第六章 三维打印快速成型工艺
合集下载
3D打印机快速成型技术
3D 打印机输出的复杂结构模型
3D 打印机制作的自行车
已经在市场上销售的 3D 打印机
二、3D 打印行业概述
3D 打印是一场制造技术的革命，是中国制造业升级的重要一环 3D 打印技术经过 20 余 年的发展，在全球范围内已经形成了一个规模 16.8 亿美元的新兴产业，并以年均 20-30% 的速度高速成长，预计到 2015 年市场规模可达 38 亿美元。目前中国制造业的 3D 打印使用 密度仅有美国的约 20%。作为一种全球最前沿的制造技术，3D 打印将是中国制造业升级的 重要一环，国内 3D 打印产业化的空间巨大。
产业化平台 中航重机、南风股份 滨湖机电 西安恒通 北京殷华 n.a. 北京隆源 n.a.
国内主流 3D 打印技术研发中心及产业化平台一览
在技术引入方面，英国伯明翰大学教授、澳大利亚国家轻合金研究中心主任吴鑫华教授 等国际快速成型专家近年来也开始与国内企业展开技术合作，加速了国内激光成型产业的成 熟。 在科研成果转化方面，国内几家科研机构也相继迈出了产业化的脚步。依托于华中科 大的滨湖机电以及背靠华南理工的北京隆源已经形成了千万年产值的规模，累计销售 SLS 双双突破 200+台，客户遍布汽车、发动机、航天、船舶、泵业、机械、医疗等行业，包括 东风汽车、凯泉泵业、山河智能、玉柴等诸多知名企业。北航团队产业化的突破口在于下游 大型铸锻件的加工制造，在 2010 年和 2012 年分别与中航重机、南风股份合作成立子公司， 依靠两个合作伙伴在军工航天、核电火电行业的优势资源锁定未来需求。两家公司对合作项 目投入均较大，分别规划在 2015 年前达到 5 亿元的体量。 国产快速成型技术已经走出实
造型展示件、翻模用件
Zprinter（三维喷绘打印） 低
第6章 三维印刷成型工艺及材料
美国Z Corporation公司于1995年获得MIT的许可 ，自1997年以来陆续推出了一系列3DP打印机，后 来该公司被3D Systems收购。
Nantong Institute of Technology
6.1 概述
国内外广泛关注： 三维印刷成型零件的性能 三维印刷成型打印材料 三维印刷成型粘结剂 三维印刷成型设备
Nantong Institute of Technology
6.2 成型原理及工艺
6.2.1 成型原理
工艺原理：喷头在计算机控制下，按 照截面轮廓的信息，在铺好的一层粉 末材料上，有选择性地喷射粘结剂， 使部分粉末粘结，形成截面层。一层 完成后，工作台再下降一个层厚，铺 粉，喷射粘结剂，进行下一层的粘结， 如此循环形成产品原型。用粘结剂粘 结的原型件强度较低，要置于加热炉 中，作进一步的固化或烧结。
图6-5 液滴喷射分类
Nantong Institute of Technology
6.3 成型系统
6.3.1 喷墨系统 ，液滴发生器中振荡器发出振动信号，产生的扰 动使射流断裂并生成均匀的液滴；液滴在极化电场获得定量的电荷，当通过 外加偏转电场时，液滴落下的轨迹被精确控制，液滴沉积在预定位置。而不 带电的墨滴将积于集液槽内回收。
工业级覆膜砂3DP打印机快速 成型产品
Nantong Institute of Technology
6.2 成型原理及工艺
6.2.3 工艺特点
缺点： （1）精度和表面质量较差 （2）原型件强度低 （3）原材料成本高
近100万元
Nantong Institute of Technology
6.3 成型系统
6.1 概述
1989年，麻省理工学院（MIT）的Emanual Sachs 申请了3DP专利。
Nantong Institute of Technology
6.1 概述
国内外广泛关注： 三维印刷成型零件的性能 三维印刷成型打印材料 三维印刷成型粘结剂 三维印刷成型设备
Nantong Institute of Technology
6.2 成型原理及工艺
6.2.1 成型原理
工艺原理：喷头在计算机控制下，按 照截面轮廓的信息，在铺好的一层粉 末材料上，有选择性地喷射粘结剂， 使部分粉末粘结，形成截面层。一层 完成后，工作台再下降一个层厚，铺 粉，喷射粘结剂，进行下一层的粘结， 如此循环形成产品原型。用粘结剂粘 结的原型件强度较低，要置于加热炉 中，作进一步的固化或烧结。
图6-5 液滴喷射分类
Nantong Institute of Technology
6.3 成型系统
6.3.1 喷墨系统 ，液滴发生器中振荡器发出振动信号，产生的扰 动使射流断裂并生成均匀的液滴；液滴在极化电场获得定量的电荷，当通过 外加偏转电场时，液滴落下的轨迹被精确控制，液滴沉积在预定位置。而不 带电的墨滴将积于集液槽内回收。
工业级覆膜砂3DP打印机快速 成型产品
Nantong Institute of Technology
6.2 成型原理及工艺
6.2.3 工艺特点
缺点： （1）精度和表面质量较差 （2）原型件强度低 （3）原材料成本高
近100万元
Nantong Institute of Technology
6.3 成型系统
6.1 概述
1989年，麻省理工学院（MIT）的Emanual Sachs 申请了3DP专利。
3D打印快速成型 ppt课件
行业需要设备和软件的开源，在统一的标准下产生更多有用、高 效、开放的创新。
原型机实验室 原型机打印并不受到重视，所以现在很多医疗器械商都是在一个
脏乱、布满灰尘的地方放置打印设备。其实，现在已经有商业化 运营的3D 打印实验室，来帮助这些企业打印出质量更高的原型机。
ppt课件
14
Thanks for your listening.
ppt课件
3
简介
3D打印（3DP)即快速成型技术的一种，它是一种以 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。
3D打印通常是采用数字技术材料打印 机来实现的。常在模具制造、工业设计 等领域被用于制造模型，后逐渐用于一 些产品的直接制造，已经有使用这种技 术打印而成的零部件。该技术在珠宝、 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。
3D 打印快速成型
ppt课件
1
technology
接下来 我们一起了解3D打印
ppt课件
2
3D打印的历史
3D打印技术出现在20世纪90年代中期，实际上是利用光固化和纸层叠等技术的最新快速成型装
置。它与普通打印工作原理基本相同，打印机内装有液体或粉末等“打印材料”，与电脑连接
后，通过电脑控制把“打印材料”一层层叠加起来，最终把计算机上的蓝图变成实物。这打印 技术称为3D打印。 1986年，Charles Hull开发了第一台商业3D印刷机。 1993年，麻省理工学院获3D印刷技术专利。 1995年，美国ZCorp公司从麻省理工学院获得唯一授权并开始开发3D打印机。 2005年，市场上首个高清晰彩色3D打印机Spectrum Z510由ZCorp公司研制成功。 2010年11月，世界上第一辆由3D打印机打印而成的汽车Urbee问世。 2011年6月6日，发布了全球第一款3D打印的比基尼。 2011年7月，英国研究人员开发出世界上第一台3D巧克力打印机。 2011年8月，南安普敦大学的工程师们开发出世界上第一架3D打印的飞机。 2012年11月，苏格兰科学家利用人体细胞首次用3D打印机打印出人造肝脏组织。[4] 2013年10月，全球首次成功拍卖一款名为“ONO之神”的3D打印艺术品。 2013年11月，美国德克萨斯州奥斯汀的3D打印公司“固体概念”(SolidConcepts)设计制造 出3D打印金属手枪。
原型机实验室 原型机打印并不受到重视，所以现在很多医疗器械商都是在一个
脏乱、布满灰尘的地方放置打印设备。其实，现在已经有商业化 运营的3D 打印实验室，来帮助这些企业打印出质量更高的原型机。
ppt课件
14
Thanks for your listening.
ppt课件
3
简介
3D打印（3DP)即快速成型技术的一种，它是一种以 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。
3D打印通常是采用数字技术材料打印 机来实现的。常在模具制造、工业设计 等领域被用于制造模型，后逐渐用于一 些产品的直接制造，已经有使用这种技 术打印而成的零部件。该技术在珠宝、 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。
3D 打印快速成型
ppt课件
1
technology
接下来 我们一起了解3D打印
ppt课件
2
3D打印的历史
3D打印技术出现在20世纪90年代中期，实际上是利用光固化和纸层叠等技术的最新快速成型装
置。它与普通打印工作原理基本相同，打印机内装有液体或粉末等“打印材料”，与电脑连接
后，通过电脑控制把“打印材料”一层层叠加起来，最终把计算机上的蓝图变成实物。这打印 技术称为3D打印。 1986年，Charles Hull开发了第一台商业3D印刷机。 1993年，麻省理工学院获3D印刷技术专利。 1995年，美国ZCorp公司从麻省理工学院获得唯一授权并开始开发3D打印机。 2005年，市场上首个高清晰彩色3D打印机Spectrum Z510由ZCorp公司研制成功。 2010年11月，世界上第一辆由3D打印机打印而成的汽车Urbee问世。 2011年6月6日，发布了全球第一款3D打印的比基尼。 2011年7月，英国研究人员开发出世界上第一台3D巧克力打印机。 2011年8月，南安普敦大学的工程师们开发出世界上第一架3D打印的飞机。 2012年11月，苏格兰科学家利用人体细胞首次用3D打印机打印出人造肝脏组织。[4] 2013年10月，全球首次成功拍卖一款名为“ONO之神”的3D打印艺术品。 2013年11月，美国德克萨斯州奥斯汀的3D打印公司“固体概念”(SolidConcepts)设计制造 出3D打印金属手枪。
3D打印期末知识点
3D打印期末知识点第⼀章概论1、 3D打印技术是增材制造技术的简称，其加⼯原理是什么？基于平⾯离散与堆积原理的成形⽅法。
获得实体的三维CAD模型数据进⾏平⾯分层离散化，然后利⽤专有的CAM制造系统将离散材料逐层累加原理制造实体零件的数字化制造技术。
2、 3D打印主要有哪些⽅法，各种主要⽅法的英⽂及缩写是什么？①采⽤光敏树脂材料通过激光照射逐层固化⽽成型的光固化成型法（SLA）②采⽤纸材等薄层材料通过逐层粘结和激光切割⽽成型的叠层实体制造法（LOM）③采⽤粉状材料通过激光选择性烧结逐层固化⽽成型的选择性激光烧结法（SLS）④采⽤熔融材料加热熔化挤压喷射冷却⽽成型的熔融沉积制造法（FDM）⑤喷涂喷墨设备（3DP）3、快速成型是哪些先进技术的集成?新材料、激光应⽤技术、精密伺服驱动技术、计算机技术、数控技术4、快速原型的主要⽤途有哪些?其显著优势是什么？主要⽤途：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。
显著优势：制造周期⼤⼤缩短，成本⼤⼤降低。
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。
5、快速成型技术发展趋势有哪些?⾦属零件的直接快速成型、概念创新与⼯艺改进、数据优化处理及分层⽅式的演变、快速成型设备的专⽤化和⼤型化、开发性能优越的成型材、成型材料系列化、标准化、喷射成型技术的⼴泛应⽤、梯度功能材料的应⽤、组织⼯程材料快速成型、开发新的成型能源、拓展新的应⽤领域、集成化6、快速成型的特点（⾮作业）⾃由成型制造、制造过程快速、添加式和数字化驱动成型⽅式、技术⾼度集成、突出的经济效益、⼴泛的应⽤领域第⼆章光固化快速成型⼯艺1、光固化快速成型加⼯原理。
快速成型技术3D打印
3D打印的应用
Urbee的生产车间是RedEye，世界上第一款3D打 印机摩托车原型也诞生于此。Kor说3D打印的一 个优势是具有其他片状金属材料所不具备的灵活 性和可塑性。传统的汽车制造是生产出各部分然 后再组装到一起，3D打印机能打印出单个的、一 体式的汽车车身，再将其他部件填充进去。据称， 新版本3D汽车需要50个零部件左右，而一辆标准 设计的汽车需要成百上千的零部件。
3D打印的应用
1、3D打印在医学中的应用 科学家们正在利用3D打印机制造诸如皮肤、肌肉和血管片
段等简单的活体组织，很有可能将有一天我们能够制造出 像肾脏、肝脏甚至心脏这样的大型人体器官。如 果生物打 印机能够使用病人自身的干细胞，那么器官移植后的排异 反应将会减少。
3D打印的应用
2、3D打印在工业中的应用 首先3D打印技术可以加工传统方法难以制造的零件。过去
3D打印机
3D打印机
3D打印的缺陷
1、材料的限制 仔细观察你周围的一些物品和设备，你就会发现3D打印的
第一个绊脚石，那就是所需材料的限制。虽然高端工业印 刷可以实现塑料、某些金属或者陶瓷打印，但目前无法实 现打印的材料都是比较昂贵和稀缺的。另外，现在的打印 机也还没有达到成熟的水平，无法支持我们在日常生活中 所接触到的各种各样的材料。 研究者们在多材料打印上已经取得了一定的进展，但 除非这些进展达到成熟并有效，否则材料依然会是3D打印 的一大障碍。
3D打印的缺陷
3、知识产权的忧虑 在过去的几十年里，音乐、电影和电视产业中对知识
产权的关注变得越来越多。3D打印技术毫无疑问也会涉及 到这一问题，因为现实中的很多东西都会得到更加广泛的 传播。人们可以随意复制任何东西，并且数量不限。如何 制定3D打印的法律法规用来保护知识产权，也是我们面临 的问题之一，否则就会出现泛滥的现象。
3D打印快速成型制造原理及操作说明
精品课件
• 不使用激光，维护简单，成本低 • 塑料丝材，清洁，更换容易 • 后期处理简单 • 成型速度较快
FDM的特点
精品课件
熔融挤出成 型(FDM)工艺的材料 一般是热塑性材料， 如蜡、ABS、PC、尼 龙等，以丝状供料。 材料在喷头内被加热 熔化。喷头沿零件截 面轮廓和填充轨迹运 动，同时将熔化的材 料挤出，材料迅速固 化，并与周围的材料 粘结。每一个层片都 是在上一层上堆积而
3. 水平方向的强度高于垂直方向的强度。如果需要保证强度，选择强度 要求高的方向为水平方向。
4. 模型表面有平面时，以平行和垂直于大部分平面的方向摆放。
5. 减少支撑面积，降低支撑高度。避免出现投影面积小，高度高的支撑 面出现。
精品课件
精品课件
建模 加工
载入
精品课件
卸载模型
载入多个模型
精品课件
建模 载入 4.加调工整模型。
精品课件
建模 加工
载入
精品课件
精品课件
建模 加工
载入
精品课件
精品课件
选择N3精细
精品课件
将填充间隔改为3
精品课件
工作台高度为默认值，不要改变
支撑
精品课件
支撑
支撑
精品课件
精品课件
注意：每次加工完，如果不关机，继续新的加工，要恢复就绪状态。
快速成型原理 及PRINT 3D操作说明
精品课件
傅长杰 abound@
快速成型技术简介
快速成型制造技术又叫快速原型制造技术；是指由CAD模 型直接驱动的快速制造任意复杂形状三维物理实体的技术总 称。 英文：RAPID PROTOTYPING，简称RP，
或 RAPID PROTOTYPING MANUFACTUREING，简称 RPM。
• 不使用激光，维护简单，成本低 • 塑料丝材，清洁，更换容易 • 后期处理简单 • 成型速度较快
FDM的特点
精品课件
熔融挤出成 型(FDM)工艺的材料 一般是热塑性材料， 如蜡、ABS、PC、尼 龙等，以丝状供料。 材料在喷头内被加热 熔化。喷头沿零件截 面轮廓和填充轨迹运 动，同时将熔化的材 料挤出，材料迅速固 化，并与周围的材料 粘结。每一个层片都 是在上一层上堆积而
3. 水平方向的强度高于垂直方向的强度。如果需要保证强度，选择强度 要求高的方向为水平方向。
4. 模型表面有平面时，以平行和垂直于大部分平面的方向摆放。
5. 减少支撑面积，降低支撑高度。避免出现投影面积小，高度高的支撑 面出现。
精品课件
精品课件
建模 加工
载入
精品课件
卸载模型
载入多个模型
精品课件
建模 载入 4.加调工整模型。
精品课件
建模 加工
载入
精品课件
精品课件
建模 加工
载入
精品课件
精品课件
选择N3精细
精品课件
将填充间隔改为3
精品课件
工作台高度为默认值，不要改变
支撑
精品课件
支撑
支撑
精品课件
精品课件
注意：每次加工完，如果不关机，继续新的加工，要恢复就绪状态。
快速成型原理 及PRINT 3D操作说明
精品课件
傅长杰 abound@
快速成型技术简介
快速成型制造技术又叫快速原型制造技术；是指由CAD模 型直接驱动的快速制造任意复杂形状三维物理实体的技术总 称。 英文：RAPID PROTOTYPING，简称RP，
或 RAPID PROTOTYPING MANUFACTUREING，简称 RPM。
3D打印与快速成型技术
一、光固化成型的基本原理和特点(SLA) （一）光固化成型的基本原理
光固化成型工艺过程原理图
ξ2 快速成型制造工艺
（二）光固化成型技术的特点 优点：
成型过程自动化程度高
SLA系统非常稳定，加工开始后，成型过程可以完全 自动化，直至原型制作完成。
尺寸精度高
SLA原型的尺寸精度可以达到±0.1mm。
优点
有较高的硬度和较好的机械性能，可进行各种切削加工
无须后固化处理 无须设计和制作支撑结构 废料易剥离
制件尺寸大 原材料价格便宜，原型制作成本 设备可靠性高，寿命
低
长
缺点
不能直接制作塑料工件 工件的抗拉强度和弹性不够好
工件易吸湿膨胀
工件表面有台阶纹
迭层实体制造方法与其他快速原型制造技术相比，具有制 作效率高、速度快、成本低等优点，在我国具有广阔的应用前 景。
(Laminated Object Manufacturing， 简称LOM，直译名为“叠层实体制造”) 。叠层实体制造技术（Laminated Object Manufacturing，LOM）是几种最成熟的快速成型制造技术之一。这种制造方法和设备自1991年问世以 来，得到迅速发展。由于叠层实体制造技术多使用纸材，成本低廉，制件精度高，而且制造出来的木质原型具有 外在的美感性和一些特殊的品质，因此受到了较为广泛的关注，在产品概念设计可视化、造型设计评估、装配 检验、熔模铸造型芯、砂型铸造木模、快速制模母模以及直接制模等方面得到了迅速应用。
去除成型(Dislodge Forming) ——又可分为机械联接、粘接术和焊接 三种方式。材料去除法则有人们所熟知的车、铣、刨、磨等工艺，是目 前制造业重要成型形式。
添加成型(Additive Forming) ——八十年代初一种全新的制造概念被提 了出来。通过添加材料来达到零件设计要求的成型方法，这种新型的零 件生产工艺就成为RP（快速成型）的主要实现手段。
光固化成型工艺过程原理图
ξ2 快速成型制造工艺
（二）光固化成型技术的特点 优点：
成型过程自动化程度高
SLA系统非常稳定，加工开始后，成型过程可以完全 自动化，直至原型制作完成。
尺寸精度高
SLA原型的尺寸精度可以达到±0.1mm。
优点
有较高的硬度和较好的机械性能，可进行各种切削加工
无须后固化处理 无须设计和制作支撑结构 废料易剥离
制件尺寸大 原材料价格便宜，原型制作成本 设备可靠性高，寿命
低
长
缺点
不能直接制作塑料工件 工件的抗拉强度和弹性不够好
工件易吸湿膨胀
工件表面有台阶纹
迭层实体制造方法与其他快速原型制造技术相比，具有制 作效率高、速度快、成本低等优点，在我国具有广阔的应用前 景。
(Laminated Object Manufacturing， 简称LOM，直译名为“叠层实体制造”) 。叠层实体制造技术（Laminated Object Manufacturing，LOM）是几种最成熟的快速成型制造技术之一。这种制造方法和设备自1991年问世以 来，得到迅速发展。由于叠层实体制造技术多使用纸材，成本低廉，制件精度高，而且制造出来的木质原型具有 外在的美感性和一些特殊的品质，因此受到了较为广泛的关注，在产品概念设计可视化、造型设计评估、装配 检验、熔模铸造型芯、砂型铸造木模、快速制模母模以及直接制模等方面得到了迅速应用。
去除成型(Dislodge Forming) ——又可分为机械联接、粘接术和焊接 三种方式。材料去除法则有人们所熟知的车、铣、刨、磨等工艺，是目 前制造业重要成型形式。
添加成型(Additive Forming) ——八十年代初一种全新的制造概念被提 了出来。通过添加材料来达到零件设计要求的成型方法，这种新型的零 件生产工艺就成为RP（快速成型）的主要实现手段。
3D打印快速成型解析
视 频
part 4
3D打印产品欣赏
3D打印产品举例
3D打印的第一把手枪
3D打印的相机
3D打印的汽车
3D矿石打印
已蔗糖为原料3D打印的食物
最后
请欣赏视频
激光烧结技术（PolyJet）
PolyJet 3D 打印与喷墨文件打印类 似。但 PolyJet 3D打印机并非在纸张上 喷射墨滴，而是将液体光聚合物层喷 射到托盘上然后用紫外线将其固化。 一次构建一层，直至创建一个 3D 模型 或原型。可处理和立即使用完全固化 的模型，无需额外进行后续固化。3D 打印机还会将特别设计的凝胶类支撑 材料与所选的模型材料一起喷射，以 支撑悬垂和复杂的几何图形。可用手 和用水轻松将其除去。
科技改变生活——3D快速成型
成型132 李兵 胡喆 潘国 龙勇波 杨洪
2018/10/10
1
是什么
2
为什么
目录
ห้องสมุดไป่ตู้
怎么做
做什么
4
3
part 1
什么是3D快速成型
35秒让你明白什么是3D快速成型技术
3D快速成型技术
3D快速成型技术又称3D打印技术、 三维打印技术，是指通过可以“打印”出 真实物体的3D打印机，采用分层加工、迭 加成形的方式逐层增加材料来生成3D实体 。3D打印技术最突出的优点是无需机械加 工或模具，就能直接从计算机图形数据中 生成任何形状的物体，从而极大地缩短产 品的研制周期，提高生产率和降低生产成 本。
视 频
part 3
3D打印过程原理
1
熔积成型技术
激光烧结技术
2
熔积成型技术（FDM）
使用 FDM 技术的3D 打印机通过将热 塑性材料加热到半液体状态并沿计算器控 制的路线进行挤压逐层构造零件。 FDM 使 用两种材料来执行打印作业：用于构成成 品的建模材料和用作支架的支撑材料。材 料丝从 3D 打印机的材料仓送入在 X 和 Y 坐 标上移动的打印头，沈积材料以在基板下 移至 Z 轴前完成每一层，然后开始新一层 。一旦 3D 打印机完成构建，用户可剥除 支撑材料或用特殊溶液将它溶解，然后即 可使用该零件。
- 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)。
第六章 三维打印快速成型及其他快速成型工艺
1
三维喷涂粘结快速成型工艺
喷墨式三维打印快速成型工艺 三维打印快速成型设备及材料
2
3
4
其他快速成型工艺
第一节 三维喷涂粘结快速成型工艺
1.三维喷涂粘结快速成型工艺的基本原理
粉末材料三维打印粘结（3DP或3DPG-Three Dimensional Printing Gluing）快
图6-1 三维喷涂粘结工艺原理
第一节 三维喷涂粘结快速成型工艺
2. 三维喷涂粘结快速成型工艺的特点
三维喷涂粘结快速成型制造技术在将固态粉末生成三维零件的过程中与传统
方法比较具有很多优点： ◎ 成本低 ◎ 材料广泛 ◎ 成型速度快 ◎ 安全性较好 ◎ 应用范围广
三维喷涂粘结快速成型技术在制造模型时也存在许多缺点，如果使用粉状材料，
第一节 三维喷涂粘结快速成型工艺
⑦ 计算机控制活塞使之下降一定高度(等于片层厚度)。 ⑧ 重复步骤④、⑤、⑥、⑦四步，一层层地将整个零件坯体制作出来。 ⑨ 取出零件坯，去除未粘结的粉末，并将这些粉末回收。 ⑩ 对零件坯进行后续处理，在温控炉中进行焙烧，焙烧温度按要求随时间变化。 后续处理的目的是为了保证零件有足够的机械强度及耐热强度。
图6-12 3D Systems公司的3D Touch三维打印机
第三节 三维打印快速成型设备及材料
ProJet 1000&1500个人打印机及V-Flash 个人打印机具有更高的打 印分辨率和速度、更明亮的色彩及打印的模型耐久性更好，其设备主 要参数如表6-6所示，使用材料为VisiJet FTI，其性能如表6-7所示。
其模型精度和表面粗糙度比较差，零件易变形甚至出现裂纹等，模型强度较低，这 些都是该技术目前需要解决的问题。
第一节 三维喷涂粘结快速成型工艺
3. 三维喷涂粘结快速成型工艺过程
三维喷涂粘结快速成型技术制作模型的过程与SLS工艺过程类似，下面以三维
喷涂粘结快速成型工艺在陶瓷制品中的应用为例，介绍其工艺过程。 ① 利用三维CAD系统完成所需生产的零件的模型设计。
多独特的优点。该项技术是继SLA、LOM、SLS和FDM四种应用最为广泛的快速
成型工艺技术后发展前景最为看好的一项快速成型技术。目前，该项技术由MIT研 究取得成功后已经转让给ExtrudeHone、Soligen、SpecificSurfaceCoporation、TDK
Coporation、Therics以及Z Coporation等6家公司。已经开发出来的部分商品化设备
1. Z Corp公司开发的设备及材料
第三节 三维打印快速成型设备及材料
图6-2 Z Corp公司的Z150设备及其制作的白色模 型 图6-3 Z Corp公司的Z250设备及其制作的彩色模 型
第三节 三维打印快速成型设备及材料
图6-4 Z Corp公司的Z350设备及其制作的白色模型
第三节 三维打印快速成型设备及材料
（4）成型精度
三维喷涂粘结快速成型技术制作的模型的精度由两个方面决定：一是喷涂粘 结时制作的模型坯的精度，二是模型坯经后续处理(焙烧)后的精度。
第六章 三维打印快速成型及其他快速成型工艺
1
三维喷涂粘结快速成型工艺
喷墨式三维打印快速成型工艺 三维打印快速成型设备及材料
2
3
4
其他快速成型工艺
第二节 喷墨式三维打印快速成型工艺
① 易于分散且稳定，可长期储存； ② 不腐蚀喷头； ③ 粘度低，表面张力高； ④ 不易干涸，能延长喷头抗堵塞时间。
第一节 三维喷涂粘结快速成型工艺
（2）基本工艺参数
三维喷涂粘结快速成型的基本工艺参数包括：喷头到粉末层的距离，粉层厚 度，喷射和扫描速度，辊子运动参数，每层间隔时间等。当制件精度及强度要求较 高时，层厚应取较小值。粘结液与粉末空隙体积比即为饱和度，其程度取决于层厚 、喷射量及扫描速度的大小，对制件的性能和质量具有较大影响。喷射与扫描速度 应根据制件精度与质量及时间的要求与层厚等因素综合考虑。
3D Systems公司作为快速成型设备全球最早的设备供应商，一直以来
致力于快速成型技术的研发与技术服务工作，在引领SLA光固化快速成型 技术的同时，也陆续开展了其他快速成型技术的研究，陆续推出SLS设备
及3DP设备等。近期，成功并购Z Corp公司，3DP技术的实力和地位再上
新台阶。面向不同用户的需求，目前推出的3DP设备分为Personal系列与 Professional系列。2009年以来，3D Systems公司推出价格1万美元以下的面 向小客户的Personal 3DP设备。主要型号有Glider、Axis Kit、RapMan、3D Touch、ProJet 1000、ProJet 1500、V-Flash等。
机型有Z Corp公司的Z系列，Objet公司的Eden系列、Connex系列及桌上型3D打印 系统，3D Systems公司开发的Personal Printer系列与Professional系列以及Solidscape 公司（原Sanders Prototype Inc.）的T系列等。
第三节 三维打印快速成型设备及材料
② 设计完成后，在计算机中将模型生成STL文件，并利用专用软件将其切成薄片。
每层的厚度由操作者决定，在需要高精度的区域通常切得很薄。 ③ 计算机将每一层分成矢量数据，用以控制粘结剂喷射头移动的走向和速度。
④ 用专用铺粉装置将陶瓷粉末铺在活塞台面上。
⑤ 用校平鼓将粉末滚平，粉末的厚度应等于计算机切片处理中片层的厚度。 ⑥ 计算机控制的喷射头按步骤③的要求进行扫描喷涂粘结，有粘接剂的部位，陶 瓷粉粘结成实体的陶瓷体，周围无粘结剂的粉末则起支撑粘结层的作用。
图6-5 Z Corp公司的Z650设备及其制作的彩色模型
第三节 三维打印快速成型设备及材料
2. Objet公司开发的设备及材料
第三节 三维打印快速成型设备及材料
a) Connex500
b) Connex350V
图6-8 Objet公司的Objet260型号设备
图6-7 Objet公司的Connex型号设备
第一节 三维喷涂粘结快速成型工艺
以粉末作为成型材料的 3DP的工艺原理如图6-1所示。 首先按照设定的层厚进行铺 粉，随后根据当前叠层的截
面信息，利用喷嘴按指定路
径将液态粘结剂喷在预先铺 好的粉层特定区域，之后工 作台下降一个层厚的距离， 继续进行下一叠层的铺粉， 逐层粘结后去除多余底料便 得到所需形状制件。
像三维喷涂粘结快速成型工艺的建造过程类似于SLS工艺一样，喷墨式三维打
印快速成型工艺的建造过程类似于FDM工艺。喷墨式三维打印快速成型设备的喷 头更像喷墨式打印机的打印头。与喷涂粘结工艺显著不同之处是其累积的叠层不 是通过铺粉后喷射粘结液固化形成的，而是从喷射头直接喷射液态的工程塑料瞬 间凝固而形成薄层。 多喷嘴喷射成型为喷墨式三维打 原材料 印设备的主要成型方式，喷嘴呈线性 分布。喷嘴数量越来越多，打印精度 （分辨率）越来越高，如3D Systems公 司的ProJet6000型设备的特清晰打印模 式（XHD）的打印精度为0.075mm， 层厚为0.05mm。微熔滴直径的大小决 定了其成型的精度或打印分辨率，喷 嘴的数量多少决定了成型效率的高低。
第六章 三维打印快速成型及其他快速成型工艺
1
三维喷涂粘结快速成型工艺
喷墨式三维打印快速成型工艺 三维打印快速成型设备及材料
2
3
4
其他快速成型工艺
第四节 其他快速成型工艺
激光净成型 电子束选区熔化 电子束熔丝层积 细胞三维结构的增材制造成形 金属微滴3D打印成形 ………
速成型工艺是由美国麻省理工学院开发成功的，它的工作过程类似于喷墨打印机 。目前使用的材料多为粉末材料（如陶瓷粉末、金属粉末、塑料粉末等），其工 艺过程与SLS工艺类似，所不同的是材料粉末不是通过激光烧结连接起来的，而 是通过喷头喷涂粘结剂（如硅胶）将零件的截面“印刷”在材料粉末上面。用粘 结剂粘结的零件强度较低，还需后处理。后处理过程主要是先烧掉粘接剂，然后 在高温下渗入金属，使零件致密化以提高强度。
（3）成型速度
三维喷涂粘结快速成型工艺的成型速度受粘结剂喷射量的限制。典型的喷嘴 以1cm3/min的流量喷射粘结剂，若有100个喷嘴，则模型制作速度为200cm3/min。 美国麻省理工学院开发了两种形式的喷射系统:点滴式与连续式。这种多喷嘴的点 滴式系统的成型速度已达每层仅用5s的时间(每层面积为0.5m×0.5m)，而连续式的 则达到每层0.025s的时间。
其中三维打印快速成型技术因其材料较为广泛，设备成本较低且可小型化 到办公室使用等，近年来发展较为迅速。三维打印快速成型工艺之所以称之为打 印成型，是因为该种快速成型工艺是以某种喷头作为成型源，其运动方式与喷墨 打印机的打印头类似，在台面上做X-Y平面运动，所不同的是喷头喷出的不是传 统喷墨打印机的墨水，而是粘结剂、熔融材料或光敏材料等，基于快速成型技术 基本的堆积建造模式，实现原型的快速制作。 依据其使用材料不同及固化方式不同，3DP快速成型技术可分为粉末材料三 维喷涂粘结成型、熔融及材料
第三节 三维打印快速成型设备及材料
第三节 三维打印快速成型设备及材料
第三节 三维打印快速成型设备及材料
图6-14 3D Systems公司的ProJet SD 3000三维打印机
图6-15 3D Systems公司的 ProJet 5000三维打印机
图6-16 3D Systems公司的 ProJet 6000三维打印机
图6-11 3D Systems公司的Gilder三维打印机
第三节 三维打印快速成型设备及材料
3D Touch Printer 增加了触摸屏，型号分为单头、双头和三头等，轮廓尺寸 为600×600×700mm，重量为38kg，价格约为4000美元，适合于家庭、学校教 室及办公室使用。下图为3D Touch Printer的照片。