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3D打印技术概述与应用

目录CONTENT3D打印简介—3D打印发展历史二3D打印原理技术三3D打印分类介绍四3D打印应用领域五

3D打印简介—

3D打印（3DP）即快速成型技术的一种,又称增材制造,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、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。定义1.14

从特点上讲3D打印的层层堆叠方法,具有高度的柔性、高度的定制性,对零件外形的制造难度、制造成本的敏感度非常低。对于一些具有大量曲面,非常难加工的复杂零件,3D打印的优势及其明显。例如下面这样一类几何体,对于传统加工来讲,往往需要5轴以上的昂贵加工中心完成。然而对于3D打印,这类零件与打印一个扳手并无明显区别。特点1.25

3D打印发展历史二

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必威体育精装版快速成型装置。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立体打印技术。美国科学家查克·赫尔（ChuckHull）,在1986年开发了第一台商业3D印刷机。查克·赫尔（ChuckHull）,1939年5月12日出生于美国。3D打印技术的发明者,也是3DSystem公司的联合创始人,执行副总裁,兼首席技术官。第一台商业3D印刷机1.17

Matsubara在纸板层叠技术的基础上首先提出可以尝试使用光固化材料,光敏聚合树脂涂在耐火的颗粒上面,然后这些颗粒被填充到叠层,加热后会生成与叠层对应的板层,光线有选择地投射到这个板层上将指定部分硬化,没有扫描的部分将会使用化学溶剂溶解掉,这样板层将会不断堆积直到最后形成一个立体模型,这样的方法适用于制作传统工艺难以加工的曲面。下图是一张废弃的法国3D打印机的专利图纸。首次采用光敏聚合物1.28

1984年,胡尔发明了SLA立体平板印刷技术(StereoLithographyAppearance),其工作原理是用光来催化光敏树脂,然后成型。后人把胡尔称为“3D打印之父”SLA技术元年1.39

1986年,美国国家科学基金会,赞助Helisys公司研发出LOM分层实体制造技术,其工作原理是把片材切割并粘合成型。同年,胡尔成立了3DSystems公司,这是世界上第一家生产3D打印设备的公司,而它所采用的技术当时被称为“立体光刻”,是基于液态光敏树脂的光聚合原理工作的。之后该公司研发了著名的STL文件格式,将CAD模型进行三角化处理,成为CAD/CAM系统接口文件格式的工业标准之一。LOM技术元年1.410

1988年,美国人斯科特·克鲁普（ScottCrump）发明了FDM熔融沉积成型技术（FusedDepositionModeling）其工作原理是利用高温把材料熔化后再喷出来重新凝固成型。同年,在美国加州大学洛杉矶分校做访问学者的颜永年回国后,建立了清华大学激光快速成形中心,成为中国快速成型技术的先驱。FDM技术元年1.511

1993年,美国麻省理工学院教授伊曼纽尔· 琪（EmanualSaches）发明了3DP技术（Three-DimensionalPrinting）其工作原理是利用粘接剂将金属、陶瓷等粉末,粘结在一起成型。麻省理工学院两年后把这项技术授权给ZCorporation进行商业应用,后来开发出全球第一台彩色3D打印机。同年,中国第一家3D打印公司成立。同年,德国Solingen公司将直接铸造制作商业化。3DP技术元年1.612

1996年,美国3DSystems、Stratasys、ZCorporation等公司各自推出了新一代的快速成型设备,此后快速成型便有了更加通俗的称呼──“3D打印”。美国桑迪亚国家实验室（SandiaNationalLaboratory）发明LENS激光净成型技术（LaserEngineeredNetShaping）,LENS技术也叫LMD激光熔化沉积（LaserMetalDeposition）。美国密歇根大学称为DMD直接金属沉积(DirectMetalDeposition）,