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3 d打印技术

什么是3D打印?

在这个3D打印初学者指南,你将学习:

  • 什么是3D打印和它是如何工作的

  • 适用于不同类型的3D打印

  • 如何设计3D打印

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什么是3D打印?
3D打印和增材制造
3D打印和快速原型制作
3D打印是什么时候发明的?
3D打印是如何工作的?
增材制造与传统制造
3 d打印技术
不同类型的3D打印
3 d打印技术流程
选择正确的3D打印工艺
3 d打印材料
完整的3D打印材料概述
3 d打印软件
你应该使用什么软件进行3D打印?
3D打印设计指引
适用于所有3D打印过程的设计指南
为特定过程设计指导方针
特定部件的设计指南
3D打印的应用
医学三维打印
汽车三维打印
3 d打印珠宝
3D打印有什么好处?
3D打印的未来
如何获得3D打印的东西
购买打印机或使用3D打印服务?
如何决定购买哪种3D打印机
如何使用3D打印服务
进一步的阅读
3D打印手册
其他制造技术指南

什么是3D打印?

3D打印是一种用于制造零件的增材技术。它是“添加剂”,因为它不需要一块材料或一个模具来制造物理对象,它只是堆叠和融合材料层。它通常速度很快,固定安装成本较低,可以创造出比“传统”技术更复杂的几何形状,材料种类也在不断增加。它广泛应用于工程行业,特别是原型和创建轻量级几何形状。

3D打印和增材制造

“3D打印”通常与创客文化、爱好者和业余爱好者、桌面打印机、可访问的打印技术,如FDM和低成本材料,如ABS和PLA(我们将解释所有这些缩写)联系在一起。这在很大程度上归功于RepRap运动带来的廉价台式电脑3D打印的民主化,比如最初的MakerBot和Ultimaker,这也导致了2009年3D打印的爆发。

3 d打印技术

相比之下,增材制造(AM)几乎总是与商业和工业应用相关联。

什么是3D打印

3D打印和快速原型制作

“Rapid prototyping”是另一个短语,有时用来指3D打印技术。这可以追溯到3D打印技术最初出现的早期历史。20世纪80年代初,3D打印技术被称为快速原型技术,因为当时3D打印技术只适用于原型,而不适用于生产零件。

近年来,3D打印已经成熟成为许多生产零件的优秀解决方案,而其他制造技术(如数控加工)已经变得更便宜,更容易制作原型。所以,虽然有些人仍然用“rapid prototyping”来指代3D打印,但这个短语已经演变成指代各种形式的快速原型技术。

如何像专业人士一样创建原型

3D打印是什么时候发明的?

3D打印最初是一个想法,通过更快的原型设计来加快工业产品的开发。尽管在此之前有一些专利,查克·赫尔通常被认为是通过他的立体光刻设备(SLA)发明了3D打印机,在1984年获得专利。

SLA 3D打印—什么是SLA 3D打印?

基金会

尽管查克名声大噪,但在20世纪80年代末,多种技术同时被开发出来,在这一时期成立的几家公司对技术的发展至关重要。

  • 1981年的今天,日本的小玉秀夫获得了第一项使用紫外光固化光敏聚合物的设备专利。他把它设计成“快速原型”,因为它的目的是制造模型和原型,但没有兴趣,专利被放弃了。
  • 1984年的今天,法国发明家Alain Le Mehaute, Olivier de Witte和Jean Claude André提交了一项专利,和Hideo的专利一样,紫外光被用来治疗光致聚合物。通用电气放弃了这项专利,理由是缺乏巨大的商业潜力。
  • 1984年,就在Le Mehaute的几周后,美国人Charles ' Chuck ' Hull申请了他自己的“立体光刻技术生产三维物体的设备”专利,因此也创造了“立体光刻”(SLA)一词。
  • 1987年的今天,赫尔发明了STL文件,并在同年成立三维系统
  • 1987年,美国Carl Deckard申请了选择性激光烧结(SLS)专利,并在同年共同创立了桌面制造(DTM)公司(于2001年被3D系统公司收购)。
  • 1989年的今天,美国人S. Scott Crump提交了一项熔融沉积建模(FDM)专利,并于同年成立Stratasys公司与他的妻子。

商业化

从1980年代末到1990年代初,该行业经历了非常迅速的商业化。第一批机器又大又贵,它们的制造商与汽车、航空航天、健康和消费品行业的大众市场制造商争夺工业原型设计合同。

  • 1987年的今天,3D系统公司发布了第一台商用SLA打印机“SLA-1”。
  • 1992年,FDM专利最终被授予Stratasys公司,这导致他们发布了第一台FDM打印机“3D建模器”。
  • 1992年的今天,DTM发布了第一台商用SLS打印机,“Sinterstation 2000”
  • 1994 -德国公司光电系统(EOS)该公司于1989年推出了第一款商用金属3D打印机“EOSINT M160”

民主化

21世纪初,激烈的利润竞争,材料科学的发展,以及许多专利的终结,创造了一个环境,3D打印终于成为大众负担得起的。这是3D打印在大众想象中起飞的十年——制造业,一直是重工业和巨额资金的领域,来到了人们的面前。

  • 2005年——开源RepRap项目(“复制快速原型机”的缩写)推出的目的是创造能够打印自己部件的自我复制3D打印机,这导致人们对这项技术的兴趣激增。
  • 2009年,FDM的关键专利进入公共领域MakerBot推出了他们的桌面3D打印机“纸杯蛋糕CNC”。它的价格是几百美元,而不是几千美元,而且所有组件都可以从上面下载Thingiverse,该网站致力于分享用户创建的数字设计文件。
  • 2012 -Formlabs通过一场破纪录的Kickstarter活动,发布了“Form 1”,这是第一台负担得起的SLA打印机,筹集了295万美元的资金。他们被3D系统公司起诉专利侵权,但最终以Formlabs胜诉告终
  • 2013年,H必威和365ubs推出了p2p 3D打印服务,允许购买打印产品的人和使用机器的人之间进行大规模交易。它迅速成长为世界上最大的单一3D打印平台,拥有超过5万个打印“枢纽”,然后转向专注于帮助其商业客户,使各种形式的定制制造更容易获得。必威和365
  • 2014年的今天,SLS的关键专利进入公共领域,导致一大批公司开始生产更小、更便宜的SLS打印机。

SLS 3D打印-什么是SLS 3D打印?

成熟

从2018年开始,关于3D打印的炒作基本上从大众媒体上消失了,但对各种规模的企业的商业应用的兴趣从未像现在这样高。如今,有成千上万的公司利用3D打印技术生产打印机并提供各种服务。

了解更多关于3D打印的历史

市面上有很多文章,大多数只是有趣的阅读。对于那些想要真正深入研究历史的人来说,维基百科和维勒协会是最好的资源。

3D打印是如何工作的?

增材制造与传统制造

增材制造在20世纪80年代才出现,所以在它之前发展出来的制造方法通常被称为传统制造。为了理解增材制造和传统制造之间的主要区别,让我们把所有的方法分成3组:增材制造、减法制造和成型制造。

加法制造

增材制造通过沉积和融合二维材料层来构建3D物体。

05 3D打印支柱页增材制造

这种方法几乎没有启动时间或成本,使其成为原型的理想方法。零件可以快速制造,使用后丢弃。零件也可以以几乎任何几何形状生产,这是3D打印的核心优势之一。

3D打印最大的限制之一是,大多数零件本质上是各向异性的,或者不是完全致密的,这意味着它们通常缺乏通过减法或成型技术制造的零件的材料和机械性能。由于冷却或固化条件的波动,同一零件的不同印刷也容易发生轻微的变化,这就限制了一致性和可重复性。

减去制造

减法制造,如铣削和车削,通过从一块固体材料(也常被称为“空白”)中去除(加工)材料来制造物体。

05 3D打印支柱页减法制造01

几乎任何材料都可以以某种方式加工,使之成为一种广泛使用的技术。由于对过程的每个方面的控制量,这种方法能够生产出具有高重复性的令人难以置信的精确零件。大多数设计都需要计算机辅助制造(CAM)来绘制定制的刀具路径和高效的材料去除,这增加了安装时间和成本,但对于大多数设计来说,这是最具成本效益的生产方法。

减法制造的主要限制是刀具必须能够达到所有表面去除材料,这大大限制了设计的复杂性。虽然像五轴机床这样的机器消除了这些限制,但复杂的零件在加工过程中仍然需要重新定位,增加了时间和成本。减法制造也是一个浪费的过程,因为大量的材料被移除来生产最终的零件几何形状。

造型的制造业

成型制造,如注射成型和冲压,通过加热和/或压力使材料成形来制造物体。

05 3D打印支柱页造型制造01

成型技术的目的是降低生产单个零件的边际成本,但生产过程中使用的独特模具或机器的创造意味着安装成本非常非常高。无论如何,这些技术可以在大范围的材料(包括金属和塑料)中生产零件,并具有近乎完美的可重复性,所以对于大批量生产来说,它们几乎总是最具成本效益的。

这些方法如何比较

制造是复杂的,有太多的维度来综合比较每种方法与所有其他方法。一次性优化成本、速度、几何复杂性、材料、机械性能、表面光洁度、公差和可重复性几乎是不可能的。

在这种复杂的情况下,启发式和经验法则更有价值:

  • 加法制造最适合低容量,复杂的设计,当速度是必要的。
  • 减去制造是最好的中型体积,简单的几何形状,紧公差,和硬材料
  • 造型的制造业最适合大批量生产相同零件。

每个零件的成本通常是决定哪种制造工艺是最好的决定因素。作为一个粗略的近似值,每个方法的单位成本可以如下图所示:

05 3D打印支柱页图01

了解更多关于3D打印与数控加工。

3D打印每年都在变得更便宜,在某些情况下,它开始与注射成型在成本效率上竞争。然而,通常3D打印和数控加工被认为是可互换的特定工作,所以我们写了一个全面的指南,比较他们并排。阅读更多关于3D打印与数控加工。

数控加工vs 3D打印-你需要哪个?

3 d打印技术

市场上有这么多不同的3D打印技术,很难理解整个格局。国际标准化组织创建了52900年ISO / ASTM标准将3D打印的爆炸性术语标准化,我们把最常用的语言拉到一起3D打印术语表。

不同类型的3D打印

3D打印机可以分为几种类型的过程之一:

  1. 增值税聚合:液体光致聚合物是光固化的
  2. 材料挤压:熔融的热塑性塑料通过加热喷嘴沉积
  3. 粉床融合:粉末粒子由高能源熔化
  4. 材料喷射:液滴光敏融合剂沉积在粉末床上,并通过光固化
  5. 粘结剂喷射:液滴的液体结合剂沉积在粒状材料的床上,这些材料随后烧结在一起
  6. 直接能量沉积:熔化的金属同时沉积和熔化
  7. 板层压:单张材料被切割成形状并叠合在一起

002-005增材制造技术海报

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3 d打印技术流程

3D打印主要有7道工序。每一种工艺都有独特的技术,对于每种独特的技术,也有许多不同的品牌销售类似的打印机。

增值税光聚合

光聚合是一种光聚合树脂暴露在特定波长的光下并成为固体的过程。

有限元(SLA)直接光加工(DLP)和连续直接光加工(CDLP)是增材制造工艺,属于还原光聚合的范畴。在SLA中,通过使用紫外线(UV)激光束有选择地一层一层地固化聚合物树脂来创建对象。DLP类似于SLA,但它使用一个数字光投影仪屏幕来同时闪烁每一层的单个图像。CDLP很像DLP,但依赖于构建板块的持续向上运动。所有的还原光聚合工艺都有利于生产精细的细节和光滑的表面抛光,使它们成为珠宝和医疗应用的理想选择。

好处

  • 表面光滑
  • 细节
  • 适合IM原型制作

限制


  • 通常需要支持
  • 紫外线敏感
  • 需要大量后期处理

增值税光聚合(SLA)

粉床融合

粉末床融合(PBF)技术使用热源诱导熔化(烧结或熔化)之间的颗粒的塑料或金属粉末一次一层。选择性激光烧结(SLS)电子束熔化(EBM)和多射流聚变(MJF)都属于该技术。的金属3D打印工艺选择性激光熔化(SLM)和直接金属激光烧结(DMLS)也采用粉末层熔化来选择性结合金属粉末颗粒。

好处

  • 强大的零部件(尼龙)
  • 复杂几何形状
  • 可伸缩(适合大小)
  • 不支持

限制

  • 更长的生产时间
  • 更高的成本(机器、材料、操作)

粉末床融合(SLS)

材料挤压

材料挤压技术将材料通过喷嘴一层一层地挤压到模板上。熔融沉积建模(FDM)属于这一类,是应用最广泛的3D打印技术。

好处


  • 低成本
  • 常见的热塑性塑料

限制

  • 粗糙的表面光洁度
  • 各向异性
  • 通常需要支持
  • 不是可伸缩
  • 有限的精度

材料挤压(FDM)

材料喷射

材料喷射技术使用紫外线或热硬化光致聚合物、金属或蜡,一次一层地制造部件。纳米颗粒喷射(NPJ)和按需喷射(DOD)是另外两种类型的材料喷射。

好处

  • 现实的原型
  • 优秀的细节
  • 精度高
  • 光滑的表面光洁度

限制

  • 高成本
  • 脆弱的机械性能

材料喷射

粘结剂喷射

粘结剂喷射用工业打印头将粘合剂沉积在粉末材料的薄层上。与其他3D打印技术不同,粘合剂喷射不需要热量。

好处

  • 全彩选项
  • 范围的材料
  • 不支持
  • 不翘曲、不收缩

限制

  • 较低的部分力量
  • 精度不及材料喷射

粘结剂喷射

直接能量沉积

直接能量沉积(DED)通过在沉积过程中熔化粉末材料来创建三维物体。它主要用于金属粉末或金属丝,通常被称为金属沉积。激光工程网状形状(LENS)和电子束增材制造(EBAM)也属于这一类。

好处

  • 强大的零部件
  • 范围的材料
  • 更大的部分

限制

  • 高成本
  • 可怜的表面光洁度

表纹理

这种技术是将薄的材料堆叠和叠层来制造零件。有几种不同类型的复合材料可供选择:粘接、超声波焊接或钎焊。

好处


  • 低成本
  • 不需要支撑结构
  • 多材料层

限制

  • 后期处理是必需的
  • 有限的材料
  • 完成可能会有所不同

整个增材制造技术的前景可以用一个简单的树状图来概括:

是技术信息

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我们的文章7种官方类型的3D打印机给出了每个类型的打印机如何工作,可用的材料,打印的价格和速度,几何性能(尺寸,复杂性和分辨率),机械性能(精度,强度和表面光洁度)和常见应用的广泛概述。

想要更多关于这个话题的深入信息吗?我们还写了一本关于3D打印的手册。如果你是一个专业人士,希望真正掌握3D打印的关键方面,这本书是给你的

选择正确的3D打印工艺

为特定的部分选择最佳的3D打印过程可能是困难的,因为通常有不止一个合适的过程,但每一个都会产生成本和输出的微妙变化。一般来说,有三个关键方面需要考虑:

  • 所需材料性能:强度、硬度、冲击强度等。
  • 功能及视觉设计要求:表面光滑、强度、耐热性等。
  • 3D打印过程的能力:精度、尺寸等。

这些对应于选择正确过程的三种最常见的方法:

  • 所需的材料
  • 通过所需的功能或视觉外观
  • 按要求的精度或建造尺寸

要深入了解如何使用这些方法,请阅读我们的完整指南选择正确的3D打印工艺.下面的比较指南也会帮助你做出决定。

3D打印技术的类型

3 d打印材料

完整的3D打印材料概述

随着市场对特定材料和机械性能的需求推动了材料科学的进步,可用的3D打印材料的数量每年都在快速增长。这使得我们不可能给出所有3D打印材料的完整概述,但每个3D打印过程只与某些材料兼容,因此可以做出一些简单的概括。

热塑性塑料和热固性聚合物是目前最常见的3D打印材料,但金属、复合材料和陶瓷也可以进行3D打印。

3d打印材料图

另一种分类材料的方法是根据它们的性能:便宜、耐化学腐蚀、可溶解、灵活、耐用、耐热、坚硬、耐水、抗紫外线。许多工业应用需要耐用塑料,如尼龙12,大多数爱好者的应用程序使用PLA或ABS,这是FDM 3D打印中最常见的材料。

要更全面地了解每一个主要的3D打印材料,请参阅这些文章。

尼龙PA 12 - 3D打印材料说明

3 d打印软件

3D打印从软件开始,有许多不同的程序来帮助设计和打印过程的每个阶段,从3D建模,打印模拟和切片程序。

你应该使用什么软件进行3D打印?

三维建模的两种主要方法是“实体建模”和“曲面建模”,每种方法都有不同的CAD软件包。实体建模是指通过定义和加入通常是预定义的3D形状,并在之后添加精细的表面细节来创建虚拟对象。表面建模类似,除了设计师从2D表面开始,并在“自由形状”中创建3D形状。

两种方法都可以产生完全相同的输出,但实体建模对于简单和非有机形状更快,而表面建模对于更有机的形状更快。SolidWorks、Fusion 360和Rhino 3D是最受专业人士欢迎的软件,也有许多免费的程序供业余爱好者使用。

其他有用的3D打印软件包括打印模拟工具和文件错误修复程序。

3D打印的应用

3D打印对于制作原型特别有用。在原型设计中,速度就是一切,从CAD到打印的能力几乎为零的设置成本意味着3D打印机可以快速生产零件,并且对于单零件和小批量生产有很大的单位经济效益。

对于印刷生产部件,速度和价格也很重要,但最常用的特点是设计自由和易于定制。在航空航天和汽车领域,高强度重比的拓扑优化结构被用于高性能部件,以前需要组装的部件可以合并成单个部件。在医疗保健领域,定制化至关重要——美国生产的大多数助听器几乎都是完全使用3D打印技术制造的。在制造业中,低成本的注塑模具可以用3D打印的坚硬的、耐热的塑料来代替金属加工而成,这使得它们的生产成本更低、速度更快。

医学三维打印

有许多申请3D打印在医疗行业每年,医生和科学家们都会想出新的、有创意的方法来使用这种快速增长的技术。3D打印的速度和多功能性使得它非常适合开发定制的假肢和植入物,以及病人特定的骨骼、器官和血管的复制品。它还被用于3D打印手术工具、解剖模型、个性化医疗设备和一系列其他救生创新。

汽车三维打印

在汽车行业,汽车制造商使用3D打印技术测试形式和贴合,试验美学饰面,确保所有部件按预期操作和交互。它还为夹具、夹具和握把的快速周转提供了灵活的解决方案;创建波纹管;工程复杂的管道;以及快速制造复杂、轻便的安装支架。

3 d打印珠宝

这里有很多设计师使用的原因3D打印制作珠宝.这项技术使珠宝商可以生产非常复杂、高度定制的设计,避开了以前流行的珠宝制作技术的一些限制,如数控加工、手工制作和失蜡铸造。今天,贵金属可以被3D打印成各种各样的图案和设计,快速且经济有效。

要了解更多关于3D打印的不同应用,请查看这些文章。

3D打印有什么好处?

3D打印是定制零件和快速原型制作的一种特殊工具,具有独特的优势,但也在某些方面落后于传统制造。主要的好处和限制可以总结如下:

好处
-启动成本很低
-周转非常快
-可用材料范围大
-设计自由,无需额外费用
-每一个部件都可以轻松定制

限制
-在较高的产量下,成本竞争力较弱
-有限的精度和公差
-较低的强度和各向异性材料性能
-需要后期处理和支持移除

要获得更全面的概述,请阅读我们关于的文章3D打印的优点和局限性

3D打印的未来

那么,3D打印现在在哪里?炒作结束了吗?是的,现在技术已经成熟了。必威和365Hubs于2013年成立,从2017年开始,我们每年都会发布一份3D打印趋势报告。在过去的几年里,我们见证了这项技术达到了炒作周期,从“幻灭的低谷”跌落,然后反弹到现在的位置——在“觉悟的斜坡”。

前几年的炒作是基于消费者广泛接受的想法。这是一种对技术可以为世界带来价值的误导性解读。3D打印最有前景的应用是在制造业中扮演非常特殊的角色。

要了解未来几年3D打印的发展方向,请参考最新版的年度3D打印趋势报告。

如何获得3D打印的东西

3D打印已经走了很长一段路,自从它的开始,现在很容易得到一些3D打印迅速和负担得起。

购买打印机或使用3D打印服务?

3D打印自诞生以来已经取得了长足的进步,现在非常容易得到3D打印的东西,非常快,非常便宜。

你应该购买自己的3D打印机还是使用在线服务?这是一个重要的决定,所以我们收集了双方的论据来帮助你做出正确的选择。

买一个3D打印机如果… 使用在线服务,如果……
你需要定期打印,但不要大量打印(每周10-25次) 你将只需要几个(少于10)或大卷(25+)的零件每周打印
对于打印机,您有一个特定的应用程序 您希望使用多种工艺和材料进行打印,包括工业打印机
你已经准备好进行一笔可观的投资了 您希望随时访问最新的技术
您已经准备好设置、修改和优化您的机器 你喜欢把时间集中在设计和完善模型上
您有必要的空间和时间来安装和操作打印机 在决定购买哪种打印机之前,您需要先进行测试和学习

如何决定购买哪种3D打印机

如果你决定买一台自己的3D打印机是个好主意,你可能会被现在可供选择的范围所淹没。为了帮助人们了解3D打印机市场,我们向我们的整个客户基础和我们的全球3D打印服务提供商网络,以了解他们拥有的3D打印机和他们使用它们的经验。

与评论从超过1万3D打印机业主,谁已经完成约148万打印650+不同的3D打印机模型,我们的研究是最全面的3D打印机指南。

阅读我们的指南,找到最适合你的3D打印机。

如何使用3D打印服务

在hu必威和365b,我们正在打造地球上最聪明的制造解决方案。我们的主要产品之一是我们的3 d打印服务

当你把零件上传到我们的365必威 我们的专有定价算法在几秒钟内给你一个报价。当您指定您的需求时,价格将自动更新,如果您对价格和交货期满意,您可以在几分钟内提交订单。

如何使用3d打印服务

使用hub上传必威和365

进一步的阅读

如果你有更多关于3D打印的问题,请查看我们的知识库然后使用3D打印滤镜,一次就能看到所有的东西。

3D打印手册

如果你有兴趣更深入地探究上面所涵盖的任何主题,我们真的写了关于3D打印的书。如果你是一个专业人士希望真正掌握3D打印的关键方面,这本书是为你。它提供了实际的建议,选择正确的技术和如何设计的3D打印,基于第一手经验的行业领先的专家。

以下是Tony Fadell (iPod的创造者和Nest的创始人)对此的看法:

“手册”将帮助指导你在你自己的道路上,因为你期待利用3D打印和它的潜力来创建自己的突破产品,希望将改变世界。每一位设计师和工程师都应该密切关注它,因为它为你进入新的制造技术铺平了道路,这些制造技术将激发你的创造力,并解锁你的想法,使它们成为现实。创造在变,制造在变,设计在变,翻开新的一页,是时候保持领先了……

3 d打印技术手册

如果你准备购买,3D打印手册是可以在亚马逊.或者,如果你喜欢,你可以下载前两章先免费。

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