3D打印原理、技术与应用第3章 3D打印机系统结构与设计
三d打印的基本概念及工作原理
三d打印的基本概念及工作原理三维打印（3D打印）是一种新兴的制造技术，它可以根据预先设计好的三维模型，以逐层堆积的方式将材料加工成所需的物品。
在这篇文章中，我们将深入探讨三维打印的基本概念及其工作原理。
一、三维打印的基本概念1. 三维打印的定义：三维打印是一种由数字模型到实体物品的制造技术。
通过这项技术，我们可以将数字设计转化为真实的物体，实现从虚拟到实体的转化。
2. 三维打印的重要性：三维打印技术正在逐渐改变传统制造业的模式，它具有快速、定制化、成本低等优点，在医疗、航空航天、汽车等领域都有着广泛的应用。
3. 三维打印的应用领域：从汽车零部件到医疗器械，从航空发动机到建筑模型，三维打印技术在各个领域都发挥着重要的作用。
二、三维打印的工作原理1. 数字建模：三维打印的第一步是数字建模，即将所需制作的物品设计成数字模型，一般使用CAD软件进行设计。
2. 切片处理：将数字模型切割成薄层，以便于打印机逐层堆积。
3. 打印：将切片后的数字模型发送到三维打印机，由打印机将材料逐层堆积，最终形成实体物体。
三、个人观点和理解三维打印技术的发展为制造业带来了革命性的变化。
它不仅提高了生产效率，还可以实现物品的个性化定制。
然而，三维打印技术还面临着材料选择、打印精度等方面的挑战，需要不断进行技术革新和改进。
总结及回顾在本文中，我们对三维打印的基本概念及工作原理进行了全面的探讨。
通过数字建模、切片处理和打印这三个步骤，我们可以更深入地理解三维打印技术的实现过程。
三维打印技术的广泛应用和不断创新，将为制造业和科技发展带来更多可能性。
在知识的文章格式中，我们可以通过序号标注的方式呈现出文章的结构，并多次提及三维打印这一主题。
希望本文的内容能帮助你更深入地了解三维打印技术，并对其前景有更清晰的认识。
三维打印技术的发展与应用随着科技的不断进步和创新，三维打印技术正在逐渐成为制造业的新宠。
它不仅可以大大缩短产品的研发周期，还可以实现个性化定制，同时降低生产成本。
3D打印机工作原理
3D打印机工作原理一、引言3D打印技术是一种快速创造技术，通过逐层堆积材料，将数字模型转化为实体物体。
3D打印机是实现3D打印技术的关键设备，它能够按照预设的设计模型，通过控制打印头的运动和材料的喷射，逐层构建出复杂的三维结构。
本文将详细介绍3D打印机的工作原理。
二、3D打印机的组成1. 打印头：打印头是3D打印机的核心部件，负责将材料喷射到打印平台上。
不同类型的3D打印机使用不同的材料，如塑料、金属、陶瓷等。
打印头通常由喷嘴、加热器和温度传感器组成。
2. 打印平台：打印平台是3D打印机上用来支撑打印物体的平面。
它可以是固定的或者挪移的，具体取决于打印机的类型。
打印平台通常由金属或者玻璃制成，表面光滑以确保打印物体的质量。
3. 控制系统：控制系统是3D打印机的大脑，负责控制打印头和打印平台的运动。
它接收来自计算机的指令，并将其转化为打印机可以理解的指令。
控制系统通常由主板、机电驱动器和传感器组成。
4. 材料供给系统：材料供给系统用于将材料输送到打印头。
它通常包括材料储存器、输送装置和喷嘴。
不同类型的3D打印机使用不同的材料供给系统。
三、3D打印机的工作原理1. 创建3D模型：首先，需要使用计算机辅助设计（CAD）软件创建3D模型。
这个模型将作为打印对象的设计蓝图。
2. 切片：将3D模型导入到切片软件中，切片软件将模型分解成一系列薄片，每一个薄片的厚度由打印机的设置决定。
3. 打印参数设置：在切片软件中，需要设置打印参数，如打印速度、温度、材料类型等。
这些参数将影响打印物体的质量和打印时间。
4. 开始打印：将切片后的文件传输到3D打印机的控制系统中。
打印机根据指令开始工作，打印头挪移到打印平台上方，开始喷射材料。
5. 打印层叠：打印头按照预设的路径和速度运动，将材料喷射到打印平台上，逐层堆积，构建出复杂的三维结构。
6. 冷却和固化：打印完成后，打印物体需要进行冷却和固化。
这可以通过自然冷却或者额外的冷却装置来实现。
3D打印机工作原理
3D打印机工作原理3D打印机是一种先进的制造技术，它可以将数字模型转化为实体物体。
它采用层层堆叠的方式，通过添加材料的方式制造出三维物体。
下面将详细介绍3D打印机的工作原理。
1. 数字建模在使用3D打印机之前，首先需要进行数字建模。
这一步骤可以使用计算机辅助设计（CAD）软件进行，也可以使用三维扫描仪将实际物体转化为数字模型。
无论采用哪种方法，最终目的都是将物体转化为数字化的三维模型。
2. 切片一旦获得了数字模型，接下来的步骤是将模型切片。
切片是将三维模型切割成一层一层的薄片，每个薄片的厚度取决于所使用的3D打印机和材料。
切片软件将三维模型转化为一系列二维图像，每个图像代表一层。
3. 打印准备在进行实际打印之前，需要进行一些准备工作。
首先，需要选择适当的打印材料，这取决于所需打印物体的特性和要求。
常见的打印材料包括塑料、金属、陶瓷等。
其次，需要确定打印机的参数设置，例如打印速度、温度等。
4. 打印过程一旦准备工作完成，就可以开始打印了。
3D打印机通过一种叫做增材制造的过程来制作物体。
它不像传统的减材制造（例如铣削、切割等）需要从原材料中去除物质，而是通过逐层堆叠材料来构建物体。
4.1. 第一层打印过程的第一步是打印第一层。
打印机将打印材料（例如塑料丝）从喷头中挤出，然后在打印床上以精确的方式堆叠。
这一层将成为打印物体的底部。
4.2. 后续层一旦第一层完成，打印机将继续打印后续层。
它会逐层堆叠材料，直到整个物体打印完成。
每一层都会根据切片软件生成的二维图像进行打印。
4.3. 支撑结构在某些情况下，打印的物体可能需要支撑结构来保持稳定。
这些支撑结构在打印完成后需要被移除。
支撑结构可以通过打印机自动生成，也可以手动添加。
5. 后处理一旦打印完成，还需要进行一些后处理工作。
这可能包括去除支撑结构、清洁物体、进行表面处理等。
后处理的具体步骤取决于所使用的材料和打印机。
总结：3D打印机的工作原理可以简单概括为：数字建模、切片、打印准备、打印过程和后处理。
3D打印技术与应用
3D打印技术与应用3D打印技术，也称为快速成型技术，是一种利用数字模型制造物品的技术。
3D打印技术起源于20世纪80年代的日本，它由传统的造型技术、数控技术、材料科学以及计算机图形学等多种技术交叉而来，是计算机集成制造技术的重要组成部分。
3D打印技术的工作原理大致分为三步，首先是通过计算机软件进行数模建立；然后通过计算机辅助设计软件对数模进行修整、切片、生成切片较形文件；最后将较形文件传输到3D打印机，3D打印机通过成层累积的方式将物体一层一层地构建出来。
3D打印技术的应用范围广泛，可用于产品原型制作、医疗器械、生物制品、建筑、食品等诸多领域。
3D打印技术的应用在产品原型制作方面展现出独特的优势。
传统的产品原型制作需要制作出形状和尺寸与实际产品相同的模具，这不仅需要高超的技术，还需要花费大量的时间和工作人力。
但3D打印技术可以节省这些步骤，只要将产品的数字模型扫描或者从计算机上制作，就可以直接将数字模型传输到3D打印机中进行打印，制作出真实的产品原型。
3D打印技术的优势在于可以在很短时间内进行多样化、个性化的原型设计，这种灵活性是传统工艺无法比拟的。
在医疗器械方面，3D打印技术的应用也逐渐成为新的方向。
医疗产品的制造要求高度的个性化，尤其是人体器官和植入物的制造，需要根据患者的身体数据进行个性化的设计和制造。
比如，3D打印技术可以通过正逆向设计技术，将CT或MRI的医学影像以三维结构输出到计算机软件中，再与3D打印机相结合制造出高精度、个性化的植入物。
这种方法的好处是短时间内可以制造出精度和质量都比传统医疗产品更高的植入物，可以减少再次手术的风险，提高病人治疗的成功率。
生物制品是另一个3D打印技术的应用领域，在传统的生物制品制造中，常常需要利用基因工程与反应工程等手段，进行一系列的技术步骤，才能获得所需的生物制品。
而3D打印技术可以直接根据生物原料进行生物形态结构的制造，不需要进行一系列繁琐的操作，生物制品的生产时间和成本都大大降低。
3d打印的技术原理
3d打印的技术原理3D打印的技术原理引言：近年来，3D打印技术以其独特的制造方式和广泛的应用领域引起了人们的广泛关注。
在这个快速发展的行业中，了解3D打印的技术原理是至关重要的。
一、定义3D打印，又称为增材制造，是一种通过逐层堆积材料来构建物体的制造技术。
与传统的减材制造方式不同，3D打印通过将数字模型切片并逐层打印，最终形成一个完整的物体。
这种制造方式具有灵活性高、成本低、制造周期短等优势，因此被广泛应用于工业制造、医疗、教育等领域。
二、工作原理1. 数字建模3D打印的第一步是进行数字建模。
在计算机辅助设计（CAD）软件中，设计师可以根据需求绘制出三维模型。
这个模型将成为3D 打印的初始文件。
2. 切片处理在数字建模完成后，需要将模型切割成薄薄的层次，每一层都将成为3D打印时的一个打印层。
切片软件可以将三维模型转化为一系列的二维切片图像。
每个切片图像都代表了3D打印时的一层。
这个切片过程也被称为“切片处理”。
3. 打印准备在将切片图像发送到3D打印机之前，还需要进行一些打印准备工作。
这包括选择合适的打印材料、设置打印参数以及调整打印机的工作平台等。
根据不同的打印技术和材料，这些准备工作可能会有所不同。
4. 打印过程一旦准备工作完成，3D打印机就可以开始工作了。
它会根据切片图像的指令，逐层地堆积材料，直到最终形成一个完整的物体。
这个过程可以分为以下几个步骤：（1）材料供给：3D打印机会将所选的打印材料从料盒或者料线中供给到打印头。
（2）材料熔化：打印头会将材料加热到适当的温度，使其熔化或软化。
（3）逐层堆积：打印头会根据切片图像的指令，逐层地将材料堆积在工作平台上。
这个过程可能涉及到移动打印头、旋转工作平台等动作。
（4）冷却固化：每一层的材料堆积完成后，会进行冷却固化，使其变得坚硬稳定。
（5）支撑结构：对于一些复杂的物体，可能需要添加支撑结构来保证打印的稳定性和成功率。
（6）后处理：打印完成后，可能需要进行一些后处理工作，例如去除支撑结构、抛光、喷漆等。
3D打印技术的基本原理和工作流程
3D打印技术的基本原理和工作流程随着科技的不断发展，3D打印技术正在迅速成为制造业、医疗领域、设计界等众多行业的热门话题。
作为一种革命性的制造技术，3D打印技术能够将虚拟设计转化为真实物体，为创新和制造带来了无限的可能性。
本文将介绍3D打印技术的基本原理和工作流程。
首先，让我们来了解一下3D打印技术的基本原理。
3D打印是一种快速成型技术，其基本原理是通过逐层堆叠材料构建3D物体。
与传统的加工技术不同，3D打印技术使用的是可塑性材料，如塑料、树脂等，或者是可熔化的金属。
3D打印技术的关键在于将虚拟设计文件转化为逐层堆叠的物理形态。
主要的3D打印工作流程包括：建模、切片、打印和后处理。
首先，建模是指使用计算机辅助设计（CAD）软件创建物体的3D模型。
设计师可以通过CAD软件按照需求绘制物体的形状和尺寸。
接下来，切片是将3D模型分解为一层层的可打印路径。
切片软件将一个3D模型划分为数以百计的薄层，每一层都对应一次打印的路径。
这些路径将指导3D打印机精确地堆叠材料。
切片完成后，接下来是打印阶段。
3D打印机根据切片软件生成的路径逐层地精确堆叠材料。
3D打印技术有许多不同的工作原理，包括熔融沉积建模（FDM）、光聚合、选择性激光烧结（SLS）等。
其中，FDM是最常用的技术，它通过加热和挤压塑料丝将材料逐层地堆叠起来。
光聚合则是通过逐层光固化液态光敏树脂来形成物体。
最后，完成打印后需要进行后处理。
后处理包括去除支撑结构、表面处理和加工等。
在3D打印过程中，为了支撑新堆叠的层次，常常需要添加支撑结构。
这些支撑结构在打印完成后需要去除。
表面处理可用于平滑和润色打印物体的外观。
加工则是指给打印的物体添加额外的细节或进行精确加工。
除了基本的工作流程，3D打印技术还有一些应用领域和挑战。
3D打印技术已经应用于制造业、医疗、建筑和艺术等领域。
在制造业中，它可以加速原型制作和定制产品的生产。
在医疗领域，3D打印技术可用于生物打印、仿生器官制造和个性化医疗器械的制造。
3D打印技术原理及应用
液态光敏树脂
3D打印的工艺
选择性激光烧结
尼龙、ABS、金属、 陶瓷等粉末
三维粘结打印
陶瓷、金属、 塑料等粉体
4.1 SLA光固化（立体光刻）
采用激光一点点照射光固化液态树脂使之固化的方法成 形，是当前应用最广泛的一种高精度成形工艺。
成型原理：光照 成型材料：光敏树脂 截层厚度：0.04~0.07mm 可控精度：0.1mm 优缺点：表面质量好，精度 较高；应用 小件；需要支撑 结构；材料有污染
具有内部网状结构的钛合金发动机叶片 材料使用量减少70%，选择性激光熔化（SLM）制造时间降低60%
技术难点：（1） 传统制造方法无法成形； （2） 网状结构设计，优化性能。
内容
1 3D打印技术的原理、特点 2 3D打印技术的优点 3 3D打印技术的应用与典型案例 4 典型3D打印技术
5 3D打印技术与行业的前景展望
4.1 光固化快速成形制造技术及其应用
华中科技大学研制的第一代SLA设备
SLA成形的典型零件
4.1 光固化快速成形制造技术及其应用
SLA成形的可装配瓶状模型
4.1 光固化快速成形制造技术及其应用
SLA成形的微小精细结构 零部件成形：约10m，1小时左右
4.2 薄材叠层制作LOM 分层实体制造
先进的设计软件及数字化工具
精密机械
打印设备必须高精度、高稳定性
材料科学
原材料必须能够液化、粉末化、丝化
内容
1 3D打印技术的原理、特点 2 3D打印技术的优点 3 3D打印典型案例与行业发展现状 4 典型3D打印技术
5 3D打印技术与行业的前景展望
2.1 3D打印技术为社会制造提供创新的原动力
3d打印是什么原理
3d打印是什么原理
3D打印是一种快速制造技术，它基于一种称为增材制造的原理。
该技术允许将数字模型转化为实体对象，通过逐层添加材料来构建复杂的三维结构。
3D打印的工作原理可以简单概括为以下几个步骤：
1. 创建数字模型：首先，需要使用计算机辅助设计（CAD）
软件创建或下载所需的3D数字模型。
该模型定义了最终产品
的形状和尺寸。
2. 切片处理：接下来，使用切片软件将3D数字模型切割成薄
而均匀的层次（通常是几十至几百个）。
每一层都将成为打印的一部分。
3. 打印设置：在准备打印之前，操作者需要根据所用打印机的要求设置打印参数，例如打印速度、温度等。
这些参数将对最终打印效果产生影响。
4. 打印过程：一旦设置好参数，打印机会从底层开始逐层制造物体。
它通常使用一种叫做挤出的技术，将软化的材料（如塑料）从喷头挤出，并精确地放置在建造平台上。
每一层完成后，建造平台会向下移动一定距离，以便为下一层的建造创造空间。
5. 结束和后处理：完成打印后，需要等待打印物体冷却和固化。
一旦冷却完毕，就可以从建造平台上取下打印好的物体。
有时候还需要进行一些后处理工作（如清理、抛光等），以获得更
好的表面质量。
总的来说，3D打印利用逐层堆积材料的方法将数字模型转化为实体对象。
这一创新的制造技术已经在许多领域得到广泛应用，包括工业制造、医疗保健、教育等。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
三角形式机身结构 基本特点是机身侧边是一个 三角形，热床一般置于三角 形底部。 X 轴在两个 Z 轴部件 电机构成的平面上活动，而Z 轴则与机身三角形的垂直中 线重合。 Reprap 的分支众多，现在比 较 流 行 的 是 Mendel ， Huxley 和Prusa等几个分支。
机身结构-矩形盒式
3D打印原理、技术与应用
3D打印机硬件系统组成
电机
电源
导轨
丝杆
加热板
喷头
打印机框架
FDM打印机实例
电机选择
电机(Motor),俗称马达。 是指根据电磁感应定律实现电能转换或传递的一种 电磁装置。主要作用是产生驱动转矩，作为各种电 器或机械的动力源。
步进电机 在低速下满转矩，速度增 力矩和速度 加转矩明显下降 直流电机 在速度增大的情况下，转 矩变化很小 伺服电机 几乎线性化的力、速度曲 线
动态特性 （速度和加速度）
小
小
良好的加速度特性，高速
加速的时候固定平率的振 稳定性 动会引发问题，细分控制 可减少此类问题
整个动态范围内平滑、安 静运动
宽动态范围内平稳运动
准确达到目标位置；自然 目标位置 力矩保持位置稳；开环控 制下，如果过载或者超速， 目标位置无法达到
通过闭环控制达到目标位 置（有未知错误纠正功 能）；PID整定不正确的情 况下，纠正位置错误；可 能出现位置超出或持续误 差
丝杆选择的几个重要参数 直径：12、14、16、…80、100、120等。 导程：螺距，每秒移动的距离。 长度：有效行程 精度：精度等级1、2、3、4等 螺母：尽量选双切边法兰单螺母
加热板
加热板(热床):FDM打印机特有的配件。主要作 用是防止ABS或PLA材料在打印过程中的翘曲。
常见热床种类 聚酰亚胺加热片：加热不均匀，容易损坏。 加热棒/铝板：加热不均匀，铝板需要很厚。 PCB热床：加热均匀，工作稳定，不易损坏。
矩形盒式 是目前最为普及的机型。该 类型机器的特点为热床是沿 Z轴移动的，物体固定在热 床上不会有XY轴方向的移动， 所以基本不用担心打印物体 在打印过程中出现位移的情 况。由于喷头只需在XY平面 移动，因此喷头设计时重量 可减轻，从而可以提高打印 式结构 采用了激光 切割技术机身组装，精度可 以跟盒式矩形结构相媲美， 同时继承了三角形结构的简 单特性。其XYZ轴的运动方 式与三角形结构的运动方式 是一致，所以也同时继承了 三角形结构的缺点。矩形杆 式结构的Z轴步进电机放在 机身的底部，由于杆式结构 与工作平台的接触面积较小， 所以将较重的步进电机放在 底部以降低重心。
3D打印机硬件控制系统原理
3D打印机硬件系统示意图
驱动控制系统示意图
3D打印机通用控制芯片简介
对于低成本的桌面普及型FDM 3D打印机设计，我 们 通 常 采 用 Arduino Mega 2560 主 控 板 以 及 RAMPS1.4 扩展板和若干 4988 步进电机驱动板组成 核心驱动控制系统。 RAMPS 连接强大的 Arduino MEGA 平台，并拥有充 足的扩展空间，除了步进电机驱动器接口外，还 提供了大量其他应用电路的扩展接口，是一款更 换零件非常方便，拥有强大的升级能力和扩展模 块化设计的Arduino扩展板。
打印喷头
喷头：打印材料进入打印喷头，通过调节喷头内 的电热调节器和热电偶对黄铜喷嘴进行加热，使 料丝融熔并挤出。
挤出机原理示意图
蓝色区域是冷端，材料在 冷端的时候温度必须低于 80℃，防止材料变软，会 失去下推力。圆圈内所示 区域，为喉管区，这一区 域越短越好，因为这个区 域的料是软的，会影响出 料精度。图中红色区域是 热区。热区要求材料液化 后保持良好的流动性，并 且在喷口尖端让材料尽可 能达到固化点，确保材料 一旦从喷口流出，接触到 空气之后立刻冷却凝固。
更高速度、更小步距、无 后冲。
电源选择
电源通常可以选择12V/200W开关电源。用于提 供12V电压，也可以使用PC机上的ATX电源，但 接线时需要注意。
电源选择标准： 输入电压范围宽，符合全球使用标准。 效率高，工作温度低。 软启动电流、有效降低AC输入冲击。 具有恒压、过压、自动恢复等功能。 体积小、重量轻。 抗干扰性能好。 直流波纹小，工作效率高。 绝缘性能好，抗电强度高。 具有短路、过载、过压保护等功能。
The End
Any Questions？
导轨的选择
光轴导轨：结构简单，易于安装， 行走速度流畅，使用寿命较长，维 修方便。主要缺点为精度略低。
直线导轨：结构略为复杂，安装维 护难度较大。主要优势为精度很高。
丝杆的选择
丝杆：是工具机械和精密机械上最常使用的传 动元件之一，其主要功能是将旋转运动转换成 线性运动，或将扭矩转换成轴向反复作用力， 同时兼具高精度、可逆性和高效率的特点。
步进电机驱动与主控制板连接示意图
3D打印机驱动控制电路接线示意图
3D打印机通用软件控制系统 对于桌面级通用 FDM打印机，有很多第三方 3D打印上位机综合控制软件。在开源社区比较流 行的著名软件的有Repetier-Host和Printrun等。
Printrun软件界面
Repetier软件界面
挤出机结构示意图 喷头热释图
机身结构-三角爪式(Delta) Delta结构是开源3D打印机的一个重要分支，其数学原理通过三角函数将笛卡尔坐标系中X、Y坐 标映射到三台垂直的运动轴上去。这种结构对喷头的重量有较高的要求，而其机械复杂程度要比 传统的直角坐标系结构简单很多。
机身结构-三角形式（Reprap）