3D打印技术

基本信息

中文名

D打印机，三维打印机，三维快速成型

外文名

3D Printers（3DP) 发明者

恩里科·迪尼

应用领域

医学，工业设计等

特点

直接从计算机图形数据中生成物体

技术特征

累积制造技

主要结构

主要是电子部分、机械部分和软件

电子部分：系统板、主板、电机驱动板、温度控制板（如果采用热敏电阻测温一般不需要用到温控板）、加热管、热电偶（或者是热敏电阻）、热床（目前淘宝最新的是MK2b）

机械部分：现在大部分是采用步进电机带动同步带的方式，有的使用滑台组成XYZ轴，所以就需要电机、支架、同步轮、同步带等

软件部分：固件、上位机程序、烧录软件

和通常见到的打印机一样，3D打印机也是由控制电路、驱动电路、数据处理电路、电源及输入输出模块这几个部分构成。重庆大学自动化学院罗克韦尔实验室将闪铸AdventurerⅢ3D打印机拆解开来，对其主要元器件逐个进行分析。

从外观来看，采用FDM熔融层积成型技术面相的个人消费者的3D打印机的结构并不复杂，甚至有点简陋，不过也正是这样的原因才能够将3D打印机的价格从几万甚至几十万美元降低到几千元人民币。目前，消费级的3D打印机主要都由PC电源、主控电路、步进电机及控制电路、高温喷头和工件输出基板这几个部分组成，外面用木板来固定，采用非密闭式铸模平台。我们测试的这款闪铸AdventurerⅢ3D打印机相对比较高端，不仅能够通过USB连接线连接电脑进行打印控制，还能够插入储存有3D模型文件的SD卡，通过LCD打印控制界面来进行控制打印。

技术原理

3D打印机又称三维打印机(3DP)，是一种累积制造技术，即快速成形技术的一种机器，它是一种数字模型文件为基础，运用特殊蜡材、粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过打印一层层的粘合材料来制造三维的物体。现阶段三维打印机被用来制造产品。逐层打印的方式来构造物体的技术。3D打印机的原理是把数据和原料放进3D打印机中，机器会按照程序把产品一层层造出来。

3D打印机堆叠薄层的形式有多种多样。3D打印机与传统打印机最大的区别在于它使用的“墨水”是实实在在的原材料，堆叠薄层的形式有多种多样，可用于打印的介质种类多样，从繁多的塑料到金属、陶瓷以及橡胶类物质。有些打印机还能结合不同介质，令打印出来的物体一头坚硬而另

一头柔软。

1、有些3D打印机使用“喷墨”的方式。即使用打印机喷头将一层极薄的液态塑料物质

喷涂3D打印技术

在铸模托盘上，此涂层然后被置于紫外线下进行处理。之后铸模托盘下降极小的距离，以供下一层堆叠上来。

2、还有的使用一种叫做“熔积成型”的技术，整个流程是在喷头内熔化塑料，然后通过沉积塑料纤维的方式才形成薄层。

3、还有一些系统使用一种叫做“激光烧结”的技术，以粉末微粒作为打印介质。粉末微粒被喷撒在铸模托盘上形成一层极薄的粉末层，熔铸成指定形状，然后由喷出的液态粘合剂进行固化。

4、有的则是利用真空中的电子流熔化粉末微粒，当遇到包含孔洞及悬臂这样的复杂结构时，介质中就需要加入凝胶剂或其他物质以提供支撑或用来占据空间。这部分粉末不会被熔铸，最后只需用水或气流冲洗掉支撑物便可形成孔隙。

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。

主要特点

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打印使得人们可以在一些电子产品商店购买到这类打印机，工厂也在进行直接销售。科学家们表示，三维打印机的使用范围还很有限，不过在未来的某一天人们一定可以通过3D打印机打印出更实用的物品。

3D打印技术对美国太空总署的太空探索任务来说至关重要，国际空间站现有的三成以上的备用部件都可由这台3D打印机制造。这台设备将使用聚合物和其他材料，利用挤压增量制造技术逐层制造物品。3D打印实验是美国太空总署未来重点研究项目之一，3D打印零部件和工具将增强太空任务的可靠性和安全性，同时由于不必从地球运输，可降低太空任务成本。

操作流程

三维打印通常是采用数字技术材料打印机来实现的，

使用3D打印机的流程是：

1、轻点电脑屏幕上的“打印”按钮，一份数字文件便被传送到一台喷墨打印机上，它将一层墨水喷到纸的表面以形成一副二维图像。

2、而在3D打印时，软件通过电脑辅助设计技术（CAD）完成一系列数字切片，并将这些切片的信息传送到3D打印机上，后者会将连续的薄型层面堆叠起来，直到一个固态

工作步骤和过程

软件建模

3D打印机工作步骤是这样的：

先通过计算机建模软件建模，如果你有现成的模型也可以，比如动物模型、人物、

或者微缩建筑等等。

然后通过SD卡或者USB优盘把它拷贝到3D打印机中，进行打印设置后，打印机就可以把它们打印出来，其工作结构分解图如下。

3D打印机的工作原理和传统打印机基本一样，都是由控制组件、机械组件、打印头、耗材和介质等架构组成的，打印原理是一样的。3D打印机主要是在打印前在电脑上设计了一个3D打印技术

完整的三维立体模型，然后再进行打印输出。

3D打印与激光成型技术一样，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。

三维设计

三维打印的设计过程是：先通过计算机建模软件建模，再将建成的三维模型“分区”成逐层的截面，即

切片，从而指导打印机逐层打印。

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文件使用三角面来近似模拟物体的表面。三角面越小其生成的表面分辨率越高。PLY是一种通过扫描产生的三维文件的扫描器，其生成的VRML或者WRL文件经常被用作全彩打印的输入文件。

打印过程

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0.1毫米，也有部分打印机如Objet Connex 系列还有三维

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100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。而用三维打印的技术则可以将时间缩短为数个小时，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，而三维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。一个桌面尺寸的三维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。

制作完成

三维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：先用当前的三维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。

3d打印后期如何对ABS材料进行抛光处理



对于日常我们使用3D打印机打印的小模型，由于打印后表面及模型的细节需我们进行后期相关的处理。目前关于采用熔融沉积造型（FDM）3D打印的打印过程已经有很多人介绍，但对于打印完成后的操作还是很少见，一般打印完需要进行以下操作：

1、把产品从底板上取下，所用工具：铲子；

2、去除支撑，所用工具：电线剪；

3、细部修整，所用工具：雕刻刀；

4、抛光，所用工具：丙酮、加热器、玻璃容器和不锈钢架；（这个步骤不一定要，关键3D打印技术

看打印效果）通过如上几点，将使我们打印出来的模型处理得更漂亮效果更完美。

3d打印完成后常见的抛光的方法和原理有

1。砂纸打磨；2。用不同溶剂擦拭打磨；3。像打鸡蛋一样把产品放在装有溶剂的碗里搅拌；4。

溶剂蒸汽熏蒸（例如用丙酮抛光的办法）、

BS会溶解于丙酮中。ABS溶于丙酮、丁酮、甲异丁酮、醋酸乙醋、醋酸戊酯、苯、甲苯、二甲苯、四氢呋喃、二氯乙烷、氯仿、三氯乙烷等绝大多数常见有机溶剂。可以利用这种溶解性对ABS进行修复。以下是相关资料。

ABS工程塑料的粘接技术

ABS塑料是以丙烯腈、丁二烯、苯乙烯三种原料为单体经过共聚而成的一种热塑性塑料，人们为了称呼方便，就用这三种原料的英文名称的第一个字母组合在一起，称之为ABS塑料。这里“A”代表丙烯腈，“B”代表丁二烯，“s”代表苯乙烯。与普通塑料相比，ABS塑料耐热性好，表面硬度高，耐冲击强度大，尺寸稳定，绝缘性能好，耐化学腐蚀，并能进行金属电镀与喷涂。因此，电视机、收录机、洗衣机、电风扇等常用的电器，经常采用ARS塑料做外壳。ABE；塑料缺点是不透明，耐老化性比较差，它与冰醋酸及某些植物油接触会引起制品开裂。

遇到ABS塑料制品开裂或破碎，可以用毛笔蘸取少量丙酮或醋酸乙、丁酯溶剂，小心地涂在破裂处，合拢待干后便可以粘牢。对一些强度要求比较高的制品，可以采用表20—4所示两种配方溶剂进行粘接修补。甲苯

50g，二氯甲苯

50g，ABS粉末

15g，先将这些有机溶剂按配方混合，搅拌至ABS粉末完全溶解后，装入瓶中备用。

粘接方法：塑料构件开裂时，只要把比较清淡的粘接剂均匀地涂布在裂缝上面便可以了。修复已经破碎成块的部件时，先在碎块的结合面上涂上粘接剂，然后对接好，捆紧固定，待干后拆除捆扎物即可。

如部件有缺损，可用比较浓的粘接剂填补于缺损处，必要时可以反复填补几次。当缺损面积比较大，粘接剂无法附着时，可以在缺损部位的下面衬垫一块硬纸板，使其能够附着而不至流失。

ABS制品开裂修补方法

ABS 制品，包括ABS直接注塑成型的比如电视机、DVD、冰箱、洗衣机、空调、各种小家电、塑料淋浴喷头、龙头、把手、工具塑壳、玩具等，也包括用ABS板材制作的模型、沙盘、仪器仪表外壳等，遇到外力撞击、摔碰或者接触到某些有机溶剂，有可能会产生开裂或破碎

，这时都可以用下面的方法来修补，至于修补的牢固程度和美观程度，就要看个人的手工技术。

1、遇到ABS塑料制品开裂，可以用毛笔或小刷蘸取少量丙酮或醋酸乙、丁酯溶剂，小心地涂在破裂处，合拢压紧，待干后便可以粘牢。对一些强度要求比较高的制品，可以采用下面配方之称的溶剂进行粘接修补。甲苯

50g，二氯甲苯

50g，ABS粉末

15g，

先将这些有机溶剂按配方混合，搅拌至ABS粉末完全溶解后，装入瓶中备用。

2、修复已经破碎成块的部件时，先在碎块的结合面上涂上粘接剂，然后对接好，捆紧固定，待干后拆除捆扎物即可。

3、如果部件有缺损，可用比较浓的粘接剂填补于缺损处，必要时可以反复填补几次。当缺损面积比较大，粘接剂无法附着时，可以在缺损部位的下面衬垫一块硬纸板，使其能够附着而不至流失。

等修补的部位完全固化之后，如果留下了修补的“疤痕”，可以用砂纸打磨光滑，有需要补充颜色的，可以先用报纸挡住、在需要补漆的地方挖空，然后用一般涂鸦用的灌装漆来喷漆。技术好的话，可以补得天衣无缝。

ABS塑料

化学名称：丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物

英文名称:Acrylonitrile Butadiene Styrene

3D打印技术

比重:1.05克/立方厘米

成型收缩率:0.4-0.7%

成型温度：200-240℃

干燥条件：80-90℃

2小时

特点：

1、综合性能较好，冲击强度较高，化学稳定性，电性能良好。

2、与372有机玻璃的熔接性良好，制成双色塑件，且可表面镀铬，喷漆处理。

3、有高抗冲、高耐热、阻燃、增强、透明等级别。

4、流动性比HIPS差一点，比PMMA、PC等好，柔韧性好。

用途：适于制作一般机械零件，减磨耐磨零件，传动零件和电讯零件。

成型特性：

1、无定形料，流动性中等，吸湿大，必须充分干燥，表面要求光泽的塑件须长时间预热干燥80-90度，3小时。

2、宜取高料温，高模温，但料温过高易分解(分解温度为>270度)。对精度较高的塑件，模温宜取50-60度，对高光泽。耐热塑件，模温宜取60-80度。

3、如需解决夹水纹，需提高材料的流动性，采取高料温、高模温，或者改变入水位等方法。

4、如成形耐热级或阻燃级材料，生产3-7天后模具表面会残存塑料分解物，导致模具表面发亮，需对模具及时进行清理，同时模具表面需增加排气位置