3D打印技术4.2 3D打印机的主要构造
3D打印机工作原理
3D打印机工作原理3D打印技术是一种快速原型创造技术，它可以通过逐层堆积材料来创建三维物体。
3D打印机是实现这一技术的关键设备，它利用计算机控制的方式将数字模型转化为实体物体。
本文将详细介绍3D打印机的工作原理，包括打印过程、打印材料、打印技术和应用领域。
1. 打印过程3D打印机的打印过程主要包括以下几个步骤：建模、切片、打印和后处理。
首先，使用计算机辅助设计（CAD）软件创建一个三维模型。
然后，将模型导入到切片软件中，将模型切割成一系列的薄片，每一个薄片的厚度由打印机的分辨率决定。
接下来，将切片后的数据传输到打印机，并根据每一个薄片的信息逐层打印。
最后，完成打印后，需要进行后处理，如去除支撑材料、表面处理等。
2. 打印材料3D打印机可以使用多种材料进行打印，包括塑料、金属、陶瓷等。
其中，最常用的材料是熔融沉积建模（FDM）技术中的热塑性聚合物，如ABS（丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物）和PLA（聚乳酸）。
此外，还有光固化技术中使用的光敏树脂、金属3D打印中使用的钛合金等。
不同的材料具有不同的物理特性和应用领域，选择合适的材料对于打印质量和性能至关重要。
3. 打印技术目前，市场上存在多种不同的3D打印技术，常见的有熔融沉积建模（FDM）、光固化、选择性激光烧结（SLS）、选择性激光熔化（SLM）等。
不同的打印技术采用不同的原理和工艺，适合于不同的材料和应用场景。
例如，FDM技术通过将热塑性聚合物从喷嘴中挤出，并逐层堆积来实现打印；光固化技术则利用紫外线照射光固化树脂，逐层固化形成物体。
4. 应用领域3D打印技术已经在多个领域得到广泛应用。
在创造业中，它可以用于快速原型制作、定制化生产和小批量生产。
在医疗领域，3D打印技术可以用于制作人体器官模型、医疗器械和假肢等。
在建造领域，3D打印技术可以用于建造模型、建造构件和建造装饰等。
在教育领域，3D打印技术可以用于教学模型和实验装置的制作。
此外，还有汽车创造、航空航天、艺术设计等领域也在逐渐应用3D打印技术。
3d打印机的分类与工作原理
3d打印机的分类与工作原理3D打印机是一种可以将数字模型转化为实体物体的设备。
它使用一种层叠制造的方法，通过逐层堆叠材料来构建物体。
3D打印机的工作原理和分类是人们关注的重点。
本文将从这两个方面进行详细介绍。
一、工作原理3D打印机的工作原理可以简单概括为：将数字模型切割成层，然后一层一层地将材料添加或固化，最终形成一个完整的物体。
具体来说，3D打印机工作的步骤如下：1.建模：使用计算机辅助设计（CAD）软件创建一个3D模型。
这个模型可以是从头开始设计，也可以是通过扫描现有物体获得。
2.切片：将3D模型切割成一层层的薄片，每一层的厚度可以根据需要进行调整。
3.准备工作：选择合适的打印材料，并将其加载到打印机中。
不同类型的3D打印机使用不同的材料，如塑料、金属、陶瓷等。
4.打印：打印机按照切片得到的信息，一层一层地将材料添加或固化，直到整个模型打印完成。
5.后处理：完成打印后，可能需要进行一些后处理工作，如去除支撑结构、抛光、喷涂等。
二、分类根据不同的工作原理和打印材料的不同，3D打印机可以分为以下几类：1.喷墨式打印机：喷墨式打印机是最常见的3D打印机类型。
它使用喷头喷射液体材料（如光敏树脂）到建造平台上，通过紫外线固化液体材料来逐层构建物体。
这种打印机适用于制作精细的、具有复杂细节的物体。
2.粉末烧结打印机：粉末烧结打印机使用粉末材料（如尼龙、陶瓷）作为打印材料。
它通过喷墨式打印头将粉末粘结在一起，然后使用热或光固化粉末，逐层构建物体。
这种打印机适用于制作复杂的、具有多孔结构的物体。
3.光固化打印机：光固化打印机使用光敏树脂作为打印材料。
它通过激光或DLP（数字光处理）技术，将光敏树脂逐层固化，构建物体。
这种打印机适用于制作高精度、细节丰富的物体。
4.激光烧结打印机：激光烧结打印机使用金属粉末作为打印材料。
它使用激光束将金属粉末烧结在一起，逐层构建物体。
这种打印机适用于制作金属零件和复杂的金属结构。
(2020年整理)3D打印技术介绍.pptx
2、还有的使用一种叫做“熔积成型”的技术，整个流程是在喷头内熔化塑料，然后通过 沉积塑料纤维的方式才形成薄层。
3、还有一些系统使用一种叫做“”的技术，以粉末微粒作为打印介质。粉末微合剂进行固化 。
4、有的则是利用真空中的电子流熔化粉末微粒，当遇到包含孔洞及悬臂这样的复杂结 构时，介质中就需要加入或其他物质以提供支撑或用来占据空间。这部分粉末不会被熔铸 ， 最后只需用水或气流冲洗掉支 撑物便可形成孔隙。
3、三维粉末粘接（Three Dimensional Printing and Gluing,3DP）
3DP 技术由美国麻省理工大学开发成功，原料使用粉末材料，如陶瓷粉末、金属粉末、 塑料粉末等，3DP 技术工作原理是，先铺一层粉末，然后使用喷嘴将粘合剂喷在需要成型 的区域，让材料粉末粘接，形成零件截面，然后不断重复铺粉、喷涂、粘接的过程，层层叠 加，获得最终打印出来的零件。
在技术中，FDM 的机械结构最简单，也最容易，制造、维护成本和材料成本也最低， 因此也是在家用的桌面级 3D 中使用得最多的技术，而工业级 FDM 机器，主要以 Stratasys 公司产品为代表。
FDM 技术的桌面级主要以ABS 和 PLA 为材料，ABS 强度较高，但是有毒性，制作时 臭味严重，必须拥有良好通风环境，此外热收缩性较大，影响成品精度；PLA 是一种生物 可分解塑料，无毒性，环保，制作时几乎无味，成品形变也较小，所以国外主流桌面级 3D 打印机均以转为使用PLA 作为材料。
3D打印机的原理和分类
3D打印机的原理和分类3D打印技术是近年来出现的一种革命性的生产制造技术，它让我们不再需要等待数天、数周或是数月才能得到生产出物品的等待时间。
同时，3D打印技术让我们不再受到仅能制造简单物品的限制，我们能够通过简单的数码模型，创造出更为复杂、更为精细的物品。
那么，究竟3D打印机是如何实现这样的魔法呢？今天，我们就一起来探讨一下3D打印机的原理和分类。
一、3D打印机的原理3D打印技术的实现基础是计算机辅助设计（CAD）与计算机辅助制造（CAM）技术。
CAD软件可以将设计好的物品模型转化为可被3D打印机所接受的数字化文件，并定义物品的外形、大小等参数。
CAM则用于将数字化文件导入到3D打印机，实现对打印机的控制。
在3D打印机中，可以使用多种不同的打印材料，如ABS塑料、聚酯树脂、尼龙、生物材料等。
3D打印机使用的材料需要依据打印对象的需要进行选择。
一般来说，打印材料会被加热至熔化状态，喷涂到打印平台上，然后在该位置固化，以生成一层新的材料。
3D打印机将材料分成了三个部分：X、Y和Z轴。
X和Y轴控制打印平台的位置，而Z轴则控制打印头移动并控制材料喷涂的高度。
这些部分被设计为能够自动地移动和调整位置，以生成所需形状。
二、3D打印机的分类1. FDM打印机FDM（熔融沉积制造）打印机是3D打印机中最常见的一种。
它透过将塑料线材加热到熔点并挤压出来塑形，其工作原理类似于热熔胶枪。
FDM打印机以其较低的成本和可靠的性能而广受欢迎。
2. DLP打印机DLP（数字光处理）打印机是另一种常见的3D打印机类型。
它使用光束，在液态光敏树脂（SLA打印技术）或其它光敏材料之上照射出所需的图案以实现固化。
与其他打印机不同，DLP打印机可以更精准地打印出细节极其精细的物品，其打印的物品表面质感更具美感和精细度。
3. SLS打印机SLS（选择性激光熔化）打印机则较为高端一些，因为它们使用粉末状材料（例如尼龙粉）和激光器来制造所需物品。
3D打印机工作原理
3D打印机工作原理3D打印技术是一种将数字模型转化为实体物体的先进制造技术。
3D打印机是实现这一技术的关键设备，它能够根据数字模型逐层堆积材料，最终构建出具有复杂形状的实体物体。
本文将详细介绍3D打印机的工作原理，包括硬件组成、软件控制和材料选择等方面。
一、硬件组成1. 打印头：3D打印机的核心部件，负责将材料逐层喷射或堆积。
2. 控制系统：包括主控板、电源、驱动器等，用于控制打印头的运动和材料的供给。
3. 运动系统：由电机、导轨和传动装置组成，用于控制打印头在三维空间内的移动。
4. 材料供给系统：负责将材料输送至打印头，通常包括喷嘴、挤出机和材料槽等。
5. 加热系统：用于加热打印头和材料，以确保材料能够流动和固化。
二、工作流程1. 准备阶段：首先，需要准备一个数字模型，可以通过计算机辅助设计软件（CAD）创建或从互联网上下载。
然后，使用切片软件将数字模型切分为一层层的薄片，生成G代码，用于控制打印机的运动和材料的喷射。
2. 打印阶段：将切片好的文件传输到3D打印机，然后启动打印机。
打印机根据G代码控制打印头的运动和材料的喷射。
打印头根据需要的形状和结构，在每一层上逐渐堆积材料，直到构建出完整的物体。
3. 后处理阶段：打印完成后，需要进行一些后处理操作，如去除支撑材料、清洁表面、进行表面处理等。
这样才能得到最终的成品。
三、材料选择3D打印技术可以使用多种材料进行打印，包括塑料、金属、陶瓷等。
常用的塑料材料有ABS、PLA等，金属材料有钛合金、不锈钢等，陶瓷材料有陶瓷粉末等。
每种材料都有其特定的打印要求和应用领域。
四、应用领域3D打印技术在各个领域都有广泛的应用。
在制造业中，可以用于快速原型制作、定制化生产和小批量生产。
在医疗领域，可以用于生物打印、义肢定制和医疗器械制造。
在建筑领域，可以用于建筑模型制作和建筑构件制造。
在艺术设计领域，可以用于艺术品制作和创意设计等。
总结：3D打印机是一种能够将数字模型转化为实体物体的先进制造设备。
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创造技术，它可以根据设计的模型将数字化的三维物体逐层打印出来。
这种技术被广泛应用于各个领域，包括工业创造、医疗、建造等。
本文将详细介绍3D打印机的工作原理。
一、3D打印机的基本原理3D打印机的基本原理是逐层堆积。
它利用计算机辅助设计（CAD）软件将数字化的三维模型分割成一系列的薄片，然后通过控制系统将这些薄片逐层打印出来，最终形成一个完整的物体。
这个过程主要包括以下几个步骤：1. 设计模型：首先，使用CAD软件设计出所需的三维模型。
这个模型可以是任何形状和大小的物体，可以是由几何图形组成的简单模型，也可以是由复杂曲面组成的复杂模型。
2. 分割模型：将设计好的模型分割成一系列的薄片，每一个薄片的厚度可以根据需要进行调整。
这个过程可以使用专门的切片软件完成，它将模型分割成一系列的二维图象，每一个图象代表一个薄片。
3. 打印薄片：将切片软件生成的图象传输给3D打印机的控制系统。
控制系统通过控制打印头的挪移和喷嘴的喷射来逐层打印出每一个薄片。
打印材料可以是塑料、金属、陶瓷等，根据不同的材料选择不同的打印技术。
4. 层层堆积：每打印完一层薄片，打印床会向下挪移一定距离，然后打印头继续打印下一层薄片。
这个过程循环进行，直到打印完所有的薄片，最终形成一个完整的物体。
二、3D打印机的打印技术3D打印机的打印技术有多种，常见的有以下几种：1. 喷墨打印技术：这种技术使用类似于喷墨打印机的打印头，将打印材料喷射到打印床上。
喷墨打印技术适合于打印塑料等材料，打印速度较快，但精度相对较低。
2. 光固化技术：这种技术使用紫外线或者其他光源照射特殊的光敏材料，使其固化成固体。
光固化技术适合于打印精细结构和复杂曲面的物体，打印精度较高。
3. 熔融沉积技术：这种技术使用熔融的打印材料，通过喷嘴将材料逐层堆积在打印床上。
熔融沉积技术适合于打印金属等材料，打印速度较慢，但强度较高。
4. 粉末烧结技术：这种技术使用粉末材料，通过喷嘴将粉末逐层喷射到打印床上，然后使用激光或者其他热源烧结粉末，使其粘结在一起。
《智能制造加工技术》第4章 3D打印技术
1981年，H. Kodama首先提出了一套功能感光聚合物快速成型系统， 应用了三种不同的方法制作叠层。
快速成型技术制作的原型（模型）可用于新产品的外观评估、装 配检验及功能检验等，作为样件可直接替代机加工或者其他成形工艺制造 的单件或小批量的产品，也可用于硅橡胶模具的母模或熔模铸造的消失型 等，从而批量地翻制塑料及金属零件。
❖ 快速原型的优势
与传统的实现上述用途的方法相比，其显著优势是：制造周期大 大缩短（由几周、几个月缩短为若干个小时），成本大大降低。尤其是 衍生出来的后续的基于快速原型的快速模具制造技术进一步发挥了快速 成型制造技术的优越性，可在短期内迅速推出满足用户需求的一定批量 的产品，大幅度降低了新产品开发研制的成本和投资风险，缩短了新产 品研制和投放市场的周期，在小批量、多品种、改型快的现代制造模式 下具有强劲的发展势头。
此外，香港大学、香港中文大学、香港科技大学、香港理工大学、南京航空 航天大学、浙江大学、中北大学等也开展了有关设备、材料和工艺的研究；香港 快速原型科技中心、深圳生产力促进中心、天津生产力促进中心等为普及和推广 快速成型技术进行了卓有成效的工作。
❖ 快速成型过程
快速成型离散和叠加过程
快速成型技术的制造方式是基 于离散堆积原理的累加式成型， 从成型原理上提出了一种全新 的思维模式，即将计算机上设 计的零件三维模型，通过特定 的数据格式存储转换并由专用 软件对其进行分层处理，得到 各层截面的二维轮廓信息，按 照这些轮廓信息自动生成加工 路径，在控制系统的控制下， 选择性地固化光敏树脂或烧结 粉状材料或切割一层层的成型 材料，形成各个截面轮廓薄片， 并逐步顺序叠加成三维实体， 然后进行实体的后处理，形成 原型或零件，如图所示。
3D打印机主要结构组成部件介绍
3d打印机主要结构组成部件介绍
3d打印机在整个系统中,主要系统是通过机械、控制及计算机技术等为一体的机电一体化系统;主要部件有：X-Y-Z 运动系统、喷头结构、数控模块、成型环境模块等组成;
X-Y-Z 运动是3D打印机进行三维制件的基本条件;X-Y 轴组成平面扫描运动框架,由伺服电机驱动控制喷头的扫描运动;Z 轴由伺服电机驱动控制工作台做垂直于X-Y 平面的运动;扫描机构具有良好的随动性几乎不受载荷,但运动速度较高,具有运动的惯性;Z 轴应具备一定的承载能力和运动平稳性;因此,在系统中,X 轴机构选用导轨---同步齿形带;Y 轴机构选用光杆---同步齿形带;Z 轴机构选用扭矩力较大的伺服电机驱动装置杆;
1成型工作缸：在缸中完成零件加工,工作缸每次下降的距离即为层厚;零件加工完后,缸升起,以便取出制造好的工件,并为下一次加工做准备;工作缸的升降由伺服电动机通过滚珠丝杆驱动;
2供料工作缸：提供成型与支撑粉末材料;
3余料回收袋：安装在成型机壳内,回收铺粉时多余的粉末材料;
4铺粉辊装置：包括铺粉辊及其驱动系统;其作用是把粉末材料均匀地铺平在工作缸上,并在铺粉的同时把粉料压实;
5喷头：在工作缸内喷射成型时的粘接剂,粘接不同层之间的粉料,是三维打印快速成型的关键部件;
6X-Y-Z三维传动系统：带动喷头小车在X,Y方向做二维平面运动,驱动成型工作缸和供料工作缸在Z轴方向做上下运动;
7机身和机壳：机身和机壳给整个快速成型系统提供机械支撑和所需的工作环境;。
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4.2 3D打印机的主要构造
3D打印机的工作流程及各部件关系 引入新课 交流研讨 明确任务 知识详解 总结拓展
4.2 3D打印机的主要构造
我们以某3D打印机为例来讲3D打印机是怎么工作的
首先使用CAD软件来创建物品，如果你有现成的模型也可以，比如动物模型、 人物、或者微缩建筑等等。然后通过SD卡或者USB优盘把它拷贝到3D打印机中， 进行打印设置后，打印机就可以把它们打印出来。
在陈曾鸿的力邀下，好哥们儿曲畅成为“合伙人”。设计、编程、电路、模拟 电子技术……网络教程中提到的知识他们并不陌生，但真正动起手来，却没那么容 易。“机器组装过程中，教程上只是教你把零件拧在一起，但部件的工作机理和设 计要点很少涉及，如果购买的零件和教程不一致，就只能自己摸索改进了。”曲畅 指着3D打印机的零部件告诉记者，“调试过程也很繁琐，发现问题、修改参数、重 新打印……如此反复了无数次。”
引入新课 交流研讨 明确任务 知识详解 总结拓展
第二步：搭建三轴联动平台
4.2 3D打印机的主要构造
框架组装完成后需要在框架上搭建一个三轴联动的平台，即控制打印头在 X、Y方向（前后、左右）的运动（图4-17），打印台在Z方向的运动，X、 Y轴分别采用两个步进电机驱动。通过光杆的导向作用同步带动支架运动， 进而带动打印头在XY轴的运动。同样，Z轴（上下）也采用步进电机驱动。
2.试着说明3D打印机的工作流程和原理。
微信公众号：华唐集团
4.2 3D打印机的主要构造
2014年，天津大学自动化学院两名大四学生陈曾鸿和曲畅正在宿舍“打印”一 件小摆件，令他们自豪地并不是“打印”出来的作品，而是这台3D打印机。“这是 我俩亲手制作的，总共就花了1000块钱。”陈曾鸿说。
“我特别喜欢机械制作，小学做航模，中学做简易马达，大学又参加了机器人 大赛、智能车比赛……”陈曾鸿说，“一台3D打印机动辄上万元，两个月前，我想 的还只是打工挣钱买。有一天，在网上看见一篇《800元组装一台3D打印机全教程》 的帖子，心想何不发挥专业特长，动手自制呢？”
4.2 3D打印机的主要构造
3
3D打印机的组装
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4.2 3D打印机的主要构造
第一步：制作外部框架结构 FDM型3D打印机的机械部分最为复杂，涉及到的零部件也比较多。要制
作一台完整的FDM型3D打印机，简单来说，首先要制作3D打印机的外部 基本框架结构，在此框架上才能安装搭建其他的零部件。
引入新课 交流研讨 明确任务 知识详解 总结拓展
4.2 3D打印机的主要构造
1
3D打印机的体系结构
引入新课 交流研讨 明确任务 知识详解 总结拓展
4.2 3D打印机的主要构造
底层控制包括嵌入式微控制 器、主板、步进电机、电机 驱动器、限位开关、热塑材 料挤出机、打印平控制
上位机主要运行三维设计软件、切 片软件、打印控制软件等
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4.2 3D打印机的主要构造
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4.2 3D打印机的主要构造
2
3D打印机的工作流程及各部件关系
引入新课 交流研讨 明确任务 知识详解 总结拓展
4.2 3D打印机的主要构造
课 前
1.你知道3D打印机的基本构造吗？
讨
2.你认为基本构造中哪个部分是最重要的？
论
3.你认为不同种类的3D打印机的主要构造相同吗？区
别在哪里？
时间：8分钟
引入新课 交流研讨 明确任务 知识详解 总结拓展
本节学习目标
4.2 3D打印机的主要构造
了解3D打印机的基本体系结构 熟悉3D打印机的工作流程 熟悉3D打印机的组装，并能尝试组装一台 3D打印机
加热溶化后的塑料丝由喷嘴挤到打印台上，为了减少塑料因温度骤减而发 生翘边和收缩不良的现象，将打印台做成加热床（图4-19），床内有热敏 电阻与电路板相连，来控制加热床的温度。
引入新课 交流研讨 明确任务 知识详解 总结拓展
& 课堂讨论 （时间：10分钟）
4.2 3D打印机的主要构造
1.在了解了3D打印的结构之后，讨论一下你认识的3D打印机的主要包含了哪些结构？ 试着说一说你们学校的3D打印机的构造。
一番“磨难”之后，千元3D打印机终于问世。“第一次只能打印一个简单的正 方体，现在我们已经可以熟练地打印出精巧的摆件、可爱的模型，而且比网络上 ‘秀’的产品更为精致、美观。”两位男生骄傲地说。
引入新课 交流研讨 明确任务 知识详解 总结拓展
4.2 3D打印机的主要构造
引入新课 明确任务 自主学习 交流研讨 全班展示 总结拓展
引入新课 交流研讨 明确任务 知识详解 总结拓展
4.2 3D打印机的主要构造
第三步：安装挤出头、散热片、风扇 对于3D打印机而言，挤出头是其核心的部件。同时在挤出头外加散热片和
风扇，主要是为了降低喉管上部的温度。
引入新课 交流研讨 明确任务 知识详解 总结拓展
第四步：安装加热床
4.2 3D打印机的主要构造
3D打印机的工作原理和传统打印机基本一样，都是由控制组件、机械组件、打 印头、耗材和介质等架构组成的，打印原理是一样的。3D打印机主要是在打印前在 电脑上设计了一个完整的三维立体模型，然后再进行打印输出。
引入新课 交流研讨 明确任务 知识详解 总结拓展
4.2 3D打印机的主要构造
引入新课
交流研讨
3D打印机工作结构分解图 明确任务 知识详解 总结拓展