创客关键词-4-3D打印技术

作者:7组 于晓琦 钟羽 杨蒙雪

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。

一、基本原理

3D打印技术的基本原理是:将一个在电脑中设计好的或者通过扫描方式完成的三维立体零件模型,沿空间某一坐标轴切成许多个一定厚度的剖面,切剖面的过程可以按微积分的思想去理解,然后通过打印机由下向上一层一层将每一剖面打印出来,再将剖面粘结起来,就会得到所需零件的实体。简单的说就是“分层制造、逐层叠加”

二、3D打印机的主要性能指标

(一)3D打印速度

根据快速成型设备制造商的不同,或者采用的3D打印技术的不同,3D打印速度的衡量标准是不同的。有些用来指示在Z轴方向上打印一定高度所需的时间(针对单次3D打印任务而言),通常用英寸/小时、毫米/小时来表示。另外一种衡量打印速度的技术参数是指打印特定物体或者特定的体积所需的时间。

(二)3D打印成本

打印成本通常用单位体积所需的费用来表示,比如元/立方英寸或元/立方厘米。即便使用同一台3D打印机,由于受到成型件结构的影响,单个成型件所需的费用也是千差万别,因此3D打印服务的报价经常以典型物体打印价格或者平均水平的价格来呈现。

(三)3D打印机细节分辨率

3D打印机提供的最令人费解的指标之一是“分辨率”,应谨慎使用。简单举例,分辨率的表述有DPI(dotsperinch,每英寸的像素点),Z轴方向层厚,像素大小,射束点大小,点直径等。在同类3D打印机对比时,这种表述可能有帮助,但是如果用来考量多种3D打印技术则不太适用。
  其实,最好的对比方式是目视检查不同3D打印技术的样件,寻找是否存在剃刀般锋利的边缘、清晰的角、最小的特征尺寸、薄壁件质量和表面光洁度。采用一台便宜的数字显微镜来检查很有效,显微镜能够放大细节特征用于对比。在3D打印功能测试模型时,成型件能够如实精确地反映设计特征是关键性因素,如果成型件精确度或分辨率不够,有些功能测试的结果的准确性也会随之降低。

(四)3D打印精度

3D打印采用的是逐层叠加的方式,利用合适的材料快速制作成型件,这一过程中有一定的变数,比如材料收缩,因此必须在打印过程中加以补偿来确保最终成型件的精度。
  使用粉末材料的3D打印机所使用的粘合剂,通常不易收缩变形,因此成型精度一般比较高。塑料件3D打印技术通常使用热源或者/与UV光来处理打印材料使之成型,这一过程产生的额外变数会影响成型精度。成型件的大小和结构也会对精度产生影响。一些3D打印机可以为特殊的几何结构提供不同级别精度的打印模式。
  3D打印机制造商提供的精度参数是基于实验测试的数据,而实际成型精度会因为成型件的结构复杂程度而变化,因此我们在选择3D打印机时,很重要的一点就是明确我们实际应用的精度要求,然后用这一精度要求作为衡量指标。

(五)3D打印材料性能

每种3D打印技术可使用的材料种类是有限的。办公级3D打印机的材料通常分为非塑料、塑料和蜡这几种。

(六)3D打印机能够打印的颜色

目前市面上主要有三种彩色3D打印机,一种是一次打印只能用单一颜色,一种可以一次性打印少数几种颜色,还有一种就是可以一次性呈现成千上万种色彩的全彩色3D打印机。如果是单色打印样品需要上色的,则借助于后处理工艺来完成上色,比如喷漆、烤漆、手工画笔等。

(七)机器的软件要求

通常打印机的运行环境一般是Windows,Mac OX ,Linux,不同公司研发的3D打印机会有不同的操作软件,保存的模型文件一般为.stl或者Gcode格式,可以根据您会使用的3D设计软件来设计模 型,如SolidWorks. PRO-E, Auto CAD, 3DsMax, Maya等。

3D打印机参数.png

三、应用领域

经过多年的发展,3D打印技术已涵盖产品设计、模具设计与制造、材料工程、医学研究、文化艺术、建筑工程等各个领域,前景远大。

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