3D打印机简介

INTRODUCTIONOFDESKTOPPLASTIC3DPRINTER3D打印机简介目录※3D打印机的发明※3D打印机的原理※3D打印机的种类※3D打印机的优势※3D打印的应用领域※3D打印在教育中的应用※汇翔激光及3D打印机的介绍※3D打印机课程介绍※3D打印机演示3D打印机的发明3D打印机是一位意大利名为恩里科·迪尼的发明家设计的一种神奇的打印机。为了测试这台大型打印机，恩里科·迪尼为诺曼·福斯特公司在阿布扎比建造的全球首个绿色乌托邦“马斯达尔城”，打印了一部分建筑的骨架外墙，结果证明完全可行。现在，他正与诺曼·福斯特建筑设计公司以及阿尔塔太空公司合作，研究设计一种可以使用月球尘埃打印的3D打印机，届时可以在月球上快速建造人类基地。3D打印机的发明※3D打印源自100多年前美国研究的照相雕塑和地貌成形技术，上世纪80年代已有雏形，其学名为“快速成型”。※在20世纪80年代中期，SLS被在美国德州大学奥斯汀分校的卡尔Deckard博士开发出来并获得专利。※1995年，麻省理工创造了“三维打印”一词，当时的毕业生JimBredt和TimAnderson修改了喷墨打印机的方案，变为把约束溶剂挤压到粉末床的解决方案，而不是把墨水挤压在纸张上的方案。3D打印机原理这里的3D打印又叫做增材制造，原理的核心很简单，就是把一个要打印的物体模型数据通过软件切成片（非常薄的横截面）后，再通过打印机使打印材料逐层固化一层一层堆积起来。3D打印机的原理3D打印技术（3Dprinting)又称三维打印技术，也可以叫增材制造。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。它无需机械加工或任何模具，就能直接从计算机图形数据中生成任何形状的零件，从而极大地缩短产品的研制周期，提高生产率和降低生产成本。因此它也是快速成形技术中的一种。对于一般要求较低，专业性不强的部件，比如日常生活用品，3D打印可以很好地满人们的要求，而且由于其设计的个性化很强，使其明显优于传统工艺。设计师可以把电脑图形迅速变为实际物品。而在传统工艺里，这需要经过绘图、工艺设计、磨具制造等多个环节。3D打印机的原理3D模型特殊的胶水一系列数字文件切片原材料打印过程计算机建模软件建模数据传到打印机并设置参数用液体状、粉状或片状的材料将这些截面逐层地打印出来将各层截面以各种方式粘合起来3D打印机的原理3D打印机工作示意图3D打印机的种类※目前市面上的3D打印机主要有FDM、SLS和SLA三种。※FDM，熔融层积成型技术，FusedDepositionModeling。※【技术原理】：FDM熔融层积成型技术是将丝状的热熔性材料加热融化，同时三维喷头在计算机的控制下，根据截面轮廓信息，将材料选择性地涂敷在工作台上，快速冷却后形成一层截面。一层成型完成后，机器工作台下降一个高度（即分层厚度）再成型下一层，直至形成整个实体造型。3D打印机的类型※SLS，选区激光烧结，SelectiveLaserSintering。※【技术原理】：该技术采用铺粉将一层粉末材料平铺在已成型零件的上表面，并加热至恰好低于该粉末烧结点的某一温度，控制系统控制激光束按照该层的截面轮廓在粉层上扫描，使粉末的温度升到熔化点，进行烧结并与下面已成型的部分实现粘结。一层完成后，工作台下降一层厚度，铺料辊在上面铺上一层均匀密实粉末，进行新一层截面的烧结，直至完成整个模型。3D打印机类型※SLA，立体平版印刷技术，StereoLithographyAppearance。※【技术原理】：在液槽中充满液态光敏树脂，其在激光器所发射的紫外激光束照射下，会快速固化（SLA与SLS所用的激光不同，SLA用的是紫外激光，而SLS用的是红外激光）。在成型开始时，可升降工作台处于液面以下，刚好一个截面层厚的高度。通过透镜聚焦后的激光束，按照机器指令将截面轮廓沿液面进行扫描。扫描区域的树脂快速固化，从而完成一层截面的加工过程，得到一层塑料薄片。然后，工作台下降一层截面层厚的高度，再固化另一层截面。这样层层叠加构成建构三维实体。3D打印机的优势※优势1：制造复杂物品不增加成本。就传统制造而言，物体形状越复杂，制造成本越高。对3D打印机而言，制造形状复杂的物品成本不增加，制造一个华丽的形状复杂的物品并不比打印一个简单的方块消耗更多的时间、技能或成本。制造复杂物品而不增加成本将打破传统的定价模式，并改变我们计算制造成本的方式。※优势2：产品多样化不增加成本。一台3D打印机可以打印许多形状，它可以像工匠一样每次都做出不同形状的物品。传统的制造设备功能较少，做出的形状种类有限。3D打印省去了培训机械师或购置新设备的成本，一台3D打印机只需要不同的数字设计蓝图和一批新的原材料。※优势3：无须组装。3D打印能使部件一体化成型。传统的大规模生产建立在组装线基础上，在现代工厂，机器生产出相同的零部件，然后由机器人或工人（甚至跨洲）组装。产品组成部件越多，组装耗费的时间和成本就越多。3D打印机通过分层制造可以同时打印一扇门及上面的配套铰链，不需要组装。省略组装就缩短了供应链，节省在劳动力和运输方面的花费。供应链越短，污染也越少。3D打印机的优势※优势4：零时间交付。3D打印机可以按需打印。即时生产减少了企业的实物库存，企业可以根据客户订单使用3D打印机制造出特别的或定制的产品满足客户需求，所以新的商业模式将成为可能。如果人们所需的物品按需就近生产，零时间交付式生产能最大限度地减少长途运输的成本。※优势5：设计空间无限。传统制造技术和工匠制造的产品形状有限，制造形状的能力受制于所使用的工具。例如，传统的木制车床只能制造圆形物品，轧机只能加工用铣刀组装的部件，制模机仅能制造模铸形状。3D打印机可以突破这些局限，开辟巨大的设计空间，甚至可以制作目前可能只存在于自然界的形状。※优势6：零技能制造。传统工匠需要当几年学徒才能掌握所需要的技能。批量生产和计算机控制的制造机器降低了对技能的要求，然而传统的制造机器仍然需要熟练的专业人员进行机器调整和校准。3D打印机从设计文件里获得各种指示，做同样复杂的物品，3D打印机所需要的操作技能比注塑机少。非技能制造开辟了新的商业模式，并能在远程环境或极端情况下为人们提供新的生产方式。3D打印机的优势※优势7：不占空间、便携制造。就单位生产空间而言，与传统制造机器相比，3D打印机的制造能力更强。例如，注塑机只能制造比自身小很多的物品，与此相反，3D打印机可以制造和其打印台一样大的物品。3D打印机调试好后，打印设备可以自由移动，打印机可以制造比自身还要大的物品。较高的单位空间生产能力使得3D打印机适合家用或办公使用，因为它们所需的物理空间小。※优势8：减少废弃副产品。与传统的金属制造技术相比，3D打印机制造金属时产生较少的副产品。传统金属加工的浪费量惊人，90％的金属原材料被丢弃在工厂车间里。3D打印制造金属时浪费量减少。随着打印材料的进步，“净成形”制造可能成为更环保的加工方式。3D打印机的优势※优势9：材料无限组合。对当今的制造机器而言，将不同原材料结合成单一产品是件难事，因为传统的制造机器在切割或模具成型过程中不能轻易地将多种原材料融合在一起。随着多材料3D打印技术的发展，我们有能力将不同原材料融合在一起。以前无法混合的原料混合后将形成新的材料，这些材料色调种类繁多，具有独特的属性或功能。※优势10：精确的实体复制。数字音乐文件可以被无休止地复制，音频质量并不会下降。未来，3D打印将数字精度扩展到实体世界。扫描技术和3D打印技术将共同提高实体世界和数字世界之间形态转换的分辨率，我们可以扫描、编辑和复制实体对象，创建精确的副本或优化原件。3D打印机的应用领域※3D打印机的应用对象可以是任何行业，只要这些行业需要模型和原型。3D打印机需求量较大的行业包括医疗行业、文物保护、建筑行业、教育机构、个人设计和制造业。医疗行业※随着3D打印产业和技术的不断发展，3D打印在医疗行业的应用越来越广泛。※运用3D打印技术能够在第一时间打印出来人体器官，它对医疗行业的发展起到了重大的作用。文物保护※随着3D打印技术的不断成熟，它在文物保护方面发挥着越来越重要的作用。※考古学家通过3D打印技术来复原那些将要破损或者已经破损的文物。建筑行业※3D打印可以帮助建筑师直接把虚拟的建筑建造出来。※这也为建筑行业节省了大量的材料和成本。教育机构※随着3D打印技术的不断完善，国内外开始在中小学普及这种新技术。※3D打印技术能够把学生设计出来的产品第一时间打印出来，这能很好的提高学生的学习积极性。个人设计※3D打印技术的出现，为个人设计爱好者提供了更大的发挥空间，他们能随时随地的打印出来自己所设计的模型。制造业※3D打印技术虽然现在还是处在成长期，但其作用已经慢慢凸显出来。※企业可以通过3D打印来进行模具的前期调试和模具的打造，这样就大大的节约了成本，提高了生产效率。3D打印在教育上的应用※随着3D打印技术的不断发展，3D开始在教育领域发挥着越来越重要的作用，国外已经全面普及这种概念，国内也开始普及这种概念。3D打印在教育上的应用※有助于营造真实的问题情境※建构主义者认为，学习知识不应该和活动情境分离而独立、抽象存在，他们提倡在情境中学，多与社会实践活动结合起来学。但对于有些工科学习,创设情境较为困难,他们通常只是在电脑上完成图稿设计，根本无法使其变成实物应用于现实实验、测试和探究中，导致学习研究效果打折扣。3D打印机在课堂教学的出现，解决了工科学生的这一问题。它能帮助学生营造真实的问题情境，完成模型制造，提高学生的学习动机。据搜狐IT消息报道，美国弗吉尼亚大学大三学生利用3D打印技术成功打印出了一架翼展达6.5英寸(约2米)的飞机，并且试飞成功，其中大大小小零部件都是通过3D打印技术打印出来的。而且设计生产过程只花了4个月时间，成本也只有2000美元，大大降低了成本,节约了时间。学生通过3D打印机制作出机器零件、家具模型、生物制品等诸如此类的事件已屡见不鲜，可见其对教学真实情境的创造已发挥出无限的潜力。3D打印在教育上的应用※有利于提高学生高阶思维能力※高阶思维能力是当代对人才素质提出的新要求，国内著名学者钟志贤教授将高阶思维能力定义为：一种较高认知水平层次上的能力，并结合知识时代对人才素质结构要求的分析将其分为问题求解、决策、创新、批判性思维、信息素养、团队协作、兼容、获取隐形知识、自我管理和可持续发展等十种能力。学生在主动参与、思考创造的同时，他们的思维能力也得到了极好的培养。这种新型的3D打印模式应用在教学中，能够改善传统单一的学习环境，激发学生的学习动机，使学生进行有意义的学习，实现了从关注知识传递到关注学习过程的教学重心转换。3D打印机是促进学生高阶思维发展的有利工具。3D打印在教育上的应用※可作为教学辅助工具※3D打印机可以作为很好的教学辅助工具，尤其是在视空间能力培养方面功效卓著。视空间在人类智能结构中是必不可少的能力。有研究表明:在学习物理、设计、艺术等抽象知识时，视觉空间能力好的学生，成绩通常高于视空间能力一般的学生。3D打印机的出现，作为提高、培养学生视空间能力是再好不过的教学辅助工具，尤其是3D打印机基本不受图形限制，可打印出任意复杂结构的教学模型，弥补了现今教学中缺乏立体模具的缺陷。教师将内部认知结构可视化，化抽象为具体，化复杂为简单，使知识更好地呈现在学生的认知结构中，更容易被学生理解吸收，由此增强学生的思维清晰度、分析组织能力和理解能力，提高学习效率，改善学习效果。3D打印在教育上的应用※学生自主探索创新的工具※当前的教学改革更加注重学生自主学习、自主探究能力的提高。3D打印机对于这一理念在教学中的实施，将会起到如虎添翼的作用。美国早在几年前就为各级各类院校引进了3D打印机，用于培养学生自主创新、探索能力，发展的如火如荼，学生对该设备也表现出了极大兴趣。在我国教育领域也已经出现个别先例。如在上海静安区青少年活动中心创意梦工厂购买了3D打印全套设备，不仅有相关教师在此讲授新兴的三维设