现代成型技术3d打印机.docx
- 文档编号:27730756
- 上传时间:2023-07-04
- 格式:DOCX
- 页数:11
- 大小:357.57KB
现代成型技术3d打印机.docx
《现代成型技术3d打印机.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《现代成型技术3d打印机.docx(11页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
现代成型技术3d打印机
*******大学20**学年第*学期
研究生《现代制造技术》课程考试试卷20**年**月
开课学院:
任课教师:
考生姓名:
学号:
成绩:
论文题目:
《现代制造技术——快速成型技术》
论文要求:
1.字数在3000字左右
2.课程论文格式为华东理工学报格式
3.课程论文内容关于现代制造技术
教师评语:
教师签字:
年月
摘要
先进的制造技术是将物料、能源、设备、资金、技术、信息和人力等制造资源通过合理的整合和利用,从而可以高质量、高效率、高柔性、低成本、低劳动力、低消耗地生产出品种多、规格全的产品。
快速成形技术兼备现代制造技术的特点,集分层制造技术、机械工程、数控技术、CAD、激光技术、逆向工程技术、材料科学于一体,可以直接、快速、自动、精确地将设计电子模型转变为具有一定功能的原型或直接制造零件。
3D打印技术市场潜力巨大,目前已广泛应用于建筑、航空航天、医学等各个方面,对我国制造业带来了巨大的影响。
关键词:
先进制造技术,快速成型技术,3D打印,应用
Abstract
Tosatisfytheneedsofsmallquantitiesofmanykindsofproducts,itisnecessarytoshortentheproductdevelopmentcycleandreducethecostoftheproductdesign.Advancedmanufacturingisatechnologythatconbinedmaterial,energy,equipment,capital,technology,informationandhumanwithreasonableintegration,whichcanbehighquality,highefficiency,highflexibility,lowcost,lowlaborandlowconsumptiontoproducevarietyofspecificationsproducts.Thenewtechnologyofrapidprototypingtechnologyismoreefficiencyincomparisonwithothertechnologies.Rapidprototypingisusedforobtainingsomeprototypesbutitcanalsobesuccessfullyusedforindividualorsmallseriesproduction.RapidprototypingtechnologyhasagreatinfluenceonChina'smanufacturingindustry.
Keywords:
advancedmanufacturing,rapidprototypingtechnology,3Dprinting
一、现代制造技术
先进的制造技术是将物料、能源、设备、资金、技术、信息和人力等制造资源通过合理的整合和利用,从而可以高质量、高效率、高柔性、低成本、低劳动力、低消耗地生产出品种多、规格全的产品,其特点如下[1]-[2]:
(1)精密化
精密加工、特种加工、超精密加工技术、微型机械是现代化机械制造技术发展的方向之一。
超精密加工技术己向纳米技术发展。
(2)自动化
自动化技术经历了由刚性向柔性的发展,不但提高了生产效率,保证了产品质量,还可以代替人去完成危险场合的工作,适合批量较大的自动化生产。
(3)信息化
信息化就是对产品制造过程中各种信息资源的采集、输入、加工和处理,再利用网络技术、计算机联网、信息高速公路、卫星传递数据等实现异地生产。
使生产分散网络化,以适应高柔性生产的需要。
(4)柔性化
柔性化,是指制造系统适应生产条件变化的能力,以满足市场多变的需求。
它与系统方案、人员和设备有关。
系统方案柔性是指加工不同零件的自由度。
人员柔性是指操作人员在规定时间内完成加工任务的适应能力。
设备柔性是指机床能在短期内适应新零件的加工能力。
(5)集成化
集成是将原来独立运行的多个单元系统集成一个能协调工作的和功能更强的新系统。
集成化是借助现代管理技术、计算机技术、自动化技术和信息技术的技术集成,实现制造企业管理与人的功能集成。
(6)智能化
智能制造技术(IMT)是将人工智能融入制造过程的各个环节,通过模拟人类专家的智能活动,系统能自动监测其运行状态,在受到外界干扰或内部激励能自动调整其参数,以达到最佳状态和具备自组织能力。
二、快速成型技术及3D打印机
2.13D打印机
快速成形技术诞生于20世纪80年代后期,是基于材料堆积法的一种全新制造技术。
它兼备现代制造技术的特点,同时它集分层制造技术、机械工程、数控技术、CAD、激光技术、逆向工程技术、材料科学于一体,可以直接、快速、自动、精确地将设计电子模型转变为具有一定功能的原型或直接制造零件,从而为零件原型制作、新设计思想的校验等方面提供了一种低成本而高效的实现手段。
快速成形技术就是利用三维CAD的数据,通过快速成型机,将一层层的材料堆积成实体原型。
图2-13D打印机
不同种类的快速成型系统因所用成形材料不同,成形原理和系统特点也各有不同。
但是基本原理一样,那就是“分层制造,逐层叠加”[3]。
快速成型技术和三维打印机自动快速地将设计思想物化为具有一定结构和功能的原型或直接制造零件,从而可对产品设计进行快速评价、修改,以响应市场需求,提高企业的竞争能力。
2.2目前已有十多种成型系统,较成熟有下列4种[4]
(1)SLA(光固化成型法stereolithography)或称立体印刷,成型材料为液态光敏树脂,制件性能相当于工程塑料或蜡模,主要用于高精度塑料件、铸造用蜡模、样件或模型。
(2)SLS(激光选区烧结法)或称选择性激光烧结法(selectedlasersintering)成型材料为工程塑料粉末,制件性能相当于工程塑料、蜡模、砂型,主要用于塑料件、铸造用蜡模、样件或模型。
(3)LOM(叠层实体制造法laminatedobjectmanufacturing)成型材料为涂敷有热敏胶的纤维纸,制件性能相当于高级木材,主要用于快速制造新产品样件、模型或铸造用木模。
(4)FDM(熔融沉积法fuseddepositionmodeling)成型材料为固体丝状工程塑料,制件性能相当于工程塑料或蜡模,主要用于塑料件、铸造用蜡模、样件或模型。
图2-2熔融挤出打印过程
2.3快速成型工艺流程
(1)三维模型构造:
用UG、Pro/E、I-DEAS或其他三维CAD软件设计;或将已有产品二维视图转换成三维模型;或在逆向工程中,用流量仪对已有产品实体扫描,得到数据点,进行三维重构。
(2)三维模型的近似处理,主要对不规则的自由曲面进行近似处理。
对应得到STL格式文件。
(3)三维模型的分层(slicing)处理,间隔范围为0.05~0.5mm,常用0.1mm。
(4)截面加工,RP系统中的成型头(如激光扫描头)由数控系统控制,在x-y平面内按截面轮廓扫描,固化液态树脂(或切割纸,烧结粉末材料、喷射粘结剂、热熔剂和热熔材料),得到一层层截面。
(5)截面叠加,每层截面形成之后,下一层材料被送至已成形的层面上,然后进行后一层的成形,并与前一层面相粘结,从而将一层层的截面叠合在一起,最终形成三维产品。
(6)后处理,成形机成型完毕后,取出工件,进行打磨、涂挂,或放进高温炉中烧结,进一步提高其强度。
对于SLS工艺,将工件放入高温炉中烧结,使粘结剂挥发掉,以便进行渗金属处理。
图2-3快速成型工艺流程
三、3D打印技术的市场应用
3.1建筑设计领域
现如今众多设计机构的大型设施或场馆都利用3D打印技术先期构建精确建筑模型来进行效果展示与相关测试[5],3D打印技术全数字还原不失真的立体展示所发挥的优势和无可比拟的逼真效果为设计师所认同。
3.2磨具制造领域玩具制作等传统的模具制造领域[6]
3D打印技术与传统的模具制造技术相结合,可以大大缩短模具的开发周期,提高生产率。
3D打印技术在模具制造方面的应用可分为直接制模和间接制模两种,直接制模是指采用3D打印技术直接堆积制造出模具,间接制模是先制出快速成型零件,再由零件复制得到所需要的模具。
图3-13D打印产品
3.3医学领域
在医学领域的应用近几年来,人们对3D打印技术在医学领域的应用研究较多。
以医学影像数据为基础,利用3D打印技术制作人体器官模型,对外科手术有极大的应用价值,近年来许多医院推出3D打印胎儿服务。
3.4航空航天领域
在航空航天领域中,空气动力学地面模拟实验(即风洞实验)是设计性能先进的天地往返系统(即航天飞机)所必不可少的重要环节。
该实验中所用的模型形状复杂、精度要求高、又具有流线型特性,采用3D打印技术,根据CAD模型,由3D打印设备自动完成实体模型,能够很好的保证模型质量。
3.5家电和食品领域
3D打印技术在国内的家电行业上得到了很大程度的普及与应用,使许多家电企业走在了国内前列。
美的、华宝、小天鹅、海尔等都先后采用3D打印技术来开发新产品,收到了很好的效果。
3D打印在食品领域也有成功的应用。
做成的鲜肉特别有弹性,而且烹饪后肉质松散有嚼头,丝毫不逊于真正的肉,就连肉里的微细血管都能打印出来。
人们吃到“3D肉”的日子不会太远,因为美国泰尔基金会近日已投资成立了“鲜肉3D打印技术公司”,希望能够为大众提供安全放心的猪肉产品。
四、我的展望与思考
4.13D打印机的优缺点[7]
优点:
(1)、节省材料,不用剔除边角料,提高材料利用率,降低生产成本;同时能打印出组装好的产品,大大降低了组装成本。
(2)、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高精度和复杂形状的零件。
(3)、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。
(4)、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。
缺点:
(1)、强度问题房子、车子固然能打印出来,但是打印出来的房子能否抵挡得住风雨,车子能否在路上顺利跑起来仍有待研究。
(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,能够应用于打印的材料还非常单一。
4.23D打印机的发展前景
(1)、随着开拓并行、多材料制造工艺方法的采用,打印速度和效率有望获得更大提升;
(2)、3D打印材料更加多样化。
随着先进材料的不断发展,智能材料、纳米材料、新型聚合材料、合成生物材料等将成为3D打印材料;
(3)、随着技术进步及推广应用,3D打印机的价格有望大幅下降。
(4)、3D打印机应用领域更加广泛。
随着3D打印技术逐渐成熟,3D打印在生产方式上会给我们带来定制化生产方式的变化。
人人都将有机会成为设计师。
由于互联网和制造业的紧密联合,用户不再被动地接受,而是参与到创作中来,提出并完成自己的需求。
我们只要了解计算机控制程序和它的必需的一些打印要求,而无需再去了解成百上千种传统不同的制造工艺和过程,就可以打印出自己想要的产品。
另外,由于是定制化生产,作为设计师除了做出一个基本的设计模块,还需要针对不同的细分的需求设计出各种附属模块,提供给不同的受众人群。
比如设计工具类产品的特殊设计模块给左撇子,或是盲文指示模块给盲人使用者,家居设计中附加的设计模块给儿童或孕妇。
由于制造模式的改变,会让我们不仅可以按需生产,还可以达到按需设计。
4.33D打印机发展所带来的问题和挑战
(1)社会问题:
由于3D打印的开源特性,引起了“维基武器”项目,一些用户无需登记,就可以利用打印机和零件组装手枪。
3D打印的随意创造的特性,在没有法律监管的情况下还是会让用户制造出一些危险的产品[8]。
(2)知识产权:
如果图纸一经下载后就可以方便地打印,制出产品,那设计师如何保护自己的劳动成果?
知识产权得不到保障和维护,如何驱动新的创造力和创新的力量?
会不会由此引发大量的盗版问题?
可能这些问题不只值得讨论,更需要我们随着技术和市场的发展不断地完善我们的法律和监管[9]。
(3)发展局限:
由于目前3D打印的耗材有限,现有的市场上的材料多为石膏、塑料、可黏结的粉末颗粒、光敏树脂、沙土等,制造精度、复杂性、强度和质感都达不到高要求,主要应用于模型、玩具等轻工业民用产品领域。
(4)制造成本:
制造单件产品成本还是远远高于大批量生产的商品,暂时无法规模化。
所以真正要做到取代传统机械大制造还是尚需时日。
4.43D打印机对于我国制造业发展的影响
积极影响:
(1)为我国制造技术的赶超带来机遇。
3D打印技术作为一项新兴技术,与其他成熟技术相比,无论在技术创新还是应用上,我国与发达国家之间的差距相对较小,可以在较短时间内缩短差距。
(2)推动制造业服务化,加快制造业升级。
3D打印的推广应用将带动包括3D设计服务、信息服务等生产性服务业的发展,给我国制造业升级带来新机遇。
负面影响:
(1)对我国劳动密集型产业可能带来较大冲击[10]。
3D打印这一生产模式改变了过去大规模生产线的制造模式,所需工人将大幅减少,使得劳动力成本在生产成本中的比重降低,我国劳动力成本比较优势将进一步被削弱,这对当前以劳动密集型为主的我国制造业将带来较大冲击。
(2)可能进一步拉大与发达国家的差距。
我国虽然于20世纪90年代开始推进3D打印机的研发,但还主要停留在设计和样机开发,尚没有一款具有国际水平的3D打印机推向市场。
美欧等发达工业化国家在3D打印机行业处于领先地位,其产品在全球3D打印机行业占有绝大多数市场份额。
总之,3D打印技术市场潜力巨大,势必成为引领未来制造业趋势的众多突破之一。
如果不加快推进3D打印机的研发及推广应用,我国与发达国家的差距将进一步加大。
参考文献
[1]何剑.我国先进制造技术现状及发展趋势[J].科技创新与应用,2013,06:
106.
[2]李敏贤.先进制造技术进展与发展趋势[J].山东机械,2003,02:
7-10
[3]郑利文.ObjetGeometries公司推出多种复合材料3D打印机[J].北京:
模具工业,2008
(2):
73.
[4]卞正岗.机械制造自动化与仪器仪表制造自动化的发展—快速成型系统及3D打印机,中国仪器仪表,2013年,第8期,19-22
[5]梁晨光.3D打印技术纵览“印”出来的真实世界[J].北京:
微型计算机,2008(6):
106-109.
[6]乔益民,王家民.3D打印技术在包装容器成型中的应用[J].重庆:
包装工程,2012(11):
68-72.
[7]孙晓林.3D打印技术的应用.机电产品开发与创新,2013(7),第26卷,第4期:
107-109
[8]张莹.打印出一个三维世界——谈3D打印的发展和工业设计的关系.北方美术,2013
(2):
86-87.
[9]古丽萍.蓄势待发的3D打印技术及其发展.技术前言,64-67.
[10]左世全.3D打印机技术大潮来袭.尖端,2012(8)92-93.
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 现代 成型 技术 打印机