* d立體畫(huà)的印刷工藝流程及質(zhì)量要求的簡(jiǎn)單介紹

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* D打印即快速成型技術(shù)的一種，它是一種以數字模型文件為基礎，運用粉末狀金屬或塑料等可粘合材料，通過(guò)逐層打印的方式來(lái)構造物體的技術(shù)。* D打印通常是采用數字技術(shù)材料打印機來(lái)實(shí)現的。

一. * D打印發(fā)展歷史

·19* * 年，Charles Hull開(kāi)發(fā)了第一臺商業(yè)* D印刷機。

·199* 年，麻省理工學(xué)院獲* D印刷技術(shù)專(zhuān)利。

·199* 年，美國ZCorp公司從麻省理工學(xué)院獲得唯一授權并開(kāi)始開(kāi)發(fā)* D打印機。

·200* 年，市場(chǎng)上首個(gè)高清晰彩色* D打印機Spectrum Z* 10由ZCorp公司研制成功。

·2010年11月，世界上第一輛由* D打印機打印而成的汽車(chē)Urbee問(wèn)世。

·* D打印圖片2011年* 月* 日，發(fā)布了全球第一款* D打印的比基尼。

·2011年7月，英國研究人員開(kāi)發(fā)出世界上第一臺* D巧克力打印機。

·2011年* 月，南安普敦大學(xué)的工程師們開(kāi)發(fā)出世界上第一架* D打印的飛機。

·2012年11月，蘇格蘭科學(xué)家利用人體細胞首次用* D打印機打印出人造肝臟組織。

·201* 年10月，全球首次成功拍賣(mài)一款名為“ONO之神”的* D打印藝術(shù)品。

·201* 年11月，美國德克薩斯州奧斯汀的* D打印公司“固體概念”(SolidConcepts)設計制造出* D打印金屬手槍。

·2017年1月1* 日，科技公司Bellus * D可完整拍下高分辨率的人臉* D照片，這些照片進(jìn)行* D打印出的面具與真正的人臉。

·2017年* 月7日，德國運動(dòng)品牌阿迪達斯（adidas）推出了全球首款鞋底* D打印制成的運動(dòng)鞋，計劃201* 年開(kāi)始批量生產(chǎn)，以應對快速變化的時(shí)尚潮流，生產(chǎn)更多定制產(chǎn)品。

* D打印類(lèi)型一覽表

二. 常用技術(shù)技術(shù)介紹

1、熔融沉積造型（Fused deposition modeling，FDM）：FDM加熱頭把熱熔性材料（ABS樹(shù)脂、尼龍、蠟等）加熱到臨界狀態(tài)，使其呈現半流體狀態(tài)，然后加熱頭會(huì )在軟件控制下沿CAD 確定的二維幾何軌跡運動(dòng)，同時(shí)噴頭將半流動(dòng)狀態(tài)的材料擠壓出來(lái)，材料瞬時(shí)凝固形成有輪廓形狀的薄層。

2、光固化立體造型（Stereolithography，SLA）：SLA 光固化設備也會(huì )在開(kāi)始“打印”物體前，將物體的三維數字模型切片。然后電腦控制下，紫外激光會(huì )沿著(zhù)零件各分層截面輪廓，對液態(tài)樹(shù)脂進(jìn)行逐點(diǎn)掃描。被掃描到的樹(shù)脂薄層會(huì )產(chǎn)生聚合反應，由點(diǎn)逐漸形成線(xiàn)，最終形成零件的一個(gè)薄層的固化截面，而未被掃描到的樹(shù)脂保持原來(lái)的液態(tài)。

當一層固化完畢，升降工作臺移動(dòng)一個(gè)層片厚度的距離，在上一層已經(jīng)固化的樹(shù)脂表面再覆蓋一層新的液態(tài)樹(shù)脂，用以進(jìn)行再一次的掃描固化。新固化的一層牢固地粘合在前一層上，如此循環(huán)往復，直到整個(gè)零件原型制造完畢。

SLA 工藝的特點(diǎn)是，能夠呈現較高的精度和較好的表面質(zhì)量，并能制造形狀特別復雜（如空心零件）和特別精細（如工藝品、首飾等）的零件。

* 、選擇性激光燒結（SLS）：先將一層很?。▉喓撩准墸┑脑戏畚翠佋诠ぷ髋_上，接著(zhù)在電腦控制下的激光束通過(guò)掃描器以一定的速度和能量密度，按分層面的二維數據掃描。激光掃描過(guò)的粉末就燒結成一定厚度的實(shí)體片層，未掃描的地方仍然保持松散的粉末狀。

一層掃描完畢，隨后對下一層進(jìn)行掃描。先根據物體截層厚度升降工作臺，鋪粉滾筒再次將粉末鋪平，然后再開(kāi)始新一層的掃描。如此反復，直至掃描完所有層面。去掉多余粉末，再經(jīng)過(guò)打磨、烘干等適當的后處理，即可獲得零件。

目前應用此工藝時(shí)，以蠟粉末及塑料粉末作為原料較多，而用金屬粉或陶瓷粉進(jìn)行粘接或燒結的工藝尚未實(shí)際應用。

* 、層片疊加制造（Laminated object manufacturing，LOM）：在層片疊加制造工藝中，機器會(huì )將單面涂有熱溶膠的箔材通過(guò)熱輥加熱，熱溶膠在加熱狀態(tài)下可產(chǎn)生粘性，所以由紙、陶瓷箔、金屬箔等構成的材料就會(huì )粘接在一起。接著(zhù)，上方的激光器按照CAD 模型分層數據，用激光束將箔材切割成所制零件的內外輪廓。然后再鋪上新的一層箔材，通過(guò)熱壓裝置將其與下面已切割層粘合在一起，激光束再次切割。然后重復這個(gè)過(guò)程，直至整個(gè)零部件打印完成。

不難發(fā)現，LOM 工藝還是有傳統切削的影子。只不過(guò)它不是用大塊原材料進(jìn)行整體切削，而是將原來(lái)的零部件模型分割為多層，然后進(jìn)行逐層切削。北京太爾時(shí)代最開(kāi)始研發(fā)的* D 打印機也是LOM 工藝的* D 打印機，不過(guò)因為采用紙作為原料，用激光切割存在點(diǎn)燃風(fēng)險，且應用受限，所以太爾時(shí)代后來(lái)轉而主攻FDM 工藝。

* 、三維印刷工藝（* D printing，* DP）：從工作方式來(lái)看，三維印刷與傳統二維噴墨打印最接近。與SLS 工藝一樣，* DP 也是通過(guò)將粉末粘結成整體來(lái)制作零部件，不同之處在于，它不是通過(guò)激光熔融的方式粘結，而是通過(guò)噴頭噴出的粘結劑。

噴頭在電腦控制下，按照模型截面的二維數據運行，選擇性地在相應位置噴射粘結劑，最終構成層。在每一層粘結完畢后，成型缸下降一個(gè)等于層厚度的距離，供粉缸上升一段高度，推出多余粉末，并由鋪粉輥推到成型缸，鋪平再被壓實(shí)。如此循環(huán)，直至完成整個(gè)物體的粘結。

* D打印概況表

三. * D打印常見(jiàn)問(wèn)題及解決方式

1、* D模型打印出現層錯位

原因：①切片模型錯誤；②噴頭移動(dòng)太快；③打印中途噴嘴被強行阻止路徑；④電壓不穩；⑤機械問(wèn)題；⑥主板問(wèn)題。

2、大象腳（當模型的最底層向外微微凸出，這種現象則稱(chēng)為“象腳”）

解決方式：①平衡打印平臺溫度和風(fēng)扇轉速；②打印平臺調平；③檢查噴嘴高度；④倒角的模型設計。

四. * D打印的應用

1、無(wú)人機領(lǐng)域

存在的隱患：

①* D打印讓無(wú)人機遭遇知識產(chǎn)權危機。

②* D打印或加劇無(wú)人機黑飛現象。

③* D打印或使無(wú)人機生產(chǎn)面臨更大的安全風(fēng)險。

2、家用* D打印機

考慮的問(wèn)題：

①機身輪廓（采用全封閉的打印方式，這樣不論是從實(shí)際應用還是用戶(hù)心理角度，都能提供最安全的保護，尤其是在家庭使用環(huán)境中。對于年幼的孩童來(lái)說(shuō)，全封閉的機身也能最大限度保證兒童的身體安全。）

②觀(guān)察窗（觀(guān)察窗應該是多角度的，透明的，以便于使用者尤其是青少年兒童能夠觀(guān)察整個(gè)加工過(guò)程。）

③界面設計（界面設計更多的是從交互設計和美觀(guān)設計來(lái)考慮，通過(guò)各種功能按鍵的合理化布局，滿(mǎn)足使用者在操作過(guò)程中最大限度減少誤操作，使用戶(hù)能夠更加輕易掌握各項功能的使用。）

④色彩設計（現有的* D打印機大多外觀(guān)單一，造型冰冷，缺乏情感設計，尤其是色彩單一，大多數是以黑白色為主，很難讓兒童產(chǎn)生親切感。色彩是最具視覺(jué)沖擊力和表現力的形式要素，因此在桌面* D打印機的設計中，色彩系統在整個(gè)方案設計中非常重要。）

* 、KAUST的傳感器

組成部分：用于監測濕度的空氣電容器、電路板，以及一個(gè)完整的金屬條盒，用于隨后的傳感器和一個(gè)天線(xiàn)。

應用場(chǎng)景：森林火災、工業(yè)泄漏、衛星觀(guān)測。

* 、打印PCB

代表產(chǎn)品：

①北京夢(mèng)之墨（夢(mèng)之墨是一種液態(tài)金屬墨水）墨水可以導電，置入* D打印機中，便可精確地把PCB打印出來(lái)。

②沙特阿拉伯的研究團隊也研發(fā)了一項全新技術(shù)，在柔性貼紙上打印電路板。這項技術(shù)包括三個(gè)不同的制造技術(shù)：封裝材料的* D打印技術(shù)；基于納米級分子的銀材質(zhì)墨水的噴墨打印技術(shù)；將電子電路與物體表面結合的精密卷繞對位技術(shù)。

③德國的NexD1，可以一次容納六個(gè)墨盒，并混合不同的材料，如導電樹(shù)脂等，這種樹(shù)脂可以打印到與標準PCB同樣導電的電路板上。* 、以色列和美國合作的DragonFly 2020 * D打印機，匯集了精確的噴墨沉積系統、先進(jìn)的納米化學(xué)和先進(jìn)的軟件打印技術(shù)，可以輕松打印PCB，并且成本更低、打印更迅速。

* 、* D打印混凝土技術(shù)

性能要求：①可擠出性；②粘聚性；③硬化混凝土的性能（耐久性）。

存在問(wèn)題：①原材料的問(wèn)題；②配合比理論的問(wèn)題；③軟件的問(wèn)題；④成型高度的問(wèn)題。

研究發(fā)展：①混凝土材料的研究；②配套軟硬件的研究；③打印工藝的研究。

* 、醫療健康

發(fā)展狀況：

①* D打印卵巢具有生育能力

②* D打印補丁或有望修復心臟病患者受損的心臟

③* D打印技術(shù)成功制造出人工血管

④* D打印可定制血管支架

⑤利用干細胞定制具有抗炎作用的* D打印軟骨

⑥* D打印“迷你大腦” 解密寨卡病毒

⑦* D打印腦組織 可研究腦疾病

⑧* D打印技術(shù)生產(chǎn)血管等復雜組織

⑨世界上首例* D打印藥物問(wèn)世（Aprecia藥業(yè)制造的藥物"Spritam"，主要用于治療羊癲瘋，已經(jīng)在美國上市。）

五. 新材料、新技術(shù)介紹

1、Pidex直覺(jué)式設計平臺

ANSYS SpaceClaim和湃?？萍?a href="http://szwlxq.com" target="_blank" title="">吉印通 推出了Pidex直覺(jué)式設計平臺：采用直接建模與參數化相結合。打破* D設計與* D打印之間的界限、面向增材制造的設計、打印前的分析、清理和修補、輕量化處理、面向增材制造的拓撲優(yōu)化建模。

特點(diǎn)：

①易用性：* 個(gè)操作涵蓋了* 0%的功能，揉泥巴的建模方式，讓你不用去考慮尺寸，直覺(jué)式的操作，半小時(shí)就可以上手。

②任意數據采用：直接建模的方式，以幾何為核心，可以導入任何* D、2D數據進(jìn)行操作而不用擔心數據來(lái)源。

③功能強大去解決棘手的問(wèn)題：無(wú)論是用在快速迭代的概念設計、* D打印、分析模型準備、車(chē)間制造、逆向工程，都能讓* D 設計變得快捷、容易、柔性和有價(jià)值。

2、Hydro-Support

* DFuel推出了一款完全溶于水的* D打印支撐材料Hydro-Support。

* 、液態(tài)玻璃

德國卡爾斯魯厄理工學(xué)院研究人員巴斯汀·拉普及其同事，發(fā)明了一種新技術(shù)，他們在標準* D打印機中使用可以自由流動(dòng)的石英納米復合材料（被稱(chēng)為“液態(tài)玻璃”）制作出復雜的形狀，然后經(jīng)過(guò)熱加工處理，形成具有較高光學(xué)性能的熔融石英玻璃結構。這些結構既光滑又透明，細節特征可以小至幾十微米。

* 、SMP

來(lái)自佐治亞理工學(xué)院、新加坡理工大學(xué)和設計學(xué)院（SUTD）以及中國西安交通大學(xué)的研究人員團隊最近開(kāi)發(fā)出一種新的* D打印方法，創(chuàng )造出可以永久改變其形狀的物體。智能形狀記憶聚合物（SMP）。

* 、鋁合金粉末

SNDVARY(辛德華瑞)經(jīng)過(guò)* 年的努力研發(fā)出了超高流動(dòng)性的鋁合金粉末。

* 、鍍鎳的OXFAB-Ni

美國高級材料和* D打印公司Oxford Performance Materials（OPM）推出了一款新的PEKK * D打印材料——鍍鎳的OXFAB-Ni。

六、國內發(fā)展前景

中國工程院有關(guān)報告指出，* D技術(shù)將對智能生產(chǎn)、智能加工和智能設備帶來(lái)推動(dòng)作用。我國* D打印技術(shù)應該在可穿戴電子設備、可穿戴器件、個(gè)性化手術(shù)導板以及一些醫療模型等方面有更大的作為。

上海交通大學(xué)數字醫學(xué)教育部工程研究中心教授王成燾認為，個(gè)體化、精準化、微創(chuàng )化、遠程化是21世紀臨床醫學(xué)發(fā)展的四大方向，其中，數字技術(shù)是主要支撐，* D打印技術(shù)是重要內容。

據王成燾介紹，目前* D打印技術(shù)在臨床醫學(xué)的應用有三大領(lǐng)域——打模型、助力精準手術(shù)、量體個(gè)性化種植，接下來(lái)的研發(fā)方向是軟組織系統和組織工程支架的* D打印，同時(shí)也對模型的物理性能提出更高需求，如能否打印血管肌肉等。據了解，* D打印技術(shù)本質(zhì)上并不是印刷技術(shù)，而是一種制造技術(shù)，業(yè)內也稱(chēng)其為“增材制造”，與傳統制造業(yè)通過(guò)加工原料最終成型不同，* D打印技術(shù)是“無(wú)中生有”的制作過(guò)程，不僅不受原料幾何形狀的約束，還幾乎不產(chǎn)生廢料，能有效節約成本。

業(yè)內人士認為，* D打印技術(shù)更適合“制造和銷(xiāo)售高利潤的產(chǎn)品和服務(wù)，為消費者提供個(gè)性化和革命化的體驗”，它發(fā)展的出路不在于與傳統制造業(yè)一較高下，而是通過(guò)其高度的加工制造柔性與廣泛的材料適用性來(lái)與傳統制造業(yè)優(yōu)勢進(jìn)行互補，以其“精、準、快”的制造特點(diǎn)，促進(jìn)傳統制造業(yè)轉型升級。

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