模具、刀具和工装卡具的情况下,直接接受产品设计(CAD)数据,快速制造出新产品的样件、模具或模型。因此,RP技术的推广应用可以大大缩短新产品开发周期、降低开发成本、提高开发质量。由传统的"去除法"到今天的"增长法",由有模制造到无模制造,这就是RP技术对制造业产生的革命性意义。
具体是如何成形出来的呢?
形象地比喻: 快速成形系统相当于一台"立体打印机"。
它可以在没有任何刀具、模具及工装卡具的情况下,快速直接地实现零件的单件生产。根据零件的复杂程度,这个过程一般需要1~7天的时间。换句话说,RP技术是一项快速直接地制造单件零件的技术。
RP系统的基本工作原理
RP系统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。当然,整个过程是在计算机的控制下,由快速成形系统自动完成的。不同公司制造的RP系统所用的成形材料不同,系统的工作原理也有所不同,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"。

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。

RP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。RP技术的基本原理是:将计算机内的三维数据模型进行分层切片得到各层截面的轮廓数据,计算机据此信息控制激光器(或喷嘴)有选择性地烧结一层接一层的粉末材料(或固化一层又一层的液态光敏树脂,或切割一层又一层的片状材料,或喷射一层又一层的热熔材料或粘合剂)形成一系列具有一个微小厚度的的片状实体,再采用熔结、聚合、粘结等手段使其逐层堆积成一体,便可以制造出所设计的新产品样件、模型或模具。自美国3D公司1988年推出第一台商品SLA快速成形机以来,已经有十几种不同的成形系统,其中比较成熟的有SLA、SLS、LOM和FDM等方法。其成形原理分别介绍如下:
(1)SLA(光固化成型法)快速成形系统的成形原理:
成形材料:液态光敏树脂;
制件性能:相当于工程塑料或蜡模;
主要用途:高精度塑料件、铸造用蜡模、样件或模型。
(2)SLS(激光选区烧结法)快速成形系统的成形原理:

成形材料:工程塑料粉末;
制件性能:相当于工程塑料、蜡模、砂型;
主要用途:塑料件、铸造用蜡模、样件或模型。
(3)LOM(叠层实体制造法)快速成形系统的成形原理:

成形材料:涂敷有热敏胶的纤维纸;
制件性能:相当于高级木材;
主要用途:快速制造新产品样件、模型或铸造用木模。
(4)FDM(熔融沉积法)快速成形系统的成形原理:

成形材料:固体丝状工程塑料;
制件性能:相当于工程塑料或蜡模;
主要用途:塑料件、铸造用蜡模、样件或模型。

应用RP技术的重要意义
大大缩短新产品研制周期,确保新产品上市时间;

------使模型或模具的制造时间缩短数倍甚至数十倍;

提高了制造复杂零件的能力;

------使复杂模型的直接制造成为可能;

显著提高新产品投产的一次成功率;

------可以及时发现产品设计的错误,做到早找错、早更改,避免更改后续工序所造成的大量损失;

支持同步(并行)工程的实施;

------使设计、交流和评估更加形象化,使新产品设计、样品制造、市场定货、生产准备、等工作能并行进行;

支持技术创新、改进产品外观设计;

------有利于优化产品设计,这对工业外观设计尤为重要。

成倍降低新产品研发成本;

------节省了大量的开模费用

快速模具制造可迅速实现单件及小批量生产,使新产品上市时间大大提前,迅速占领市场。
总而言之,RP技术是九十年代世界先进制造技术和新产品研发手段。在工业发达国家,企业在新产品研发过程中采用RP技术确保研发周期、提高设计质量已成为一项重要的策略。当前,市场竞争愈演愈烈,产品更新换代加速。要保持我市产品在国内外市场的竞争力,迫切需要在加大新产品开发投入力度、增强创新意识的同时,积极采用先进的创新手段。RP技术在不需要任何刀具、模具及工装卡具的情况下,可实现任意复杂形状的新产品样件的快速制造。用RP技术快速制造出的的模型或样件可直接用于新产品设计验证、功能验证、外观验证、工程分析、市场订货等,非常有利于优化产品设计,从而大大提高新产品开发的一次成功率,提高产品的市场竞争力,缩短研发周期,降低研发成本。快速原型制造技术生产力促进中心的成立为本市企业应用RP技术开展产品创新活动提供了很好的前提条件。
三维打印机在过去通常又被称为“快速成型机”。它通过对电脑中三维软件的识别,进行STL(三角网格格式)转换,再结合切层软件确定摆放方位和切层路径,并进行切层工作和相关支撑材料的构造。最后使用喷头将固态的线型成型材料加热成半熔融状态之后挤出来,和支撑材料自下而上,一次一层的构铸成最终实体。简单点说,可以理解为软件把物体分成若干个横截面,而三维打印机将这些横截面一次一层的沉淀、堆积,最终形成我们所需的实体。 从它整个成像的过程来看,我们知道三维打印机至少由:软件控制系统、成型材料、支撑材料、成型材料匣、支撑材料匣、喷头、加热模组、成型空间等几大部份构成(如图)。其中成型材料和支撑材料就相当于我们普通打印机的耗材,也有的机型不需要支撑材料