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三维打印快速成形技术三维打印快速成形技术目录目录 快速成形技术简介快速成形技术简介1快速成形技术分类快速成形技术分类2三维打印技术三维打印技术3三维打印成形技术存在的问题三维打印成形技术存在的问题4三维打印成形设备设计三维打印成形设备设计51.快速成形技术简介快速成形技术简介1.1.快速成形技术原理及特点快速成形技术原理及特点1.计算机造型计算机造型2.控制设备成形控制设备成形3.制件后处理制件后处理高度柔性化高度柔性化设计设计-加工加工-成形成形-快速化快速化 2.快速成形技术分类快速成形技术分类a.a.基于激光技术基于激光技术 立体光刻立体光刻(SLA)(SLA)选择性激光烧结选择性激光烧结(SLS)(SLS)、选择性激光熔化选择性激光熔化(SLM)(SLM)、叠层实体制造叠层实体制造(LOM)(LOM)、b.b.基于微滴喷射技术基于微滴喷射技术 三维打印技术（三维打印技术（3DP3DP）光固化材料光固化材料3DP3DP、粘结材料、粘结材料3DP3DPc.c.基于微流挤出技术基于微流挤出技术 熔融材料熔融材料3DP3DP（FDMFDM）2.快速成形技术分类快速成形技术分类1988年-2011年全世界快速成形设备安装量分布图基于粉末材料成形的SLS和3DP工艺优缺点比较3 三维打印技术三维打印技术 三维打印技术研究领域三维打印技术研究领域u 模型（模型（原型原型、铸型）、铸型）u 混凝土基复合材料混凝土基复合材料u 薄膜电极薄膜电极u 组织工程支架组织工程支架 u 缓释药片缓释药片3 三维打印技术三维打印技术 三维打印设备制造商三维打印设备制造商3 三维打印技术三维打印技术 三维打印设备制造商三维打印设备制造商3 三维打印技术三维打印技术 三维打印设备制造商三维打印设备制造商倾斜成形台连续制造3 三维打印技术三维打印技术 三维打印设备制造商三维打印设备制造商3 三维打印技术三维打印技术 三维打印设备制造商三维打印设备制造商Z Corporation的的ZPrinter 650设备该公司被美国3D Systems 收购ZPrinter 650型设备制备的产品原型3 三维打印技术三维打印技术 三维打印设备制造商三维打印设备制造商佛山峰华公司PCM-1200型快速成形设备外观图3 三维打印技术三维打印技术 三维打印技术在铸造中的应用三维打印技术在铸造中的应用传统铸造工艺中的铸型和型芯模具加工耗时，成形复杂铸件周期长 3D喷射快速成形设计成形一体化，加工过程高度柔性化3 三维打印技术三维打印技术 三维打印技术在铸造中的应用三维打印技术在铸造中的应用瑞士Turbal AG涡轮机厂和Wolfensberger AG铸钢厂合作为埃塞俄比亚的电力维修部门试制水轮机叶轮3 三维打印技术三维打印技术 三维打印技术在铸造中的应用三维打印技术在铸造中的应用佛山峰华PCM-1200成形真空泵叶轮的快速铸造工艺流程CBF250B真空泵叶轮铸型 CBF250B真空泵叶轮铸件3 三维打印技术三维打印技术 三维打印技术在铸造中的应用三维打印技术在铸造中的应用Z Cast制备锌合金铸件工艺流程Z Cast工艺为Z Corporation推出的陶瓷壳型制造工艺4 三维打印三维打印技术存在的问题技术存在的问题喷头喷头成形台成形台u制件精度制件精度u制件强度制件强度u后处理工艺后处理工艺 （焙烧、高温烧结、（焙烧、高温烧结、热等静压、浸渗）热等静压、浸渗）铸型铸型发气性、透气性发气性、透气性4 三维打印三维打印技术存在的问题技术存在的问题u制件精度制件精度4 三维打印三维打印技术存在的问题技术存在的问题u制件精度制件精度ExOne公司设备技术参数4 三维打印三维打印技术存在的问题技术存在的问题u制件精度制件精度（a）（b）（c）（d）（e）（f）不同分不同分层厚度和粘厚度和粘结剂喷射量的射量的3DP成形成形TiNiHf试样（a）20m、55%，（，（b）20m、170%，（c）35m、55%，（，（d）35m、170%，（，（e）50m、55%，（，（f）50m、170%.4 三维打印三维打印技术存在的问题技术存在的问题u制件精度制件精度 不同粒径TiNiHf制件表面立体形貌（a）0-20m （b）20-45m（c）45-75m（d）75-150m4 三维打印三维打印技术存在的问题技术存在的问题u制件精度制件精度 塑料粉末3DP 试样立体显微图（a）分层厚度0.087mm，粘结剂喷射量90%（b）分层厚度0.087mm，粘结剂喷射量125%（c）分层厚度0.1mm，粘结剂喷射量90%（d）分层厚度0.1mm，粘结剂喷射量90%（a）（b）（c）（d）4 三维打印三维打印技术存在的问题技术存在的问题u制件强度低制件强度低4 三维打印三维打印技术存在的问题技术存在的问题u后处理工艺处理后尺寸收缩大后处理工艺处理后尺寸收缩大IN 718C喷射粘结成形试样在1280烧结4h前后外形图 3DP成形的Al2O3陶瓷坩埚制品（左）预成形（中）烧结（右）渗Cu合金4 三维打印三维打印技术存在的问题技术存在的问题u制件精度和强度的影响机理制件精度和强度的影响机理喷射过程中粘结剂液滴落点位置影响卫星液滴对落点位置的影响粘结剂在粉体中的横向铺展和纵向渗透粘结剂在粉体中的横向铺展和纵向渗透4 三维打印三维打印技术存在的问题技术存在的问题u制件精度和强度的影响机理制件精度和强度的影响机理粘结剂在粉体中的横向铺展半径粘结剂在粉体中的横向铺展半径V 液滴体积液滴体积 粘结剂在颗粒表面的接触角粘结剂在颗粒表面的接触角所以，液滴体积、液滴与颗粒的润湿性影响粘所以，液滴体积、液滴与颗粒的润湿性影响粘结剂在粉体中的横向铺展范围结剂在粉体中的横向铺展范围（1）（2）（3）4 三维打印三维打印技术存在的问题技术存在的问题u制件精度和强度的影响机理制件精度和强度的影响机理粘结剂在粉体中的纵向渗透粘结剂在粉体中的纵向渗透R 孔隙半径t 渗透层厚为h的粉层所需时间k 渗透率lv 粘结剂表面张力 粘结剂粘度 接触角（1）（2）（3）4 三维打印三维打印技术存在的问题技术存在的问题u制件精度和强度的影响机理制件精度和强度的影响机理粘结剂粘度、表面张力是粘结剂粘度、表面张力是影响其在粉体中渗透深度影响其在粉体中渗透深度的主要参数的主要参数4 三维打印三维打印技术存在的问题技术存在的问题u制件精度和强度的影响机理制件精度和强度的影响机理r+hrH粘结剂固化后，相邻粉体形成的粘结桥形貌示意图，H为粘结剂在颗粒表面形成的膜厚4 三维打印三维打印技术存在的问题技术存在的问题u制件精度和强度的影响机理制件精度和强度的影响机理成形台成形台铺粉器铺粉器铺粉方向铺粉方向已成形粉层在铺粉过程中受到压应力和剪应力，容易开裂和移动，从而降低强度和精度4 三维打印三维打印技术存在的问题技术存在的问题基于当前基于当前3DP成形存成形存在的若干在的若干问题，申，申请国国家基金面上家基金面上项目，目，该项目目为近六年近六年来，快速成来，快速成形方向的首形方向的首个面上个面上项目目5.3DP 设备开发设备开发5.1 喷头系统喷头系统u 热气泡式喷头热气泡式喷头u 压电式喷头压电式喷头5.3DP 设备开发设备开发5.1 喷头系统喷头系统u 压电式喷头压电式喷头5.3DP 设备开发设备开发5.1 喷头系统喷头系统表表1 两种喷头的优缺点两种喷头的优缺点热气泡式热气泡式压电式压电式优点优点 打印速度快 喷头成本低 墨滴容易控制，打印 质量高 喷头使用寿命长 实际打印精度较高缺点缺点 打印时产生高热，连 续打印对喷头使用寿 命影响较大 打印介质在高温下性 能受到影响 喷头成本较高 分辨率低5.3DP 设备开发设备开发5.1 喷头系统喷头系统5.3DP 设备开发设备开发5.3DP 设备开发设备开发5.3DP 设备开发设备开发3DP3DP成形砂型的性能成形砂型的性能2.4.4 铸型后处理工艺铸型后处理工艺采用单喷头喷射粘结剂采用单喷头喷射粘结剂铸型室温固化、铸型室温干燥铸型室温固化、铸型室温干燥铸型表面清理、铸型型腔涂覆涂料铸型表面清理、铸型型腔涂覆涂料原砂粒径分布对铸型性能的影响原砂粒径分布对铸型性能的影响氧化锆三维打印成形氧化锆三维打印成形烧结前SEM形貌 烧结后SEM形貌