8.1.1 3D打印实习概述-1在线视频

大家好

今天我们来

讲一下3D打印技术

我叫杜平

今天的课程呢

有以下几部分组成

首先我们来了解一下

3D打印它的基本原理

接下来我们会了解下

3D打印它的发展历史

在这之后呢

我们要详细介绍一下

3D打印各个技术的分类

最后我们是介绍

3D打印在各个行业的应用

首先

我们来了解下3D打印它的原理

在介绍3D打印之前呢

我们首先需要了解一下

其他传统制造工艺

第一种叫等材制造

刚听这名字

大家可能觉得比较陌生

但是我们看这个左上角这副图这是什么呢

月饼月饼是怎么做出来的呢

就是首先我们得有个模具是吧

然后我们加入我们的原材料扣进去

最后就可以做出一个一模一样的

一个形状的月饼

这个就是等材的概念

你放进去多少材料

最后出来的零件跟它是使用相同大小

在工业生产中呢

就是我们右边这幅图就叫铸造

我们有一个模具这个模具呢

它是有空腔的

通过把加热的液态金属浇注以后

通过它的流动性成型以后

最后就可以得到一个

和原始的铸型空腔一模一样

大小的一个零件出来

这个铸造工艺呢

已经历史非常悠久

我们中国从古代开始

就已经青铜器的铸造已经非常发达了

比如说下图展示的这个各种兵器

钱币

还有这种青铜器都是已经做的

非常好了

然后又到了我们

现代生产中

我们的铸造也运用的非常广

比如说

各种金属或者塑料的工业品

都是通过铸造来制作出来的

第二种叫减材制造

顾名思义就是通过各种工具

去切削零件成型

把不需要对方给它去掉

常见的加工

比如说车床和铣床

我们都能看到

是各种工具去切缺零件

然后剩下的这些废屑

就会被丢掉这个工艺呢

它的一个特点就是它的精度比较高

可以做出一些非常复杂的回转体

或者是各种平面曲面的零件

但是一个缺点就是它比较浪费材料是吧

切下来这些铁屑

后边处理起来比较麻烦

接下来我们就介绍我们今天的主角

3D打印

这个工艺它的学名叫增材制造

为什么叫增材呢

因为

它是通过我们把零件

原材料进行层层堆积成型

是怎么做出来的呢

我们看一下下面这两幅动图

就是我们需要把一个复杂的三维零件

首先进行分层切片转化成简单的二维图形

然后把原材料层层堆积

做出我们需要的零件

下面展示的是3D打印可以做的

这些不同形状的这些零件

我们后面会具体介绍

使用哪种工艺可以做出来

下面我们了解下3D打印技术

它的工艺流程简单来说

是有三部分组成前处理

制造过程和后处理

前处理的话就是我们需要有一个

三维模型数字模型

这个就可以通过各种建模软件

去把它做出来

也可以通过三维逆向扫描来得到

得到的这个模型

最后我们都要统一转换成STL这种格式

三角面片格式

是3D打印的一种通用的文件

做好以后呢

我们就需要在软件里对它进行分层切片

这是非常重要的一个环节

这就跟我们日常

家里做饭一样

我们切土豆片是吧

右图展示的

把一个零件通在高度方向

按一定的厚度切成一层一层的小薄片

切片完毕后

我们就可以上传到打印机

转化成数控电机的数控代码

驱动电机和喷头进行层层堆积成型

右下角展示的这个动图呢

就是我们这个零件在软件里模拟

也是它的这个一层层堆积成型的这个过程

打印完成以后呢

我们还需要进行一些后处理

比如说把不需要的这些辅助的部分

要给它去除

然后表面呢

如果有一些粗糙的地方

我们可以借鉴一些表面强化打磨

抛光

最后就可以得到我们需要的零件

那么我们接下来总结一下3D打印技术

它的有哪些特点

首先

第一个是数字化制造

由于我们导入的是一个数字模型

它可以实现精确的零件复制

而且它可以非常适合进行

通过远程异地打印

第二降维制造

我们通过对零件进行分层切片

可以把非常复杂的零件

转化成一个简单的二维图形的叠加

可以制作非常复杂的形状

第三是个性化定制

我们的原始的文件

都是通过三维建模软件设计制作出来的

这时候我们就可以在上面添加一些

个人用户专属的元素

提高用户体验

第四直接制造

我们3D打印可以做一些

非常复杂的拼接界

直接一次成型

不需要后期的组装

第五快速制造

由于我们3D打印是通过

电脑上设计的数字模型直接到打印机

省去了中间很多的环节

比如说各种模具

工装

夹具

刀具可以大大缩短产品的开发周期

接下来我们来了解一下

这个3D打印技术的历史

这个技术呢

最早是在1984年由美国人查尔斯豪

他最先提出

他提出的第一个工艺叫立体光刻工

SLA是基于数值的

然后接下来

在1988年另外一位美国人

scottcrump

他提出的这个叫是我们目前使用最普遍的

熔融沉积工艺FDM

然后呢

接下来3D打印工艺

以及它的发展速度非常快

各种新的工艺不断涌现

这里值得一提的是

在2007年

一位英国Adrian博士

他推出的这个开源3D打印机的项目

非常受欢迎

为什么呢

他就是把我们这个最常用的这个

熔融沉积工艺

通过

把它的硬件和软件全部开元

用户就可以自己来制作一台3D打印机

这个极大地促进了我们3D打印

在普通大众的普及

这里还可以值得提的一点

是我们清华的一个创业团队紫晶立方

他们就是利用这套工艺

自己制作的创业团队做的这个3D打印机

然后他们的一款产品在网上卖得非常火爆

就是这样一个月球灯

整体打印出来非常漂亮

介绍完历史以后

我们接下来具体来了解一下

3D打印它的各种工艺的分类

按照材料的种类和成型的方法

我们大致可以分为三大类

第一类叫挤出熔融成型

就是通过加热融化

使塑料

这一类材料进行成型

熔融沉积就属于它的这种

第二大类叫光聚合成型

顾名思义就是通过紫外线照射

光敏树脂使它固化成型

第三大类叫粉末成型就是原材料

是粉末一类原材料

然后我们通过各种能源能量的手段

使它熔化堆积成型

接下来我们来具体了解下

熔融沉积工艺

是目前我们使用最普遍的一种工艺

它的英文全称

@

基本原理就是通过加热

将丝状的材料熔化

然后通过喷头挤出堆积成型

它的原材料一般是塑料或是石蜡

这一类材料

它的特点呢

就是它的使用和结构非常简单

成本比较低

制造速度比较快

但是它也有一些缺陷

比如说它的加工精度比较低

表面质量要稍微差一些

需要进行一些后处理

然后还有一个特点

就是它的悬空的部分

必须要添加一个支撑

因为我们融化的塑料

它在空中是没有办法悬停的

所以必须需要添加一个支撑

从底部底座把它支撑起来

然后这工艺呢

我们常见的使用的塑料工程塑料

常见的材料ABSPLA

这是最常用的两种

ABS它的强度比较高

但是不太容易降解

PLA的话是新开发出来的一种材料

它是利用植物的淀粉提取出来制作而成

是比较容易降解的

更环保一些

下面是我最近开发出来的一些新型的材料

比如说一些类似硅胶要能柔性的树脂

或者是添加一些木制或金属质感的材料

接下来我们介绍第二大类叫光聚合成型

它的基本原理就是通过紫外线照射

固化液态光敏树脂

这里具体分为三类

第一类叫立体光刻SLA

它的原理就是通过聚集到激光束

它去直接照射这个液态树脂扫描成型

它的精度会比较高

但是是逐点扫描成型的

所以它速度要稍微要慢些

可以通过右边这幅动画来了解下

第二类叫数字光处理DLP

这个的特点

那就是它的光源是一个投影仪

投影仪的话

一次可以打出一个切片

整个一层的图案

所以它的成型速度就会很快

右边展示是这个美国卡本公司

他们最新的这个工艺可以连续拉伸车间

所以速度会快很多

第三类叫聚合物喷射

POIYJet

这供应的特点呢

就是它是通过和喷墨打印机类似

通过非常密集的喷头

将液态树脂喷射成型

代表的工艺就是像美国statasys

这个可以做出一些非常复杂的零件出来

速度也很快

第三大类叫粉末成型

顾名思义就是原材料是粉末

只是通过不同的手段来将粉末加热熔化成型

第一类

里边的第一种叫选择性激光烧结SLS

就是@

它的原理就是通过激光束

单点去直接将低熔点的材料进行熔化成型

一般是石膏或尼龙一类的低熔点材料

第二类是它的一种改进型工艺

叫选择性激光熔融

最后一个M代表是@

这个工艺呢

是专门针对高熔点的金属一类的粉末材料

我们可以通过高能量的激光

直接将金属粉末熔化成型

可以制作出一些

性能非常好的金属零件

代表公司德国US

他们做的这个设备可以打印出

不锈钢铝合金和钛合金

直接成型

第三类叫三维印刷@

顾名思义就是通过喷头喷射粘结剂

将石膏一类的粉末连接成型

这供应的一个特点呢

就是它喷头在喷射粉末的时候

同时可以喷出彩色的墨水

所以就可以一次打印出一个

彩色的零件出来

像我们右边展示的这样一个

减速箱的这个模型就是一次打印出来了

最后给大家介绍的这个工艺

是目前比较新的

美国惠普公司最近推出来的

叫多射流熔融@

这工艺的一个特点呢

就是和喷墨打印机也比较类似

它的喷头喷射出来的是一种特殊的助熔剂

和清洗剂

有这个墨水的地方呢

它的零件通过灯照加热

就可以使它融化

然后冷却成型

然后它的这个加工速度也非常快

是一次打印一个面

只需要十一秒

所以它的效率也非常高

原材料使用的是尼龙粉末

工业级的尼龙

所以强度也非常好

非常有前景的一个工艺