《快速成型系统》课件

快速成型系统快速成型系统是一种先进的制造技术可以快速制造出各种复杂的三维物体它,不仅提高了生产效率还大大缩短了产品研发周期,课程背景和目标课程背景培养目标随着制造业和技术的快速发展通过本课程的学习学生能够掌握,3D,打印技术在各个领域得到广泛应打印的基本原理和技术并能够3D,用本课程将全面介绍快速成型根据实际需求选择合适的打印3D系统的工作原理、关键技术和典方案型应用案例课程内容课程将系统地介绍快速成型的历史发展、技术分类、工作原理、优缺点、材料应用以及典型案例快速成型技术历史回顾1980年代快速成型技术雏形出现,3D打印机开始问世1990年代快速成型技术快速发展,开始广泛应用于工业设计、制造等领域2000年代3D打印技术不断进步,成本大幅下降,迅速普及到更广泛的行业和消费领域2010年代快速成型技术不断创新,新材料、新工艺不断涌现,应用范围进一步扩大快速成型技术概述快速成型技术是一种利用计算机辅助设计模型数据直接制造出实体产品的CAD技术它通过层层累积的方式快速地将数字模型转化成实际的三维实体产品,这种技术可大大缩短产品研发周期提高产品的开发效率,快速成型技术涉及多个领域包括打印设备、软件工具、材料以及后处理等多,3D个环节它已广泛应用于工业设计、汽车制造、医疗器械等诸多行业成为现代,制造业不可或缺的重要工艺定义快速成型技术数字三维模型快速成型技术是一种基于数字三通过计算机辅助设计软件CAD维模型数据通过加法制造的一制作的三维虚拟模型是快速成型,种制造技术的基础加法制造应用领域广泛快速成型技术通过逐层添加材料快速成型技术广泛应用于工业制的方式将数字模型转化为实体造、医疗、艺术设计等领域,模型优势快速制造成本优势快速成型技术可以显著缩短制造周期相比传统制造快速成型技术可以降低,,大大提高产品响应速度材料、人工和设备成本设计自由度高精度制造快速成型技术可以实现复杂结构和定先进的快速成型技术可以实现极高的制化产品设计自由度极高制造精度和表面质量,快速成型系统组成核心组件快速成型系统由打印机、建模软件和材料三大核心组件组3D3D成这些系统协调工作实现从数字模型到实体零件的快速制造,辅助设备除了主要部件系统还需要后处理设备如清洗机、抛光机等以确保,,生产的工件品质整个系统的协同工作确保了快速成型的整体流程打印机3D主要组件打印技术材料选择打印分辨率打印机由打印平台、喷打印机采用多种不同的打打印机可使用多种材料如打印机的打印分辨率决定3D3D3D,3D头、挤出机、光源、控制系统印技术如熔融沉积成型塑料、金属、陶瓷等不同材了制品的细节程度和表面质,等关键组件组成这些部件协、光固化、选择料具有不同的特性需根据应量高分辨率可以制造出细节FDM SLA,调工作完成从模型到实体性激光烧结等每种技术用场景进行选择精致的产品,3D SLS,产品的制造过程都有其独特的优缺点建模软件3D创建复杂模型快速迭代设计操作界面友好支持多种导出格式建模软件提供强大的建模工通过建模软件用户可以快速建模软件的用户界面设计简建模软件可导出多种文件格3D3D,3D3D具可以帮助用户创建出质量卓进行设计修改并及时反馈到生洁明了新手也能快速上手使式以适配不同的后续制造和应,,,,越的三维模型产流程中用用需求打印材料3D塑料材料金属材料陶瓷材料复合材料打印常用的塑料材料包括金属打印使用粉末烧结技术陶瓷打印可制造各种装饰品打印复合材料将塑料与金3D3D,3D3D、、尼龙、等具可以打印不锈钢、铝合金等金和艺术品常见的陶瓷打印属、陶瓷等材料复合结合了不ABS PLATPU,3D,有成本低、加工便捷的特点属零件这些金属打印件具材料有氧化铝、氧化锆等具有同材料的优点可广泛应用于工3D,,这些材料可用于制造各种生活有高强度和耐磨性适用于制造优异的耐高温和耐化学腐蚀性业和航空领域,日用品和工业零件工业模具和机械零部件能后处理设备清洗设备去支撑设备涂装设备抛光设备打印件通常需要进行清洗打印件在打印过程中会使打印后的零件可能需要进抛光是提升打印件表面光3D,3D3D3D以去除残留的粉末或树脂清用支撑结构需要后期手动或行涂装以改善表面质量和外洁度的关键步骤抛光设备有,,洗设备包括超声波清洗机和喷自动去除这些支撑结构常见观涂装设备包括喷枪、滚涂手动抛光工具和自动抛光机,淋清洗设备能有效去除打印的去支撑设备有切割刀、钳子设备等能够均匀覆盖表面可以去除细小的表面瑕疵,,表面的杂质等工具打印机分类3D喷墨打印熔融沉积成型通过将液态材料喷射到工作平台上逐层构建模型的打印技术适加热熔融塑料材料并将其挤出形成细线条逐层叠加建立模型的技3D,合小批量快速制造术成本低适合家用打印机,光固化粉末烧结利用光能固化树脂材料的原理通过光束逐层扫描固化形成模型的技利用激光或热源选择性熔融粉末材料逐层累积融合形成实体模型的,,术打印精度高适合高端制造技术材料选择性强可打印金属,,喷墨打印高效喷洒喷墨打印通过精密控制微小墨滴的喷洒在打印表面上形成所需图像,多彩输出喷墨打印可以输出高质量的彩色图像色彩丰富再现性强,,快速打印喷墨技术可以实现快速打印生产效率较高,熔融沉积成型技术工作原理成型过程12将热熔塑料材料挤出并层层堆打印机喷头加热并熔融塑料3D积形成最终的实体模型丝逐层绘制出模型,3D,3D优势缺点34材料种类丰富、操作简单、成精度有限、表面粗糙、打印速本较低适合家用和小型商用打度较慢不适用于高精度工业制,,印造光固化光源利用激光、紫外线等光源对材料进行固化成型光敏树脂材料需要含有对应光源敏感的树脂成分逐层固化通过逐层照射的方式实现三维模型的逐层构建粉末烧结打印技术3D工作原理材料优势该技术使用高功率激光或电子束可加工的材料种类广泛包括金属,选择性地熔融或烧结金属、陶瓷合金、陶瓷和先进复合材料满足,或塑料粉末逐层建造零件各种应用需求,3D制件精度通过精确控制激光或电子束可实现高度复杂的几何形状和优秀的表面质,量层叠沉积打印技术3D工作原理多材料打印12该技术通过连续分层制作零件支持使用多种材料的同时打印,,每层均由数字模型切片图形控可实现复杂零件的制造制打印头沉积材料而成高精度和细节适用范围广34由于逐层累积成型可实现高适用于从小型精密零件到大型,精度和丰富的细节效果工业应用的各种打印需求3D喷墨打印技术3D喷墨打印技术是一种采用喷墨打印机原理进行三维打印的技3D术它通过将液体树脂材料喷洒到指定位置进行逐层叠加从而构,建出所需的三维实体这种技术具有打印精度高、制造速度快等优点广泛应用于工业生产和艺术创作等领域,喷墨打印技术3D工作原理制造流程优势特点喷墨打印技术利用喷墨打印头将液态树首先将模型数据转换成切片数据然后喷该技术打印速度快材料种类丰富可打印出3D3D,,,脂喷洒到打印平台上通过光源固化树脂层墨打印头按照切片信息逐层将树脂喷洒在打高精度、高细节的模型广泛应用于工业,3D,层堆叠最终实现模型的打印印台上最后利用光源进行固化设计、医疗等领域,3D,喷墨打印技术3D优点缺点喷墨打印技术具有打印精度高、表面光洁度好、打印速度快等喷墨打印技术所用材料有限、打印尺寸小、成本相对较高同3D3D优点该技术可以直接将模型数据转化为实体零件，无需中间时还存在后处理工艺复杂的问题，需要经过清洗、固化等步骤3D加工步骤熔融沉积成型技术熔融沉积成型是一种广泛应用的打印Fused DepositionModeling,FDM3D技术它通过加热和挤出热塑性材料逐层堆积形成最终产品这种方法简单易,行具有成本低、速度快、材料选择广等优点是最早被商业化的打印技术之,,3D一打印机通过挤出机将热熔塑料材料挤出成细线逐层堆积在打印平台上这FDM,种打印方式能够制造出复杂的三维实体模型广泛应用于各行各业,熔融沉积成型技术构建过程操作原理12通过挤出加热塑料熔体逐层搭打印机通过控制喷头精准移,3D建模型塑料材料从挤出机动挤出和堆积塑料材料逐层3D,,喷出然后快速冷却固化构建出最终的实物,3D工艺优势3制造速度快、材料种类多、表面光滑、机械强度高适合大批量生产,熔融沉积成型技术优点缺点设备结构简单、操作方便能制造部件表面粗糙度较差精度相对较,,出形状复杂的产品成本相对较低制造速度较慢大型零件生产,低材料选择范围广效率低,应用场景适合制造快速原型、个性化产品、小批量定制产品等广泛应用于工业设计、教育、家居等领域光固化打印技术3D光固化打印技术是利用光能将液态光敏树脂固化成固体的一种3D打印方法该技术通过数字控制器控制光源在光敏树脂表面扫3D描曝光逐层完成物体制造光固化过程快速、精度高可实现复杂,,几何结构件的制造光固化打印广泛应用于工业模型、快速成型、公园景观、医疗3D植入物等领域是目前最为成熟的打印技术之一,3D光固化打印技术3D工作原理光源利用激光或者紫外线光源照射到光敏树脂表面,使树脂固化成型光固化池光敏树脂存放在光固化池中,光源照射到表面进行逐层固化构建平台物品逐层沉积在构建平台上,随着平台的下降不断添加新层光固化打印技术的优缺点3D工作原理优势局限性光固化打印采用聚合材料通过紫外光照可打印复杂结构、几何精度高、表面光滑、受制于工作室的尺寸限制打印尺寸相对较3D,射固化的方式制作实体该技术精度适合制造精密零件还可用于制作模型、工小同时该工艺成本较高对材料要求严格3D,,高、表面光滑、适合制作复杂零件艺品和医疗器械需要特殊设备粉末烧结打印技术3D粉末烧结打印技术是一种常见的打印工艺它通过使用激光或电子束来选3D3D择性地熔融或烧结粉末材料形成所需的三维实体该技术可以打印多种金属、,陶瓷和聚合物材料相比其他打印技术粉末烧结具有较高的精度和表面光洁度同时生产效率也3D,,较高不过其能耗较大需要特殊的保护性气氛环境且后处理工序较复杂,,粉末烧结打印技术3D工作原理成型过程粉末烧结3D打印技术利用高能量光束如激光或电子束选择性熔•粉末材料均匀铺展在构建平台上融或烧结粉末材料逐层累积形成所需的零件该技术可用于金,3D•光束根据数字模型选择性熔融或烧结粉末属、陶瓷和复合材料等粉末材料的打印3D•构建平台下降一个层厚度•新层粉末材料再次铺展•重复以上步骤直至完成整个零件粉末烧结打印技术的优缺点3D优点缺点可制造出复杂的金属零件材料性能优良尺寸精度高适合生产需要专业的烧结设备成本较高表面光洁度较低还需要二次加,,,,小批量定制化产品工能耗较大环保性不太理想,层叠沉积打印技术3D工作原理层叠沉积技术利用多个机械臂或者喷头来逐层沉积材料通过精准,的位置控制实现复杂零件的制造这种方式可以灵活选择材料并,能够实现多种材料的自由组合优缺点优点是可以大幅提高打印速度和生产效率适合批量生产缺点是,设备结构复杂材料选择受限表面光洁度较低,,层叠沉积打印技术3D工作原理工作流程优缺点层叠沉积打印技术通过逐层堆积材料来该技术先将模型切割成多层然后逐层打优点是打印速度快、成本低、材料种类多3D3D,构建三维实体打印头会从底部开始逐层向印最后组装成最终产品这种逐层打印的样缺点是表面粗糙、精度较低该技术广,,上喷洒材料并让其固化成型最终完成整个方式可以创造出复杂的三维形状泛应用于工业制造、艺术创作等领域,,打印过程层叠沉积打印技术3D工作原理优点缺点123采用连续的层状沉积方式将材料一制造速度快材料选择广操作简单成制造精度和表面光洁度略差需要后,,,,,层一层叠加在基板上直至完成整个零本较低能制造出复杂的三维结构处理工艺材料选择受到一定限制件的制造建模软件概述3D建模软件是一种用于创建、编辑和优化虚拟模型的专业软件工具它们提3D3D供了丰富的功能和工具使用户能够设计出各种复杂的三维物体这些软件通常,包括建模、渲染、动画等功能广泛应用于工业设计、游戏开发、视觉特效制作,等领域无论是初学者还是专业人士建模软件都是三维内容创作的重要工具它们帮,3D助用户从最初的概念到最终的实现整个设计过程中都发挥着关键作用,建模软件分类软件建模软件CAD3D专业的计算机辅助设计软件能够创建精确的三维实体模型常专门用于造型和建模的软件能够更自由地创作各种复杂的,3D,见软件有、等三维造型代表有、等SolidWorks AutoCAD3DMAX Blender打印专用软件网络在线建模软件3D针对打印过程优化的软件可以方便地进行切片、支撑等设基于浏览器的在线建模工具用户可以在线创作和分享模3D,3D,置如、等型如、等Cura Slic3r TinkercadOnshape主流建模软件介绍软件网格建模软件CAD如、等擅长机如、等擅长用于动AutoCAD SolidWorks,3ds MaxMaya,械设计和工业制造领域的建模画、视觉效果和游戏开发的建模3D3D参数化建模软件有机建模软件如、等通过参数化如、等擅长用于雕Fusion360Creo,Blender ZBrush,设计能快速迭代和优化模型塑、艺术创作等领域的有机建模3D3D打印材料3D打印材料是打印制造中的关键组成部分不同的材料拥有独特的物理特性3D3D和适用场景如塑料、金属、陶瓷等这些材料的选择直接影响最终产品的性能,和质量正确选择适合的打印材料对于实现高质量打印至关重要不同材料之间存3D3D在着诸多差异需要根据具体应用场景进行权衡和选择,塑料材料热塑性塑料光固化塑料12可以重复加热熔融的塑料如在紫外光或可见光照射下会固,、、等常用于化的树脂材料常用于ABS PLAPETG,,SLA3D打印打印FDM3D复合增强塑料生物可降解塑料34将纤维材料如碳纤维、玻璃纤由生物质原料制成可在自然环,维等与塑料基体复合提高强度境中被微生物分解的环保型塑,和刚度料金属材料金属打印不锈钢材料钛合金材料铝合金材料3D金属打印技术能够制造出各不锈钢是常见的打印金属材钛合金是另一种广泛应用的铝合金是轻质耐腐蚀的打印3D3D3D3D种复杂的金属零件广泛应用于料具有良好的抗腐蚀性和机械打印金属材料具有极高的强度金属在汽车、电子等行业有广,,,,航空航天、医疗、工业等领性能适用于制造结构性零件重量比常用于航空航天和医疗泛应用前景,,域领域陶瓷材料特点常见类型制造工艺应用领域陶瓷材料以无机非金属矿物为•白陶瓷陶瓷制品制造主要包括配料、•工艺美术品主要原料具有耐高温、耐腐成型、干燥、烧结等工序需,•硬质陶瓷,•建筑装饰蚀、机械性能优良等优点应要精细的温度和时间控制以保•结构陶瓷•电子元器件用广泛从工艺美术品到工业证制品质量,•电子陶瓷•机械零件工程都有涉及•生物医用陶瓷•医疗植入体复合材料聚合物基复合材料结合高强度纤维和工程塑料的优势广泛应用于航天航空、汽车、体育等领域,金属基复合材料以金属为基体添加陶瓷或碳纤维等增强相具有高强度和耐热性,,陶瓷基复合材料以陶瓷为基体添加碳纤维或金属颗粒具有高温抗氧化和耐磨等特性,,后处理设备及工艺清洗设备清洗设备主要用于去除打印过程中残留的粉末或树脂常见的3D清洗设备包括超声波清洗机和滚筒清洗机合理的清洗能确保打印件表面干净无残留去支撑设备许多打印过程需要使用支撑结构打印完成后需要将支撑结构小3D,心移除使用专用的去支撑设备可以高效、精准地去除支撑结构清洗设备超声波清洗机高压水枪利用高频振动产生的声波可以快喷洒高压水流可以冲掉打印件表,速、有效地去除打印件表面的面的粉末颗粒和树脂残留物适用3D,杂质和支撑材料于较大尺寸的零件化学浸泡将打印件浸泡在特定化学溶剂中可溶解掉表面的支撑材料和附着物需3D,控制好浸泡时间避免损坏零件去支撑设备喷砂设备利用高压喷砂的原理去除3D打印件表面的支撑结构可实现高效、快速的去支撑机械切割使用铣刀或砂轮等专业切割工具,精准切除3D打印件上的支撑结构操作灵活,可定制去支撑方式激光切割采用高功率激光,精准切割3D打印件上的支撑结构具有高效、无接触的优点,适用于复杂结构涂装设备喷涂设备浸涂设备利用压缩空气将涂料雾化并均匀将工件完全浸入涂料中进行涂装喷涂到工件表面的设备能提供的设备能实现全面均匀涂层,优质的涂装效果适用于复杂形状工件电泳涂装设备滚涂设备利用电场作用将带电涂料颗粒吸使用滚筒辊将涂料均匀涂布到工附到工件表面的设备能获得致件表面的设备能实现大面积快密、耐久的涂层速涂装抛光设备自动抛光机手工抛光工具配套后处理设备自动抛光机采用高速旋转抛光盘能够高效使用砂纸、抛光膏等手工抛光工具可以精除了抛光设备打印后还需要清洗、去支,,,3D快速地对打印件进行抛光提高表面光洁细地调整打印件的表面实现更细腻的抛撑等一系列后处理工序配套设备可以完成3D,3D,,度光效果整个生产流程快速成型应用案例快速成型技术已广泛应用于工业、医疗和艺术设计等多个领域为,各行业带来了诸多优势它可以快速制造复杂形状的零件、定制化医疗器械、以及创新艺术设计作品通过打印等快速成型工3D艺制造效率显著提升满足了灵活生产和个性化需求,,工业应用快速原型制造工业零件生产通过打印快速生成产品原型加使用金属或塑料材料进行小批量3D,速产品设计和开发过程定制化零件生产工装夹具制作设备维修备件制造各种定制化工装夹具提高生打印出所需的维修备件降低备件,,产效率和质量库存成本医疗应用手术规划和模拟定制义肢和义齿生物组织打印辅助工具制造快速成型技术可以使医生在手基于患者的扫描数据快速成未来快速成型技术有望用于医疗器械如手术刀具、支架等,,术前创建患者的数字模型型可制造出精确贴合的定制义打印人体组织如皮肤和器官可由快速成型技术定制生产3D,,,,帮助规划手术步骤提高手术肢和义齿提高了舒适性和功极大推进再生医学的发展提升医疗效率和患者体验,,准确度能性艺术设计应用个性化定制创意表达快速成型技术使艺术设计师能够打印技术为艺术家提供了新3D制作独一无二的定制作品满足的创作手段让他们能够将抽象,,客户的个性化需求概念具象化并实现立体呈现快速迭代创新材料快速成型允许设计师快速进行产新型打印材料的不断涌现为3D,品原型的改进和优化缩短从创艺术设计开辟了更广阔的创作空,意到实物的周期间和可能性未来发展趋势个性定制材料创新智能化可持续发展随着技术的进步打印技术新型先进材料的不断出现将推打印设备将与人工智能、打印技术有望实现材料循,3D3D3D将能够更加精细地生产个性化动打印技术的应用领域拓机器视觉等技术相结合实现环利用和按需生产减少资源3D,,产品满足消费者的个性化需展包括更多种类的金属、陶自动化操作和智能制造消耗和环境污染,,求瓷和复合材料。