3D打印技术的原理一、3D打印技术的基本原理,下面我们就来说一说关于3d打印技术快速成型的方式?我们一起去了解并探讨一下这个问题吧!

3d打印技术快速成型的方式(3D打印实训教程3D打印技术的原理)

3d打印技术快速成型的方式

3D打印技术的原理

一、3D打印技术的基本原理

3D打印技术就是利用三维CAD的数据,通过3D打印机,将一层层的材料堆积成实体原型。

首先通过三维建模软件获得零件的CAD文件,并将该文件导出3D打印设备所能识别的STL格式。

打印设备根据零件模型对其进行分层处理并离散,从而得到各层截面的二维轮廓信息,系统根据轮廓信息自动生成加工路径,由成型头在系统的控制下,逐点、逐线、逐面的对成型材料进行立体堆积,从而完成对三维坯件的制作。

最后再对坯件进行必要的后处理,使零件在功能、尺寸、外观等方面满足设计需求。

3D打印技术突破了传统的制造工艺,把传统的“减材”加工变为“增材”立体加工,忽略了制件的外形复杂程度,完全真实的复制出三维造型。

由于3D打印技术是把复杂的三维制造转化为一系列二维轮廓的叠加,因此它无需借助任何模具和工具,可直接生成具有任意复杂曲面的零部件或产品,从而极大地提高了生产效率和制造的柔性。

二、3D打印技术的工艺工程

3D打印技术的工艺过程一般都包括三维模型的建立、3D打印前处理、实体叠加打印成型及后处理四个步骤。

1.产品三维模型的构建

由于3D打印系统是由三维CAD模型直接驱动,因此首先要构建如图所示的三维CAD模型。

该三维CAD模型可以利用计算机辅助设计软件(如Inventor,Pro/E,UG,Solidworks,I-DEAS等)通过构造性立体几何表达法、边界表达法、参量表达法等方法直接构建,也可以将已有产品的二维图样进行转换而形成三维模型,或对产品实体进行激光扫描、CT断层扫描,得到点云数据,然后利用逆向工程的方法来构造三维模型。

2.3D打印的前处理

(1)三维模型的近似处理

由于产品往往有一些不规则的自由曲面,加工前要对模型进行近似处理,以方便后续的数据处理工作。

由于STL格式文件格式简单、实用,目前已经成为3D打印领域的准标准接口文件。

它是用一系列的小三角形平面来逼近原来的模型,每个小三角形由3个顶点坐标和一个法向量来描述,三角形的大小可以根据精度要求进行选择。

STL文件有二进制码和ASCII码两种输出形式,二进制码输出形式的文件所占的空间比ASCII码输出形式的小得多,而ASCII码输出形式可以进行阅读和检查。

典型的CAD软件都带有转换和输出STL格式文件的功能。

(2)三维模型的分层处理

根据被加工模型的特征选择合适的加工方向,如下图所示。

在成型高度方向上用一系列一定间隔的平面切割近似后的模型,以便提取截面的轮廓信息。

间隔一般取0.05mm~0.5mm,常用0.2mm,目前最小分层厚度可达0.016mm。

层厚越小,成型精度越高,但成型时间也越长,效率就越低,反之则成型精度降低,但效率提高。

3.实体叠加成型

根据切片处理的截面轮廓,在计算机控制下,相应的成型头(激光头或喷头)按各截面轮廓信息做扫描运动,在工作台上一层一层地将材料堆积在一起,各层材料通过交联或粘结固化后,最终得到成型件。

4.成型制作的后处理

从打印设备里取出成型件,进行打磨、抛光、涂覆,或放于高温炉中进行后处理烧结,以进一步提高原型产品强度。

3D打印技术的特点

(1)快速性

通过STL格式文件,3D打印系统几乎可以与所有的CAD造型系统无缝连接,从CAD模型到完成原型制作通常只需几小时到几十小时,可实现产品开发的快速反馈。

以快速原型为母模的快速模具技术,能够在几天内制作出所需材料的实际产品,而通过传统的钢制模具制作,至少需要几个月的时间。

(2)高度集成化

3D打印技术实现了设计与制造的一体化。

在成型工艺中,计算机中的CAD模型数据通过接口软件转化为可以直接驱动3D打印设备的数控指令,3D打印设备根据数控指令完成原型件或零件的加工。

(3)与工件复杂程度无关

3D打印技术由于以离散堆积原理为基础,采用分层制造工艺,将复杂的三维实体离散成一系列层片加工和加工层片的叠加,大大简化了加工过程。

它可以加工复杂的中空结构且不存在三维加工中刀具干涉的问题,理论上可以制造如图所示的具有任意复杂形状的原型件和零件。

(4)高度柔性

3D打印系统是真正的数字化制造系统,仅需改变三维CAD模型,适当地调整和设置加工参数,即可完成不同类型的零件的加工制作,特别适合新产品开发或单件小批量生产。

并且,3D打印技术在成型过程中无需专用的夹具或工具,成型过程具有极高的柔性,这是3D打印技术非常重要的一个技术特征。

(5)自动化程度高

3D打印是一种完全自动的成型过程,只需要在成型之初由操作者输入一些基本的工艺参数,整个成型过程操作者无需或较少干预。

出现故障,设备会自动停止,发出警示并保留当前数据。完成成型过程时,机器会自动停止并显示相关结果。