三維打印快速成型工藝分析課件

第六章機械工業(yè)出版社（第三版）三維打印快速成型及其他快速成型工藝第六章機械工業(yè)出版社（第三版）三維打印快速成型及其他快速成1第六章三維打印快速成型及其他快速成型工藝

除了前面介紹的4種快速成型技術方法比較成熟之外，其它的許多技術也已經(jīng)實用化，如三維打印成型（ThreeDimensionalPrinting，3DP）、激光立體成型、電子束選區(qū)熔化、電子束熔絲層積、細胞三維結構的增材制造成形、三維焊接（ThreeDimensionalWelding）等。

其中三維打印快速成型技術因其材料較為廣泛，設備成本較低且可小型化到辦公室使用等，近年來發(fā)展較為迅速。三維打印快速成型工藝之所以稱之為打印成型，是因為該種快速成型工藝是以某種噴頭作為成型源，其運動方式與噴墨打印機的打印頭類似，在臺面上做X-Y平面運動，所不同的是噴頭噴出的不是傳統(tǒng)噴墨打印機的墨水，而是粘結劑、熔融材料或光敏材料等，基于快速成型技術基本的堆積建造模式，實現(xiàn)原型的快速制作。依據(jù)其使用材料不同及固化方式不同，3DP快速成型技術可分為粉末材料三維噴涂粘結成型、熔融材料噴墨三維打印成型兩大類工藝。第六章三維打印快速成型及其他快速成型工藝除了212噴墨式三維打印快速成型工藝三維打印快速成型設備及材料三維噴涂粘結快速成型工藝34其他快速成型工藝第六章三維打印快速成型及其他快速成型工藝12噴墨式三維打印快速成型工藝三維打印快速成型設備及材料三維3

1.三維噴涂粘結快速成型工藝的基本原理粉末材料三維打印粘結（3DP或3DPG-ThreeDimensionalPrintingGluing）快速成型工藝是由美國麻省理工學院開發(fā)成功的，它的工作過程類似于噴墨打印機。目前使用的材料多為粉末材料（如陶瓷粉末、金屬粉末、塑料粉末等），其工藝過程與SLS工藝類似，所不同的是材料粉末不是通過激光燒結連接起來的，而是通過噴頭噴涂粘結劑（如硅膠）將零件的截面“印刷”在材料粉末上面。用粘結劑粘結的零件強度較低，還需后處理。后處理過程主要是先燒掉粘接劑，然后在高溫下滲入金屬，使零件致密化以提高強度。

第一節(jié)三維噴涂粘結快速成型工藝1.三維噴涂粘結快速成型工藝的基本原理第一節(jié)三維噴4圖6-1

三維噴涂粘結工藝原理

以粉末作為成型材料的3DP的工藝原理如圖6-1所示。首先按照設定的層厚進行鋪粉，隨后根據(jù)當前疊層的截面信息，利用噴嘴按指定路徑將液態(tài)粘結劑噴在預先鋪好的粉層特定區(qū)域，之后工作臺下降一個層厚的距離，繼續(xù)進行下一疊層的鋪粉，逐層粘結后去除多余底料便得到所需形狀制件。第一節(jié)三維噴涂粘結快速成型工藝圖6-1三維噴涂粘結工藝原理以粉末作為成型52.三維噴涂粘結快速成型工藝的特點三維噴涂粘結快速成型制造技術在將固態(tài)粉末生成三維零件的過程中與傳統(tǒng)方法比較具有很多優(yōu)點：

◎成本低

◎材料廣泛

◎成型速度快

◎安全性較好

◎應用范圍廣第一節(jié)三維噴涂粘結快速成型工藝

三維噴涂粘結快速成型技術在制造模型時也存在許多缺點，如果使用粉狀材料，其模型精度和表面粗糙度比較差，零件易變形甚至出現(xiàn)裂紋等，模型強度較低，這些都是該技術目前需要解決的問題。2.三維噴涂粘結快速成型工藝的特點第一節(jié)三維噴涂粘63.三維噴涂粘結快速成型工藝過程

三維噴涂粘結快速成型技術制作模型的過程與SLS工藝過程類似，下面以三維噴涂粘結快速成型工藝在陶瓷制品中的應用為例，介紹其工藝過程。

①利用三維CAD系統(tǒng)完成所需生產(chǎn)的零件的模型設計。

②設計完成后，在計算機中將模型生成STL文件，并利用專用軟件將其切成薄片。每層的厚度由操作者決定，在需要高精度的區(qū)域通常切得很薄。

③計算機將每一層分成矢量數(shù)據(jù)，用以控制粘結劑噴射頭移動的走向和速度。④用專用鋪粉裝置將陶瓷粉末鋪在活塞臺面上。

⑤用校平鼓將粉末滾平，粉末的厚度應等于計算機切片處理中片層的厚度。

⑥計算機控制的噴射頭按步驟③的要求進行掃描噴涂粘結，有粘接劑的部位，陶瓷粉粘結成實體的陶瓷體，周圍無粘結劑的粉末則起支撐粘結層的作用。

第一節(jié)三維噴涂粘結快速成型工藝3.三維噴涂粘結快速成型工藝過程第一節(jié)三維噴涂粘結快7

⑦計算機控制活塞使之下降一定高度(等于片層厚度)。

⑧重復步驟④、⑤、⑥、⑦四步，一層層地將整個零件坯體制作出來。

⑨取出零件坯，去除未粘結的粉末，并將這些粉末回收。

⑩對零件坯進行后續(xù)處理，在溫控爐中進行焙燒，焙燒溫度按要求隨時間變化。后續(xù)處理的目的是為了保證零件有足夠的機械強度及耐熱強度。第一節(jié)三維噴涂粘結快速成型工藝⑦計算機控制活塞使之下降一定高度(等于片層厚度)。第8

a)結構陶瓷制品b)注射模具圖6-2

采用3DP工藝制作的結構陶瓷制品和注射模具圖6-3經(jīng)過3DP工藝制作的金屬制件第一節(jié)三維噴涂粘結快速成型工藝a)結構陶瓷制品b)注94.三維噴涂粘結快速成型技術若干問題（1）成型材料性能要求三維噴涂粘結快速成型工藝對粉末材料的基本要求如下：

①顆粒小，尺度均勻；

②流動性好，確保供粉系統(tǒng)不堵塞；

③熔滴噴射沖擊時不產(chǎn)生凹坑、濺散和空洞等；

④與粘結液作用后固化迅速。三維噴涂粘結快速成型工藝對粘結液的基本要求如下：

①易于分散且穩(wěn)定，可長期儲存；

②不腐蝕噴頭；

③粘度低，表面張力高；④不易干涸，能延長噴頭抗堵塞時間。第一節(jié)三維噴涂粘結快速成型工藝4.三維噴涂粘結快速成型技術若干問題第一節(jié)三維噴涂粘結快10

（2）基本工藝參數(shù)三維噴涂粘結快速成型的基本工藝參數(shù)包括：噴頭到粉末層的距離，粉層厚度，噴射和掃描速度，輥子運動參數(shù)，每層間隔時間等。當制件精度及強度要求較高時，層厚應取較小值。粘結液與粉末空隙體積比即為飽和度，其程度取決于層厚、噴射量及掃描速度的大小，對制件的性能和質(zhì)量具有較大影響。噴射與掃描速度應根據(jù)制件精度與質(zhì)量及時間的要求與層厚等因素綜合考慮。（3）成型速度三維噴涂粘結快速成型工藝的成型速度受粘結劑噴射量的限制。典型的噴嘴以1cm3/min的流量噴射粘結劑，若有100個噴嘴，則模型制作速度為200cm3/min。美國麻省理工學院開發(fā)了兩種形式的噴射系統(tǒng):點滴式與連續(xù)式。這種多噴嘴的點滴式系統(tǒng)的成型速度已達每層僅用5s的時間(每層面積為0.5m×0.5m)，而連續(xù)式的則達到每層0.025s的時間。（4）成型精度三維噴涂粘結快速成型技術制作的模型的精度由兩個方面決定：一是噴涂粘結時制作的模型坯的精度，二是模型坯經(jīng)后續(xù)處理(焙燒)后的精度。第一節(jié)三維噴涂粘結快速成型工藝（2）基本工藝參數(shù)第一節(jié)三維噴涂粘結快速成型工藝1112噴墨式三維打印快速成型工藝三維打印快速成型設備及材料三維噴涂粘結快速成型工藝34其他快速成型工藝第六章三維打印快速成型及其他快速成型工藝12噴墨式三維打印快速成型工藝三維打印快速成型設備及材料三維12第二節(jié)噴墨式三維打印快速成型工藝zxyMJM噴頭工作臺原材料圖6-4

多噴嘴噴墨三維打印原理

像三維噴涂粘結快速成型工藝的建造過程類似于SLS工藝一樣，噴墨式三維打印快速成型工藝的建造過程類似于FDM工藝。噴墨式三維打印快速成型設備的噴頭更像噴墨式打印機的打印頭。與噴涂粘結工藝顯著不同之處是其累積的疊層不是通過鋪粉后噴射粘結液固化形成的，而是從噴射頭直接噴射液態(tài)的工程塑料瞬間凝固而形成薄層。

多噴嘴噴射成型為噴墨式三維打印設備的主要成型方式，噴嘴呈線性分布。噴嘴數(shù)量越來越多，打印精度（分辨率）越來越高，如3DSystems公司的ProJet6000型設備的特清晰打印模式（XHD）的打印精度為0.075mm，層厚為0.05mm。微熔滴直徑的大小決定了其成型的精度或打印分辨率，噴嘴的數(shù)量多少決定了成型效率的高低。第二節(jié)噴墨式三維打印快速成型工藝zxyMJM工作臺原材料圖1312噴墨式三維打印快速成型工藝三維打印快速成型設備及材料三維噴涂粘結快速成型工藝34其他快速成型工藝第六章三維打印快速成型及其他快速成型工藝12噴墨式三維打印快速成型工藝三維打印快速成型設備及材料三維14三維打印快速成型技術作為噴射成形技術之一，具有快捷、適用材料廣等許多獨特的優(yōu)點。該項技術是繼SLA、LOM、SLS和FDM四種應用最為廣泛的快速成型工藝技術后發(fā)展前景最為看好的一項快速成型技術。目前，該項技術由MIT研究取得成功后已經(jīng)轉讓給ExtrudeHone、Soligen、SpecificSurfaceCoporation、TDKCoporation、Therics以及ZCoporation等6家公司。已經(jīng)開發(fā)出來的部分商品化設備機型有ZCorp公司的Z系列，Objet公司的Eden系列、Connex系列及桌上型3D打印系統(tǒng)，3DSystems公司開發(fā)的PersonalPrinter系列與Professional系列以及Solidscape公司（原SandersPrototypeInc.）的T系列等。第三節(jié)三維打印快速成型設備及材料三維打印快速成型技術作為噴射成形技術之一，具有151.ZCorp公司開發(fā)的設備及材料第三節(jié)三維打印快速成型設備及材料1.ZCorp公司開發(fā)的設備及材料第三節(jié)三維打印快速成16圖6-2

ZCorp公司的Z150設備及其制作的白色模型圖6-3

ZCorp公司的Z250設備及其制作的彩色模型第三節(jié)三維打印快速成型設備及材料圖6-2ZCorp公司的Z150設備及其制作的白色模型17

圖6-4ZCorp公司的Z350設備及其制作的白色模型第三節(jié)三維打印快速成型設備及材料圖6-4ZCorp公司的Z350設備及其制作的白18

圖6-5ZCorp公司的Z650設備及其制作的彩色模型第三節(jié)三維打印快速成型設備及材料圖6-5ZCorp公司的Z650設備及其制作的192.Objet公司開發(fā)的設備及材料第三節(jié)三維打印快速成型設備及材料2.Objet公司開發(fā)的設備及材料第三節(jié)三維打印快速成型20a)Connex500b)Connex350V圖6-7

Objet公司的Connex型號設備圖6-8

Objet公司的Objet260型號設備第三節(jié)三維打印快速成型設備及材料a)Connex50021圖6-9

Objet公司的Eden型號設備a)Objet24b)Objet30圖6-10Objet公司的Eden型號設備第三節(jié)三維打印快速成型設備及材料圖6-9Objet公司的Eden型號設備a)Objet222第三節(jié)三維打印快速成型設備及材料第三節(jié)三維打印快速成型設備及材料23第三節(jié)三維打印快速成型設備及材料第三節(jié)三維打印快速成型設備及材料24

3.3DSystems公司開發(fā)的設備及材料3DSystems公司作為快速成型設備全球最早的設備供應商，一直以來致力于快速成型技術的研發(fā)與技術服務工作，在引領SLA光固化快速成型技術的同時，也陸續(xù)開展了其他快速成型技術的研究，陸續(xù)推出SLS設備及3DP設備等。近期，成功并購ZCorp公司，3DP技術的實力和地位再上新臺階。面向不同用戶的需求，目前推出的3DP設備分為Personal系列與Professional系列。2009年以來，3DSystems公司推出價格1萬美元以下的面向小客戶的Personal3DP設備。主要型號有Glider、AxisKit、RapMan、3DTouch、ProJet1000、ProJet1500、V-Flash等。第三節(jié)三維打印快速成型設備及材料3.3DSystems公司開發(fā)的設備及材料第三節(jié)三25Glider3DPrinter的外輪廓尺寸只有508（W）×406.4（D）×355.6（H）mm大小，重量只有7kg。建造速度為23mm/h，可制作模型的大小為203（W）×203（D）×140（H）mm。層厚為0.3mm，噴嘴直徑為0.5mm，位置精度為0.1mm。下圖為Gilder3DPrinter的照片，售價僅1400美元左右。圖6-113DSystems公司的Gilder三維打印機第三節(jié)三維打印快速成型設備及材料Glider3DPrint263DTouchPrinter增加了觸摸屏，型號分為單頭、雙頭和三頭等，輪廓尺寸為600×600×700mm，重量為38kg，價格約為4000美元，適合于家庭、學校教室及辦公室使用。下圖為3DTouchPrinter的照片。圖6-123DSystems公司的3DTouch三維打印機第三節(jié)三維打印快速成型設備及材料3DTouchPrinte27第三節(jié)三維打印快速成型設備及材料

ProJet1000&1500個人打印機及V-Flash個人打印機具有更高的打印分辨率和速度、更明亮的色彩及打印的模型耐久性更好，其設備主要參數(shù)如表6-6所示，使用材料為VisiJetFTI，其性能如表6-7所示。第三節(jié)三維打印快速成型設備及材料28第三節(jié)三維打印快速成型設備及材料第三節(jié)三維打印快速成型設備及材料29第三節(jié)三維打印快速成型設備及材料第三節(jié)三維打印快速成型設備及材料30第三節(jié)三維打印快速成型設備及材料第三節(jié)三維打印快速成型設備及材料31圖6-143DSystems公司的ProJetSD3000三維打印機圖6-153DSystems公司的ProJet5000三維打印機圖6-163DSystems公司的ProJet6000三維打印機第三節(jié)三維打印快速成型設備及材料圖6-143DSystems公司的ProJet圖6-3212噴墨式三維打印快速成型工藝三維打印快速成型設備及材料三維噴涂粘結快速成型工藝34其他快速成型工藝第六章三維打印快速成型及其他快速成型工藝12噴墨式三維打印快速成型工藝三維打印快速成型設備及材料三維33第四節(jié)其他快速成型工藝激光凈成型電子束選區(qū)熔化電子束熔絲層積細胞三維結構的增材制造成形金屬微滴3D打印成形………第四節(jié)其他快速成型工藝34激光近成形技術的基本原理如圖1所示。首先在計算機中生成零件的三維CAD實體模型，然后將模型按一定的厚度切片分層，即將零件的三維形狀信息轉換成一系列二維輪廓信息，隨后在數(shù)控系統(tǒng)的控制下，用同步送粉激光熔覆的方法將金屬粉末材料按照一定的填充路徑在一定的基材上逐點填滿給定的二維形狀，重復這一過程逐層堆積形成三維實體零件。原則上也可以采用同步送絲激光熔覆的方法來成形零件。激光凈成型激光近成形技術的基本原理如圖1所示。首先在計算機中生成零件的35三維打印快速成型工藝分析課件36三維打印快速成型工藝分析課件37電子束熔絲層積在真空環(huán)境中，利用高能量密度的電子束熔化送進的金屬絲材，按照計算機預先規(guī)劃的路徑層層堆積，形成致密的冶金結合，直至制造出近凈成形的零件與毛坯。國外也稱為電子束直接制造技術（ElectronBeamDirecManufacturing，EBDM）。由于成形速度快，往往尺寸精度及表面質(zhì)量不高，成形后還需進行少量的數(shù)控加工。適用于航空航天飛行器大型整體金屬結構的快速、低成本制造。電子束熔絲層積在真空環(huán)境中，利用高能量密度的電子束熔化送進的38三維打印快速成型工藝分析課件39電子束選區(qū)熔化工藝原理:電子束選區(qū)熔化成形技術（ElectronBeamselectivemelting,EBSM）是利用電子束為能量源，在真空保護下高速掃描加熱預置的粉末，通過逐層熔化疊加，直接自由成形多孔、致密或多孔-致密復合三維產(chǎn)品的技術。其工作原理如圖所示。首先，在工作臺上鋪一薄層粉末，電子束在電磁偏轉線圈的作用下由計算機控制，根據(jù)制件各層截面的CAD數(shù)據(jù)有選擇地對粉末層進行掃描熔化，未被熔化的粉末仍呈松散狀，可作為支撐；一層加工完成后，工作臺下降一個層厚的高度，再進行下一層鋪粉和熔化，同時新熔化層與前一層熔合為一體；重復上述過程到制件加工完后從真空箱中取出，用高壓空氣吹出松散粉末，得到三維零件。電子束選區(qū)熔化工藝原理:電子束選區(qū)熔化成形技術（Electr40三維打印快速成型工藝分析課件41細胞三維結構的增材制造成形細胞三維結構對于生理和病理研究、藥物篩選及其毒副作用研究、癌細胞生長研究以及細胞高密度培養(yǎng)等都具有重要的意義，其終極目標是實現(xiàn)人工組織或器官的制造。細胞三維結構的制造，將制造科學的研究領域由無生命材料，向生命材料擴展，但同時也提出了巨大的挑戰(zhàn)。細胞三維結構的增材制造成形細胞三維結構對于生理和病理研究、藥42金屬微滴3D打印成形金屬微滴3D打印技術是一種融合了熔滴按需噴射、快速原型技術和快速凝固技術，以“原材料逐層堆積”為成形思想的一種新型金屬零件直接制造方法，該技術原理下圖所示。在保護環(huán)境中，金屬微滴噴射器可噴射出尺寸均勻的金屬微滴，然后精準地控制這些均勻微滴在運動平臺上進行逐點、逐層的堆積，同時控制運動平臺的運動軌跡，以成形出具有復雜形狀的三維實體金屬零件。微滴在成形零件的過程中，直接依靠熔滴自身的熱量與基體在結合界面處發(fā)生局部重熔，實現(xiàn)熔滴間的冶金結合，由于熔滴直徑較小，其冷卻與凝固速度較快，可使得成形零件的組織較為細小均勻，以有效提高成形制件的力學性能。金屬微滴3D打印成形金屬微滴3D打印技術是一種融合了熔滴按需43微電子元件3D打印新技術在微電子工業(yè)中，三維打印設備可用于多種材料的噴射，例如導電膠、封裝膠、金屬焊料，有機材料以及電介質(zhì)材料等微電子元件3D打印新技術在微電子工業(yè)中，三維打印設備可用于多441、除了SLA、LOM、SLS及FDM快速原型工藝以外，其他應用較多的快速原型工藝有哪些？2、三維打印快速成型技術主要分為哪兩大類工藝方法？3、三維噴涂粘結工藝的基本原理是什么？該工藝具有哪些特點？4、三維打印快速成型商品化設備主要有哪些系列？5、光掩膜法的基本原理是什么？該工藝具有哪些特點？第六章三維打印快速成型及其他快速成型工藝思考題第六章三維打印快速成型及其他快速成型工藝思考題45第六章機械工業(yè)出版社（第三版）三維打印快速成型及其他快速成型工藝第六章機械工業(yè)出版社（第三版）三維打印快速成型及其他快速成46第六章三維打印快速成型及其他快速成型工藝

除了前面介紹的4種快速成型技術方法比較成熟之外，其它的許多技術也已經(jīng)實用化，如三維打印成型（ThreeDimensionalPrinting，3DP）、激光立體成型、電子束選區(qū)熔化、電子束熔絲層積、細胞三維結構的增材制造成形、三維焊接（ThreeDimensionalWelding）等。

其中三維打印快速成型技術因其材料較為廣泛，設備成本較低且可小型化到辦公室使用等，近年來發(fā)展較為迅速。三維打印快速成型工藝之所以稱之為打印成型，是因為該種快速成型工藝是以某種噴頭作為成型源，其運動方式與噴墨打印機的打印頭類似，在臺面上做X-Y平面運動，所不同的是噴頭噴出的不是傳統(tǒng)噴墨打印機的墨水，而是粘結劑、熔融材料或光敏材料等，基于快速成型技術基本的堆積建造模式，實現(xiàn)原型的快速制作。依據(jù)其使用材料不同及固化方式不同，3DP快速成型技術可分為粉末材料三維噴涂粘結成型、熔融材料噴墨三維打印成型兩大類工藝。第六章三維打印快速成型及其他快速成型工藝除了4712噴墨式三維打印快速成型工藝三維打印快速成型設備及材料三維噴涂粘結快速成型工藝34其他快速成型工藝第六章三維打印快速成型及其他快速成型工藝12噴墨式三維打印快速成型工藝三維打印快速成型設備及材料三維48

1.三維噴涂粘結快速成型工藝的基本原理粉末材料三維打印粘結（3DP或3DPG-ThreeDimensionalPrintingGluing）快速成型工藝是由美國麻省理工學院開發(fā)成功的，它的工作過程類似于噴墨打印機。目前使用的材料多為粉末材料（如陶瓷粉末、金屬粉末、塑料粉末等），其工藝過程與SLS工藝類似，所不同的是材料粉末不是通過激光燒結連接起來的，而是通過噴頭噴涂粘結劑（如硅膠）將零件的截面“印刷”在材料粉末上面。用粘結劑粘結的零件強度較低，還需后處理。后處理過程主要是先燒掉粘接劑，然后在高溫下滲入金屬，使零件致密化以提高強度。

第一節(jié)三維噴涂粘結快速成型工藝1.三維噴涂粘結快速成型工藝的基本原理第一節(jié)三維噴49圖6-1

三維噴涂粘結工藝原理

以粉末作為成型材料的3DP的工藝原理如圖6-1所示。首先按照設定的層厚進行鋪粉，隨后根據(jù)當前疊層的截面信息，利用噴嘴按指定路徑將液態(tài)粘結劑噴在預先鋪好的粉層特定區(qū)域，之后工作臺下降一個層厚的距離，繼續(xù)進行下一疊層的鋪粉，逐層粘結后去除多余底料便得到所需形狀制件。第一節(jié)三維噴涂粘結快速成型工藝圖6-1三維噴涂粘結工藝原理以粉末作為成型502.三維噴涂粘結快速成型工藝的特點三維噴涂粘結快速成型制造技術在將固態(tài)粉末生成三維零件的過程中與傳統(tǒng)方法比較具有很多優(yōu)點：

◎成本低

◎材料廣泛

◎成型速度快

◎安全性較好

◎應用范圍廣第一節(jié)三維噴涂粘結快速成型工藝

三維噴涂粘結快速成型技術在制造模型時也存在許多缺點，如果使用粉狀材料，其模型精度和表面粗糙度比較差，零件易變形甚至出現(xiàn)裂紋等，模型強度較低，這些都是該技術目前需要解決的問題。2.三維噴涂粘結快速成型工藝的特點第一節(jié)三維噴涂粘513.三維噴涂粘結快速成型工藝過程

三維噴涂粘結快速成型技術制作模型的過程與SLS工藝過程類似，下面以三維噴涂粘結快速成型工藝在陶瓷制品中的應用為例，介紹其工藝過程。

①利用三維CAD系統(tǒng)完成所需生產(chǎn)的零件的模型設計。

②設計完成后，在計算機中將模型生成STL文件，并利用專用軟件將其切成薄片。每層的厚度由操作者決定，在需要高精度的區(qū)域通常切得很薄。

③計算機將每一層分成矢量數(shù)據(jù)，用以控制粘結劑噴射頭移動的走向和速度。④用專用鋪粉裝置將陶瓷粉末鋪在活塞臺面上。

⑤用校平鼓將粉末滾平，粉末的厚度應等于計算機切片處理中片層的厚度。

⑥計算機控制的噴射頭按步驟③的要求進行掃描噴涂粘結，有粘接劑的部位，陶瓷粉粘結成實體的陶瓷體，周圍無粘結劑的粉末則起支撐粘結層的作用。

第一節(jié)三維噴涂粘結快速成型工藝3.三維噴涂粘結快速成型工藝過程第一節(jié)三維噴涂粘結快52

⑦計算機控制活塞使之下降一定高度(等于片層厚度)。

⑧重復步驟④、⑤、⑥、⑦四步，一層層地將整個零件坯體制作出來。

⑨取出零件坯，去除未粘結的粉末，并將這些粉末回收。

⑩對零件坯進行后續(xù)處理，在溫控爐中進行焙燒，焙燒溫度按要求隨時間變化。后續(xù)處理的目的是為了保證零件有足夠的機械強度及耐熱強度。第一節(jié)三維噴涂粘結快速成型工藝⑦計算機控制活塞使之下降一定高度(等于片層厚度)。第53

a)結構陶瓷制品b)注射模具圖6-2

采用3DP工藝制作的結構陶瓷制品和注射模具圖6-3經(jīng)過3DP工藝制作的金屬制件第一節(jié)三維噴涂粘結快速成型工藝a)結構陶瓷制品b)注544.三維噴涂粘結快速成型技術若干問題（1）成型材料性能要求三維噴涂粘結快速成型工藝對粉末材料的基本要求如下：

①顆粒小，尺度均勻；

②流動性好，確保供粉系統(tǒng)不堵塞；

③熔滴噴射沖擊時不產(chǎn)生凹坑、濺散和空洞等；

④與粘結液作用后固化迅速。三維噴涂粘結快速成型工藝對粘結液的基本要求如下：

①易于分散且穩(wěn)定，可長期儲存；

②不腐蝕噴頭；

③粘度低，表面張力高；④不易干涸，能延長噴頭抗堵塞時間。第一節(jié)三維噴涂粘結快速成型工藝4.三維噴涂粘結快速成型技術若干問題第一節(jié)三維噴涂粘結快55

（2）基本工藝參數(shù)三維噴涂粘結快速成型的基本工藝參數(shù)包括：噴頭到粉末層的距離，粉層厚度，噴射和掃描速度，輥子運動參數(shù)，每層間隔時間等。當制件精度及強度要求較高時，層厚應取較小值。粘結液與粉末空隙體積比即為飽和度，其程度取決于層厚、噴射量及掃描速度的大小，對制件的性能和質(zhì)量具有較大影響。噴射與掃描速度應根據(jù)制件精度與質(zhì)量及時間的要求與層厚等因素綜合考慮。（3）成型速度三維噴涂粘結快速成型工藝的成型速度受粘結劑噴射量的限制。典型的噴嘴以1cm3/min的流量噴射粘結劑，若有100個噴嘴，則模型制作速度為200cm3/min。美國麻省理工學院開發(fā)了兩種形式的噴射系統(tǒng):點滴式與連續(xù)式。這種多噴嘴的點滴式系統(tǒng)的成型速度已達每層僅用5s的時間(每層面積為0.5m×0.5m)，而連續(xù)式的則達到每層0.025s的時間。（4）成型精度三維噴涂粘結快速成型技術制作的模型的精度由兩個方面決定：一是噴涂粘結時制作的模型坯的精度，二是模型坯經(jīng)后續(xù)處理(焙燒)后的精度。第一節(jié)三維噴涂粘結快速成型工藝（2）基本工藝參數(shù)第一節(jié)三維噴涂粘結快速成型工藝5612噴墨式三維打印快速成型工藝三維打印快速成型設備及材料三維噴涂粘結快速成型工藝34其他快速成型工藝第六章三維打印快速成型及其他快速成型工藝12噴墨式三維打印快速成型工藝三維打印快速成型設備及材料三維57第二節(jié)噴墨式三維打印快速成型工藝zxyMJM噴頭工作臺原材料圖6-4

多噴嘴噴墨三維打印原理

像三維噴涂粘結快速成型工藝的建造過程類似于SLS工藝一樣，噴墨式三維打印快速成型工藝的建造過程類似于FDM工藝。噴墨式三維打印快速成型設備的噴頭更像噴墨式打印機的打印頭。與噴涂粘結工藝顯著不同之處是其累積的疊層不是通過鋪粉后噴射粘結液固化形成的，而是從噴射頭直接噴射液態(tài)的工程塑料瞬間凝固而形成薄層。

多噴嘴噴射成型為噴墨式三維打印設備的主要成型方式，噴嘴呈線性分布。噴嘴數(shù)量越來越多，打印精度（分辨率）越來越高，如3DSystems公司的ProJet6000型設備的特清晰打印模式（XHD）的打印精度為0.075mm，層厚為0.05mm。微熔滴直徑的大小決定了其成型的精度或打印分辨率，噴嘴的數(shù)量多少決定了成型效率的高低。第二節(jié)噴墨式三維打印快速成型工藝zxyMJM工作臺原材料圖5812噴墨式三維打印快速成型工藝三維打印快速成型設備及材料三維噴涂粘結快速成型工藝34其他快速成型工藝第六章三維打印快速成型及其他快速成型工藝12噴墨式三維打印快速成型工藝三維打印快速成型設備及材料三維59三維打印快速成型技術作為噴射成形技術之一，具有快捷、適用材料廣等許多獨特的優(yōu)點。該項技術是繼SLA、LOM、SLS和FDM四種應用最為廣泛的快速成型工藝技術后發(fā)展前景最為看好的一項快速成型技術。目前，該項技術由MIT研究取得成功后已經(jīng)轉讓給ExtrudeHone、Soligen、SpecificSurfaceCoporation、TDKCoporation、Therics以及ZCoporation等6家公司。已經(jīng)開發(fā)出來的部分商品化設備機型有ZCorp公司的Z系列，Objet公司的Eden系列、Connex系列及桌上型3D打印系統(tǒng)，3DSystems公司開發(fā)的PersonalPrinter系列與Professional系列以及Solidscape公司（原SandersPrototypeInc.）的T系列等。第三節(jié)三維打印快速成型設備及材料三維打印快速成型技術作為噴射成形技術之一，具有601.ZCorp公司開發(fā)的設備及材料第三節(jié)三維打印快速成型設備及材料1.ZCorp公司開發(fā)的設備及材料第三節(jié)三維打印快速成61圖6-2

ZCorp公司的Z150設備及其制作的白色模型圖6-3

ZCorp公司的Z250設備及其制作的彩色模型第三節(jié)三維打印快速成型設備及材料圖6-2ZCorp公司的Z150設備及其制作的白色模型62

圖6-4ZCorp公司的Z350設備及其制作的白色模型第三節(jié)三維打印快速成型設備及材料圖6-4ZCorp公司的Z350設備及其制作的白63

圖6-5ZCorp公司的Z650設備及其制作的彩色模型第三節(jié)三維打印快速成型設備及材料圖6-5ZCorp公司的Z650設備及其制作的642.Objet公司開發(fā)的設備及材料第三節(jié)三維打印快速成型設備及材料2.Objet公司開發(fā)的設備及材料第三節(jié)三維打印快速成型65a)Connex500b)Connex350V圖6-7

Objet公司的Connex型號設備圖6-8

Objet公司的Objet260型號設備第三節(jié)三維打印快速成型設備及材料a)Connex50066圖6-9

Objet公司的Eden型號設備a)Objet24b)Objet30圖6-10Objet公司的Eden型號設備第三節(jié)三維打印快速成型設備及材料圖6-9Objet公司的Eden型號設備a)Objet267第三節(jié)三維打印快速成型設備及材料第三節(jié)三維打印快速成型設備及材料68第三節(jié)三維打印快速成型設備及材料第三節(jié)三維打印快速成型設備及材料69

3.3DSystems公司開發(fā)的設備及材料3DSystems公司作為快速成型設備全球最早的設備供應商，一直以來致力于快速成型技術的研發(fā)與技術服務工作，在引領SLA光固化快速成型技術的同時，也陸續(xù)開展了其他快速成型技術的研究，陸續(xù)推出SLS設備及3DP設備等。近期，成功并購ZCorp公司，3DP技術的實力和地位再上新臺階。面向不同用戶的需求，目前推出的3DP設備分為Personal系列與Professional系列。2009年以來，3DSystems公司推出價格1萬美元以下的面向小客戶的Personal3DP設備。主要型號有Glider、AxisKit、RapMan、3DTouch、ProJet1000、ProJet1500、V-Flash等。第三節(jié)三維打印快速成型設備及材料3.3DSystems公司開發(fā)的設備及材料第三節(jié)三70Glider3DPrinter的外輪廓尺寸只有508（W）×406.4（D）×355.6（H）mm大小，重量只有7kg。建造速度為23mm/h，可制作模型的大小為203（W）×203（D）×140（H）mm。層厚為0.3mm，噴嘴直徑為0.5mm，位置精度為0.1mm。下圖為Gilder3DPrinter的照片，售價僅1400美元左右。圖6-113DSystems公司的Gilder三維打印機第三節(jié)三維打印快速成型設備及材料Glider3DPrint713DTouchPrinter增加了觸摸屏，型號分為單頭、雙頭和三頭等，輪廓尺寸為600×600×700mm，重量為38kg，價格約為4000美元，適合于家庭、學校教室及辦公室使用。下圖為3DTouchPrinter的照片。圖6-123DSystems公司的3DTouch三維打印機第三節(jié)三維打印快速成型設備及材料3DTouchPrinte72第三節(jié)三維打印快速成型設備及材料

ProJet1000&1500個人打印機及V-Flash個人打印機具有更高的打印分辨率和速度、更明亮的色彩及打印的模型耐久性更好，其設備主要參數(shù)如表6-6所示，使用材料為VisiJetFTI，其性能如表6-7所示。第三節(jié)三維打印快速成型設備及材料73第三節(jié)三維打印快速成型設備及材料第三節(jié)三維打印快速成型設備及材料74第三節(jié)三維打印快速成型設備及材料第三節(jié)三維打印快速成型設備及材料75第三節(jié)三維打印快速成型設備及材料第三節(jié)三維打印快速成型設備及材料76圖6-143DSystems公司的ProJetSD3000三維打印機圖6-153DSystems公司的ProJet5000三維打印機圖6-163DSystems公司的ProJet6000三維打印機第三節(jié)三維打印快速成型設備及材料圖6-143DSystems公司的ProJet圖6-7712噴墨式三維打印快速成型工藝三維打印快速成型設備及材料三維噴涂粘結快速成型工藝34其他快速成型工藝第六章三維打印快速成型及其他快速成型工藝12噴墨式三維打印快速成型工藝三維打印快速成型設備及材料三維78第四節(jié)其他快速成型工藝激光凈成型電子束選區(qū)熔化電子束熔絲層積細胞三維結構的增材制造成形金屬微滴3D打