3D打印创新实验室建设设计方案

目 录

一 3D打印技术 ........................................................................................................................... - 1 -

1、3D打印技术原理 ............................................................................................................ - 1 - 2、3D打印流程..................................................................................................................... - 2 -

1）三维设计 ................................................................................................................... - 2 - 2）切片处理 ................................................................................................................... - 2 - 3）模型打印 ................................................................................................................... - 3 - 4）后续处理 ................................................................................................................... - 3 - 3、常见3D打印技术 ........................................................................................................... - 4 -

1) FDM：熔融沉积成型工艺 ...................................................................................... - 4 - 2) SLS：选择性激光烧结工艺 .................................................................................... - 6 - 3) LOM：分层实体成型工艺 ...................................................................................... - 8 - 4) SLA：立体光固化成型工艺 .................................................................................... - 9 - 5) 3DP：三维印刷工艺 .............................................................................................. - 11 - 6) PolyJet：聚合物喷射技术 .................................................................................... - 13 - 4、3D打印材料................................................................................................................... - 14 - 5、3D打印机类型 .............................................................................................................. - 15 - 二 3D打印创新实验室建设规划 ............................................................................................ - 16 -

1、3D打印创新实验室功能 .............................................................................................. - 16 - 2、3D打印创新实验室建设规划 ..................................................................................... - 18 -

3、3D打印创新实验室软件 .............................................................................................. - 20 - 三 3D打印创新实验室创新课程体系设计 ........................................................................... - 21 -

1、教学架构 ......................................................................................................................... - 22 - 2、教学容 ............................................................................................................................. - 22 -

一 3D打印技术

1、3D打印技术原理

按照传统的制造技术，一般我们制造一个产品，是先构思产品的外观图，计算出合适的尺寸,然后通过机器加工切割材料（钢材、木材等）的轮廓，这个过程原材料被机器的不断除去直至变成理想中的外观，被称为”减材制造”。而3D打印技术基于离散-堆积原理，在计算机上构建一个3D数字模型，这个3D打印模型可以通过扫描已经存在的实物获得,也可以先用扫描仪将一个实物的外观完整的扫描成图像，然后通过计算机CAD软件对这些图像进行处理，形成一个完整的3D打印模型。通过计算机CAD软件将一个立体实物切分

成一层一层的平面，3D打印机每打印出一层面就在高度上移动一段距离，这些平面叠加起来就形成了一个立体的实物了。这个过程产品的材料是不断增加的，称为“增材制造”。

2、3D打印流程

1）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。 2）切片处理

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ObjetConnex 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。 3）模型打印

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。 4）后续处理

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。

3、常见3D打印技术

1) FDM：熔融沉积成型工艺

熔融沉积成型工艺（Fused Deposition Modeling，FDM）由Scott Crump于1988年发明，随后Scott Crump创立了Stratasys公司。1992年，Stratasys公司推出了世界上第一台基于FDM技术的3D打印机——“3D造型者（3D Modeler）”，这也标志着FDM技术步入商用阶段。FDM工艺无需激光系统的支持，所用的成型材料也相对低廉，总体性价比高，这也是众多开源桌面3D打印机主要采用的技术方案。

熔融沉积有时候又被称为熔丝沉积，它将丝状的热熔性材料进行加热融化，通过带有微细喷嘴的挤出机把材料挤出来。喷头可以沿X轴的方向进行移动，工作台则沿Y轴和Z轴方向移动（当然不同的