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3D 打印技术方法研究以及发展趋势引言在科学技术飞快发展的今天,打印技术随处可见,如今,一种新型的打印技术,或者说一种快速成型技术逐渐进入人们的视野—— 3D 打印。 3D 打印作为一种降低工件制作难度的技术被人们所推崇。在 1986 年, Charles Hull 开发了第一台商业 3D 印刷机开始, 3D 打印就开始登上历史舞台。九十年代的好莱坞电影开始出现以 3D 打印为灵感的故事情节,并且为了满足人类这种“上帝”思想,科研人员开始了 3D 打印技术的开发与研究。近 20 年来, 3D 打印技术取得了快速发展,在消费电子产品、汽车、航空航天、医疗、军工、地理信息及艺术设计等领域被大量使用。随着工艺、材料和装备的日益成熟, 3D 打印技术的应用范围不断扩大, 从制造设备向生活产品发展。本文首先介绍了 3D 打印的概念原理与产生发展, 然后说明了 3D 打印所使用的技术, 最后对 3D 打印的未来做出阐述并选出比较新颖的案例, 对 3D 打印做出比较全面的介绍。一、 3D 打印技术概念原理 1 、概念 3D 打印,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。 2 、一般原理及过程三维 CAD 模型设计先通过计算机辅助设计( CAD )或计算机动画建模软件建模,再将建成的三维模型“分区”成逐层的截面,从而指导打印机逐层打印。 CAD 模型的近似处理用 STL 文件格式进行数据转换,将三维实体表面用一系列相连的小三角形逼近,得到 STL 格式的三维近似模型文件。设计软件和打印机之间协作的标准文件格式是 STL 文件格式。一个 STL 文件使用三角面来大致模拟物体的表面。三角面越小其生成的表面分辨率越高。 PLY 是一种通过扫描来产生三维文件的扫描器,其生成的 VRML 或者 WRL 文件经常被用作全彩打印的输入文件。对 STL 文件的切片处理打印机通过读取文件中的横截面信息, 用液体状、粉状或片状的材料将这些截面逐层地打印出来, 再将各层截面以各种方式粘合起来从而制造出一个实体。这种技术的特点在于其几乎可以造出任何形状的物品。打印机打出的截面的厚度(即Z 方向) 以及平面方向即 X-Y 方向的分辨率是以 dpi (像素每英寸)或者微米来计算的。一般的厚度为 100 微米,即 毫米,也有部分打印机如 Objet Connex 系列还有 3D Systems' ProJet 系列可以打印出 16 微米薄的一层。而平面方向则可以打印出跟激光打印机相近的分辨率。打印出来的“墨水滴”的直径通常为 50到 500 个微米。用传统方法制造出一个模型通常需要数小时到数天,根据模型的尺寸以及复杂程度而定。而用 3D 打印的技术则可以将时间缩短为数小时,当然其是由打印机的性能以及模型的尺寸和复杂程度而定的。传统的制造技术如注塑法可以以较低的成本大量制造聚合物产品,而 3D 打印技术则可以以更快,更有弹性以及更低成本的办法生产数量相对较少的产品。一个桌面尺寸的 3D打印机就可以满足设计者或概念开发小组制造模型的需要。完成目前 3D 打印机的分辨率对大多数应用来说已经足够(在弯曲的表面可能会比较粗糙, 像图像上的锯齿一样), 要获得更高分辨率的物品可以通过如下方法: 先用当前的 3D 打印机打出稍大一点的物体,再稍微经过表面打磨即可得到表面光滑的“高分辨率”物品。有些技术可以同时使用多种材料进行打印。有些技术在打印的过程中还会用到支撑物, 比如在打印出一些有倒挂状的物体时就需要用到一些易于除去的东西( 如可溶的东西) 作为支撑物。二、 3D 打印技术的产生与发展 1 、产生长久以来科学家和技术工作者一直有着一个复制技术的设想, 但直到 20 世纪 80 年代,3D 打印的概念才算真正开始实现。 1982 年,首次公开实现实体模型印制的是日本名古屋市工业研究所。然而, 最常被冠以发明“现代” 3D 打印机的人是查尔斯·W· 赫尔( Chuck Hull ), 1984 年,他定义了专利术语 Stereolithography “立体光刻造型技术”(系统通过创建多个截面的方式生成三维物体对象)。 2 、发展历史 1984 年- 查尔斯· 赫尔发明将数字资源打印成三维立体模型的技术。 1986 年- 立体光敏成型 1986 年- 查尔斯· 赫尔命名他发明的技术叫立体光敏成型技术,并以此获得了专利。 1986 年–查尔斯· 赫尔成立 3D Systems 公司,并开发了第一个商用 3D 打印机,它被称为立体光敏成型设备。 1988 年- 3D 系统开发 SLA-250 型商业打印机, 这是第一个面向公众的打印机版本。 1988 年- 斯科特· 克伦普发明了熔融沉积成型技术(