Kaiyun:3D打印技术介绍(全面)

  行业资讯     |      2025-05-25 03:59

  

Kaiyun:3D打印技术介绍(全面)

  图中,柱状图上段为服务收入,下段为产品( 即设备和材料等) 收入。从图不难看出,3D 打印设备及材料和 服务的经济规模是相当的。2010 年,销售额为13.25 亿美元; 到2011年,销售额为17.14 亿美元,增长率达到 24.1%。在产品收入中,3D 打印设备和材料占主要部分,2011年为8.34 亿美元。

  完成一层的喷射打印和固化后,设备内置的工作台会极其精准地下 降一个成型层厚,喷头继续喷射光敏聚合材料进行下一层的打印和固化。 就这样一层接一层,直到整个工件打印制作完成。

  由于3D 打印产品种类丰富,带动了打印材料的快速发展。2001年到2011年,全球打印材料的销售情况如图6 所 示,除了2009 年由于全球经济危机的影响稍有下降外,基本上每年都保持10% ~ 20% 的增长速度。

  金属零件3D打印技术作为整个3D打印体系中最前沿和最有潜力的技术,是先进 制造技术的重要发展方向。按照金属粉末的添置方式将金属 3D打印技术分为三类:

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  LENS 是一种新的快速成形技术, 它由美国 Sandia国家实验室首先提出。其 特点是: 直接制造形状结构复杂的金属功能零件或模具;可加工的金属或合金材料范 围广泛并能实现异质材料零件的制造;可方便加工熔点高、难加工的材料。

  3D打印技术是指通过连续的物理层叠加,逐层增加材料来生成三维 实体的技术,与传统的去除材料加工技术不同,因此又称为添加制 造(AM,Additive Manufacturing)。 3D打印技术内容涵盖了产品生命周期前端的“快速原型”(rapid prototyping) 和全生产周期的“快速制造”(rapid manufacturing) 相关的所有打印工艺、技术、设备类别和应用。 3D打印综合了数字建模技术、机电控制技术、信息技术、材料科学 与化学等诸多方面的前沿技术知识,具有很高的科技含量。

  20 世纪70 年代末到80 年代初期,美国3M 公司的Alan Hebert ( 1978年) 、日 本的小玉秀男( 1980 年) 、美国UVP 公司的Charles Hull( 1982 年) 和日本的 丸谷洋二( 1983 年) 四人各自独立提出了这种概念。 1986 年,Charles Hull 率先推出光固化方法 ( stereo lithography apparatus ,SLA) ,这是3D 打印技术发展的一个里程碑。1988年,他创立的3D 打印设备公 司生产出了世界上第一台3D 打印机SLA-250。 1988 年,美国人Scott Crump 发明了另外一种3D 打印技术———熔融沉积制造 (FDM) ,并成立了Stratasys 公司。 1989 年,C.R. Dechard 发明了选择性激光烧结法(SLS) ,其原理是利用高强度 激光将材料粉末烧结直至成型。 1993 年,麻省理工学院获3D印刷技术专利。 1995年,美国ZCorp公司从麻省理工学院获得唯一授权并开始开发3D打印机。 2005年,市场上首个高清晰彩色3D打印机Spectrum Z510由ZCorp公司研制成功。 2010年11月,世界上第一辆由3D打印机打印而成的汽车Urbee问世。 2011年7月,英国研究人员开发出世界上第一台3D巧克力打印机。 2011年8月,南安普敦大学的工程师们开发出世界上第一架3D打印的飞机。 2012年11月,苏格兰科学家利用人体细胞首次用3D打印机打印出人造肝脏组织。 2013年11月,美国德克萨斯州奥斯汀的3D打印公司“固体概念”(SolidConcepts) 设计制造出3D打印金属手枪。

  3D打印按材料可分为块体材料、液态材料和粉末材料等。按照美国材料与试验协会(ASTM)、 3D打印技术委员会(F42 委员会) 的标准,目前七类3D 打印工艺与所用材料如下表;

  根据美国技术咨询服务协会Wohlers Associates 发布的2012 年度报 告,全球3D打印行业在2011年销售额为17.14 亿美元。 目前,3D 打印技术市场的年增长率为29.4%,据预测,该行业的 市场规模到2015 年将达37 亿美元,到2019 年将增长到65 亿美元。

  在一起形成零件。 其工艺的优点是可打印金属材料和多种热塑性塑料, 如尼龙、聚碳酸 酯、 聚苯乙烯、聚氯乙烯等,打印时无需支撑,打印的零件机械性能好 、 强度高; 缺点是材料粉末比较松散,烧结后成型精度不高,且高功率的激 光器价格昂贵 。

  从行业分布看,目前消费电子领域仍然占主导地位,约20.3%; 其 他主要应用在汽车、医疗/牙科、工业/商业机器和航空航天领域。 3D 打印技术行业分布如图:

  采用热融喷头,使塑性纤维材料经熔化后从喷头内挤压而出 ,并沉积 在指定位置后固化成型 。这种工艺类似于挤牙膏的方式。 其优点是价格低廉 、体积小 、生成操作难度相对较小; 缺点是成型 件的表面有较明显的条纹, 产品层间的结合强度低 、打印速度慢 。

  近年来,3D打印在世界 各大媒体上受到广泛关注, 三维打印机的制造商表示3D 打印的需求和市场正在迅速 增长。3D打印市场的增长受 到多方因素影响,媒体在近

  当前,欧洲、美洲和亚洲是3D打印设备的主要需求市场。从 2011年设备市场份额分布来看,北美地区占40.2%,位居第一,欧洲 地区和亚洲地区紧随其后。

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  SLM 是金属 3D 打印领域的重要部分,其发展历程经历低熔点非金属粉末烧 结、低熔点包覆高熔点粉末烧结、高熔点粉末直接熔化成形等阶段。由美国德克 萨斯大学奥斯汀分校在1986年最早申请专利。 SLM 技术的基本原理是: 先在计算机上利用三维造型软件设计出零件的三维 实体模型,然后通过切片软件对该三维模型进行切片分层,得到各截面的轮廓数 据,由轮廓数据生成填充扫描路径,设备将按照这些填充扫描线,控制激光束选 区熔化各层的金属粉末材料,逐步堆叠成三维金属零件。

  喷射打印头沿X轴方向来回运动,工作 原理与喷墨打印机十分类似,不同的是喷头 喷射的不是墨水而是光敏聚合物。当光敏聚 合材料被喷射到工作台上后,UV紫外光灯将 沿着喷头工作的方向发射出UV紫外光对光敏 聚合材料进行固化。

  3D打印技术发展历史 3D打印技术介绍 3D打印特点及优势 3D打印技术发展趋势 机器人研究中心3D打印技术研究

  价格仍然是一个关键性问题,一些用户指出,相对中低端的打印机来说, 高端产品的价格在市场中还没有出现明显的波动。 生产成本最初为100万元 的3D打印机,目前的成本已经降到了最初的一半,但是销售价格并没有下降。

  耗材是目前制约 3 D 打印技术广泛应用的关键因素 。3 D 打印技术要实 现更多领域的应用 ,就需要开发出更多的可打印材料,根据材料特点深入研 究加工 、结构与材料之间的关系 ,开发质量测试程序和方法, 建立材料性 能数据的规范性标准等 。

  目前,已实现商品化的3D 打印机共涵盖了七类工艺,其中以SLA、SLS和FDM等为主。

  是采用紫外光在液态光敏树脂表面进行扫描,每次生成一定厚度的薄 层,从底部逐层生成物体。 其优点是原材料的利用率将近 100%,尺寸精度高(±0.1mm),表面质 量优良,可以制作结构十分复杂的模 型;缺点是价格昂贵,可用材料种类有 限,制成品在光照下会逐渐解体

  3D打印技术采用了分层加工、叠加成型来完成3D实体打印。 每一层的打印过程分为两步,首先在需要成型的区域喷洒一层特殊 胶水,胶水液滴本身很小,且不易扩散。然后是喷洒一层均匀的粉末, 粉末遇到胶水会迅速固化黏结,而没有胶水的区域仍保持松散状态。这 样在一层胶水一层粉末的交替下,实体模型将会被“打印”成型,打印 完毕后只要扫除松散的粉末即可“刨”出模型,而剩余粉末还可循环利 用