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3D打印原理是什么

3D打印原理是什么

3D打印即快速成型技术的一种，又称增材制造，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。下面我为大家带来3D打印原理是什么，希望大家喜欢！

1. 技术原理

3D打印技术与激光成型技术基本上是一样的。简单来说，就是通过采用分层加工、迭加成形，逐层增加材料来生成3D实体。称它为“打印机”的原因是参照了其技术原理，3D打印机的分层加工过程与喷墨打印机十分相似。首先是运用计算机设计出所需零件的三维模型，然后再根据工艺需求，按照一定规律将该模型离散为一系列有序的单位，通常在Z向将其按照一定的厚度进行离散，把原来的三维CAD模型变成一系列的层片;然后再根据每个层片的轮廓信息，输入加工参数，然后系统后自动生成数控代码;最后由成型一系列层片并自动将它们连接起来，最后得到一个三维物理实体。

2. 优点

一、最直接的好处就是节省材料，不用剔除边角料，提高材料利用率，通过摒弃生产线而降低了成本;

二、能做到很高的精度和复杂程度，除了可以表现出外形曲线上的设计;

三、不再需要传统的刀具、夹具和机床或任何模具，就能直接从计算机图形数据中生成任何形状的零件;

四、它可以自动、快速、直接和精确地将计算机中的设计转化为模型，甚至直接制造零件或模具，从而有效的缩短产品研发周期;

五、3D打印能在数小时内成形.它让设计人员和开发人员实现了从平面图到实体的飞跃;

六、它能打印出组装好的产品，因此它大大降低了组装成本。它甚至可以挑战大规模生产方式。

3. 缺点

任何一个产品都应该具有功能性，而如今由于受材料等因素限制，通过3D打印制造出来的产品在实用性上要打一个问号。

①强度问题：房子、车子固然能“打印”出来，但是否能抵挡得住风雨，是否能在路上顺利跑起来，仍是一个必须面对的问题;

②精度问题：由于分层制造存在“台阶效应”，每个层次虽然很薄，但在一定微观尺度下，仍会形成具有一定厚度的一级级“台阶”，如果需要制造的对象表面是圆弧形，那么就会造成精度上的偏差;

③材料的局限性：目前供3D打印机使用的材料非常有限，无外乎石膏、无机粉料、光敏树脂、塑料等，能够应用于3D打印的材料还非常单一，以塑料为主，并且打印机对单一材料也非常挑剔。

4.3D打印技术在高分子材料中的应用

1. 高分子原材料的种类

作为3D打印的重要环节，材料方面也是起到举足轻重的作用的，目前常用的3D打印高分子材料有聚酰胺、聚酯、聚碳酸酯、聚乙烯、聚丙烯和ABS等。在光固化立体印刷中的齐聚物的种类繁多，其中应用较多的主要包括如聚氨酯丙烯酸树脂、环氧丙烯酸树脂、聚丙烯酸树脂以及氨基丙烯酸树脂。

2. 常见应用工艺

目前应用较多的3D打印高分子材料技术主要包括光固化立体印刷(SLA)、熔融沉积成型( FDM)、选择性激光烧结(SLS)等。

5.光固化立体印刷

光固化3D打印(SLA)工作原理与喷墨打印类似，在数字信号的控制下，喷嘴工作腔内的液体光敏树脂在瞬间形成液滴，在压力作用下喷嘴喷出到指定的位置，然后通过紫外光对光敏树脂固化，固化后逐层堆积，得到成形零件。成形过程如下：首先根据零件截面的形状，控制打印喷头沿X、Y轴运动，在既定截面的相关实体区域打印实体材料，在支撑区域打印支撑材料，并在紫外光的照射下进行固化，然后打印平台沿Z轴下降一定高度，喷头接着打印固化下一层，如此逐层打印固化直至工件的完成，最后除去工件中的支撑材料即可获得所需的工件。

光固化3D打印材料由光固化实体材料与支撑材料组成，其中支撑材料根据其固化方式不同又可分为相变蜡支撑材料和光固化支撑材料。光固化支撑材料通常俗称光敏树脂，主要由齐聚物、反应性稀释剂(活性单体)、光引发剂以及其它助剂组成。国外由于起步较早，并且3D打印机能够为光敏树脂的研究提供实验器材的支持，因而国外在3D打印光敏树脂做的较为成熟。目前国外做的最好的就是以色列OBJET公司以及美国的3DSystems公司，这两个公司占据了绝大部分3D打印光敏树脂的市场。但是这些公司把光敏树脂作为核心技术，成果很少对外公布，并且将这些光敏树脂与其生产的光固化3D打印机捆绑销售。

6. 光固化3D打印原理图

光固化立体印刷制备生物可降解支架材料的高分子原料包括光敏分子修饰的聚富马酸二羟丙酯(PPF)聚(D，L-丙交酯)(PLA)聚( -己内酯)(PCL)、聚碳酸酯、以及蛋白质多糖等天然高分子. 为了降低液态树脂原料的黏度，还需要加入小分子的溶剂或稀释剂，常用的如可参与光聚合反应的富马酸二乙酯(DEF)和N-乙烯基吡咯烷酮(NVP)，以及不参与聚合反应的乳酸乙酯，该技术获得的3D成型材料具有可调控的孔尺寸孔隙率贯通性和孔分布。

7.熔融沉积成型

熔融沉积成型( FDM) 是采用热熔喷头，使得熔融状态的材料按计算机控制的路径挤出沉积，并凝固成型，经过逐层沉积凝固，最后除去支撑材料，得到所需的`三维产品(图2 )。FDM技所使用的原料通常为热缩性高分子，包括ABS、聚酰胺、聚酯、聚碳酸酯、聚乙烯、聚丙烯等.该技特点是成型产品精度高表面质量好成型机结构简单无环境污染等，但是其缺点是操作温度较高。

近年来，利用FDM技术制备生物医用高分子材料也受到越来越多的重视，尤其是以脂肪族聚酯为原料制备生物可降解支架材料，取得了相当多的进展。材料的性质受到压力梯度熔体流速温度梯度等影响，聚酯与无机粒子的复合物也能用于熔融沉积成型制备3D支架材料。

8.选择性激光烧结

选择性激光烧结(SLS)是采用激光束按照计算机指定路径扫描，使工作台上的粉末原料熔融粘结固化。当一层扫描完毕，移动工作台，使固化层表面铺上新的粉末原料，经过逐层扫描粘结，获得三维材料。与SLA技术通过紫外光逐层引发液态树脂原料发生聚合或交联反应不同，SLS技是通过激光产生高温使粉末原料表面熔融相互粘结来形成三维材料。SLS技术常用的原料包塑料陶瓷金属粉末等。其优点是加工速度快，无需使用支撑材料，但缺点是成型产品表面较糙，需后处理，加工过程中会产生粉尘和有毒气体，而且持续高温可能造成高分子材料的降解，及生物活性分子的变形或细胞的凋亡，该技术不能用于制备水凝胶支架。以生物可降解高分子为原料，利用SLS技术，也是制备外部形态和内部结构可控3D医用高分子材料的有效途径。对支架性能产生影响的主要参数包括颗粒尺寸激光能量激光扫描速率部分床层温度等。

9.3D打印技术高分子材料的应用行业介绍

(1)机械制造：3D打印技术制造飞机零件、自行车、步枪、赛车零件等。

(2)医疗行业：在医学领域，借助3D打印制作假牙，股骨头、膝盖等骨关节技术应用也非常广，技术越来越成熟。

(3)建筑行业：工程师和设计师们已经接受了用3D打印机打印的建筑模型，这种方法快速、成本低、环保，同时制作精美，完全合乎设计者的要求。同时又能节省大量材料。

(4)汽车制造行业：用3D打印技术为汽车公司制造自动变速箱的壳体。汽车公司会对变速箱进行各种极端状况下的测试，其中一些零件就是用3D打印方法做的。定型了以后，再开模具，然后按照传统制造方法批量生产.这样成本就会大大降低。

3D打印技术代表制造业发展新趋势，它和其他一些数字化生产模式的涌现将推动实现第三次工业革命。可以充分应用高分子材料的成型技术中，制备复杂的一体化高分子材料器件，高分子医用行业将成为3D打印技术带来发展机遇，同时高分子材料将为3D打印技术提供轻质、高强、耐腐蚀的特点。

10.限制因素

10.1.材料的限制

3D打印胚胎干细胞虽然高端工业印刷可以实现塑料、某些金属或者陶瓷打印， 但无法实现打印的材料都是比较昂贵和稀缺的。另外，打印机也还没有达到成熟的水平，无法支持日常生活中所接触到的各种各样的材料。

研究者们在多材料打印上已经取得了一定的进展，但除非这些进展达到成熟并有效，否则材料依然会是3D打印的一大障碍。

10.2.机器的限制

3D打印技术在重建物体的几何形状和机能上已经获得了一定的水平，几乎任何静态的形状都可以被打印出来，但是那些运动的物体和它们的清晰度就难以实现了。这个困难对于制造商来说也许是可以解决的，但是3D打印技术想要进入普通家庭，每个人都能随意打印想要的东西，那么机器的限制就必须得到解决才行。

10.3.知识产权的忧虑

在过去的几十年里，音乐、电影和电视产业中对知识产权的关注变得越来越多。3D打印技术也会涉及到这一问题，因为现实中的很多东西都会得到更 加广泛的传播。人们可以随意复制任何东西，并且数量不限。如何制定3D打印的法律法规用来保护知识产权，也是我们面临的问题之一，否则就会出现泛滥的现象。

10.4.道德的挑战

3D打印枪械[14]道德是底线。什么样的东西会违反道德规律是很难界定的，如果有人打印出生物器官和活体组织，在不久的将来会遇到极大的道德挑战。

10.5.花费的承担

3D打印技术需要承担的花费是高昂的。第一台3D打印机的售价为1万5。如果想要普及到大众，降价是必须的，但又会与成本形成冲突。

每一种新技术诞生初期都会面临着这些类似的障碍，但相信找到合理的解决方案3D打印技术的发展将会更加迅速，就如同任何渲染软件一样，不断地更新才能达到最终的完善。

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3D打印的技术原理是什么？

3D打印技术过程原理：3D打印机在设计文件指令的引导下，先喷出固体粉末或熔融的液态材料，使其固化为一体特殊的平面薄层。第一层固化后，3D打印机打印头返回，在第一层外部形成另一薄层。第二层固化后，打印头再次返回，并在第二层外部形成另一薄层。如此往复，最终薄层累积成为三维物体。与传统制造机器那样通过切割或模具塑造制造物品的方法不同，3D打印机通过层层堆积形成实体物品的方法从物理的角度扩大了数字概念的范围。对于要求具有精确对内部凹陷或互锁部分的形状设计，3D打印机是首选的加工设备，它可以将这样的设计在实体世界中实现。由于打印精度高，打印出的模型品质自然不错。除了可以表现出外形曲线上的设计，结构以及运动部件也不在话下。3D打印带来了世界性制造业革命，以前是部件设计完全依赖于生产工艺能否实现，而3D打印机的出现，将会颠覆这一生产思路，这使得企业在生产部件的时候不再考虑生产工艺问题，任何复杂形状的设计均可以通过3D打印机来实现。3D打印无需机械加工或模具，就能直接从计算机图形数据中生成任何形状的物体， 从而极大地所缩短了产品的生产周期，提高了生产率。尽管仍有待完善，但3D打印技术市场潜力巨大，势必成为未来制造业的众多突破技术之一。

3D打印机原理是什么？

目前市面较为主流的3D打印机原理有以下两种：1、以FDM ( 熔融层积成型技术 ) 技术为核心技术的3D打印机。根据软件预设的坐标挤出热塑性塑料丝，只需要将长丝卷轴装入3D打印机，然后送入挤出头，在挤出头位置配有加热喷嘴，一旦喷嘴达到所需温度，电机就会驱动3D打印材料使其熔化。再凭借3D打印机的设置自主移动挤出头，将熔化的材料放置在精确的位置，等待冷却和固化完成图层后，构建平台就会向下移动并重复该过程，直到完成整个模型。2、以PolyJet 3D打印技术为核心技术的3D打印机。将光敏树脂材料一层一层地喷射到打印托盘上，直至部件制作完成。与喷墨打印原理类似的UV固化技术，每一层材料在被喷射的同时用紫外线光进行固化，可以立即进行取出与使用，无需二次固化。3D打印机的原理远不止这两种，随着技术的发展，未来3D打印机技术将不断创新，更加贴合实际生活需求。

3d打印能做假肢吗？

1、3d打印能做什么材质的假肢？

目前3d打印主要材料是塑料和光敏树脂，我这里常用的是pla。他的优点是成本低，环保，遇热可变形，如果觉得不贴身，用热水烫一下就能重新塑形。缺点是成型时间长，表面有纹理，精度不高，我做新设计的手指里面添加了轴承，余量留的少，组装起来很麻烦。打算换成光固化的光敏树脂，精度提升的不是一点两点。光固化的精度高，外形漂亮，但是偏硬，不容易变形。

3d打印还可以使用金属材料， 一个铝合金的金属假手，如果厚度为1毫米，外壳重量在150克左右，比手机要重一点。添加电机后的重量不一定。

2、假肢硬如何带？

做个接受腔。用某宝上买来的硅胶，以肢体（残肢）模型为准，做出来硅胶内衬。贴上去就行。硅胶可以选择不同硬度。有人觉得硅胶不透气，我现在还没有更好的办法。想到的解决方案是在模型上添加凹凸不一样的点，做出来有空隙的内衬，不确定是否可行。

3、3d打印做假肢的原理是什么？

首先要有3d模型，就是肢体模型和假肢模型，把两个相互组合起来，完整的假肢模型，减去肢体模型，就是要打印的假肢模型。

4、如何获得肢体模型？

目前假肢制作流程一般是通过现场取模，不过现在有了新的技术。可以通过CT扫描后的数据建模。这样就不用千里迢迢过来实地测量了。只需要找医生索要CT扫描的DICOM数据，大概几十张到一两百张的图层信息。就可以通过软件重现假肢外观。在做假肢之前，先做一个模型，自己对比一下，如果合适，就可以进行假肢设计了。

5、能不能根据左手外观做右手的假肢？

如果左手完整，右手受伤，完全可以通过左手数据，做出来一个右手。毕竟，左手是最像右手的。只需要CT扫描的时候，扫描一下左手。不过由于不同价值内置的电机型号不一样，手掌厚度会不一样。可能会稍微大一点。

6、3d打印的成本高吗？

单纯打印塑料假手的成本不高，目前还有慈善团体提供免费的打印手，比如国内的春风助残团队。只不过免费的假手，很多人 觉得不够美观和贴身。

如果对外观有要求，那么假肢的设计时间比较长，做高端的肌电手成本也不低，现在说这个价格比较敏感。怕删帖，可私信。

7、打印假肢对身体有什么要求？

保留腕部，手臂肌肉能够收缩的，制作假肢选择余地比较大。具体问题具体分析。