目录

  • 1 3D打印概论
    • 1.1 大国之材——3D打印
      • 1.1.1 嫦娥奔月与3D打印
    • 1.2 3D打印的定义
    • 1.3 3D打印的起源与发展
    • 1.4 3D打印的原理与组成
    • 1.5 3D打印的应用领域
      • 1.5.1 疫情下的3D打印应用
        • 1.5.1.1 ​3D打印“疫情隔离屋”
        • 1.5.1.2 3D打印新型冠状病毒模型
        • 1.5.1.3 3D打印护目镜
        • 1.5.1.4 3D打印防护面罩
    • 1.6 3D打印的优缺点
    • 1.7 3D打印的发展趋势
    • 1.8 研讨
    • 1.9 本章测试
  • 2 3D打印的工艺与材料
    • 2.1 3D打印的工艺
      • 2.1.1 熔融沉积制造(FDM)
      • 2.1.2 光固化成形技术(SLA)
      • 2.1.3 分层实体制造(LOM)
      • 2.1.4 选择性激光烧结(SLS)
      • 2.1.5 激光选区熔化金属成形(SLM)
      • 2.1.6 三维印刷(3-DP)
      • 2.1.7 电子束熔化成形(EBM)
      • 2.1.8 研讨
    • 2.2 3D打印的材料
      • 2.2.1 有机高分子材料
      • 2.2.2 金属材料
      • 2.2.3 无机非金属材料
      • 2.2.4 研讨
    • 2.3 本章测试
  • 3 3D打印机的组成与结构
    • 3.1 3D打印机的机械系统
      • 3.1.1 主机身结构
      • 3.1.2 传动系统
      • 3.1.3 挤出系统
    • 3.2 3D打印机的控制系统
      • 3.2.1 硬件系统及执行元件
      • 3.2.2 软件系统
  • 4 三维模型的构建
    • 4.1 CAD/CAM的基本概念
    • 4.2 3D反求设计
      • 4.2.1 正向设计与逆向设计
      • 4.2.2 3D反求与3D打印
      • 4.2.3 3D反求设计基本流程
        • 4.2.3.1 点云数据
        • 4.2.3.2 点云数据采集
        • 4.2.3.3 点云数据预处理
        • 4.2.3.4 点云数据建模
      • 4.2.4 3D反求(基于面结构光)与3D打印实验
        • 4.2.4.1 基本原理
        • 4.2.4.2 三维扫描的基本操作
        • 4.2.4.3 3D反求扫描实验(视频)
        • 4.2.4.4 三维模型的打印
      • 4.2.5 开源3D扫描的安装与校验实验
        • 4.2.5.1 基本原理
        • 4.2.5.2 扫描仪的安装与使用(视频)
    • 4.3 SolidWorks软件功能概述
    • 4.4 设计案例——梳子
    • 4.5 设计案例——七巧板
    • 4.6 设计案例——魔方
    • 4.7 设计案例——轴承座
    • 4.8 设计案例——水杯
    • 4.9 设计案例——花瓶
    • 4.10 设计案例——沐浴露瓶
    • 4.11 设计案例——齿轮泵
  • 5 数据处理与程序编制
    • 5.1 概述
    • 5.2 三维数据模型文件格式
    • 5.3 模型数据处理
    • 5.4 分层切片处理
    • 5.5 Gcode代码生成
  • 6 3D打印机的操作
    • 6.1 3D打印机的基本操作过程
    • 6.2 3D打印的主要工艺分析
      • 6.2.1 层厚参数对零件力学性能影响的研究
    • 6.3 零件的3D打印
  • 7 3D打印的误差分析及常见问题的处理
    • 7.1 误差分析
    • 7.2 3D打印机常见问题处理
  • 8 互联网+3D打印
    • 8.1 3D打印云平台(含概述)
      • 8.1.1 互联网+3D打印制造理念
      • 8.1.2 生产组织方式
      • 8.1.3 3D打印云平台构架
    • 8.2 3D打印与个性化定制
      • 8.2.1 个性化定制基本概念
      • 8.2.2 个性化定制的类型与演化路径
      • 8.2.3 基于3D打印云平台的个性化定制
      • 8.2.4 3D打印个性化定制案例:服装
      • 8.2.5 3D打印个性化定制案例:首饰
      • 8.2.6 3D打印个性化定制案例:医疗
      • 8.2.7 3D打印个性化定制案例:食品
  • 9 人物志
    • 9.1 卢秉恒
    • 9.2 戴尅戎
    • 9.3 王华明
    • 9.4 颜永年
    • 9.5 研讨
  • 10 他山之石
    • 10.1 视频案例欣赏
      • 10.1.1 5款3D打印机(2018年)
      • 10.1.2 打印女友(三维扫描+3D打印)
      • 10.1.3 踏入未来的3D打印跑鞋,Adidas future 4D Runner
      • 10.1.4 3D打印建筑
      • 10.1.5 走进GE的3D打印工厂
      • 10.1.6 3D打印混凝土桥
    • 10.2 模型案例欣赏
      • 10.2.1 建筑模型
      • 10.2.2 机械零件
      • 10.2.3 人物模型
      • 10.2.4 动物卡通
      • 10.2.5 生活用品
      • 10.2.6 交通工具
      • 10.2.7 艺术时尚
  • 11 参考资料
    • 11.1 参考文献
    • 11.2 3D打印设备(软件和说明书)
      • 11.2.1 太尔时代UP系列
      • 11.2.2 大业-小方
      • 11.2.3 FDM工业机
    • 11.3 社会影响
      • 11.3.1 教育部产学合作协同育人项目
      • 11.3.2 微课大赛全国一等奖
      • 11.3.3 安徽省工业设计大赛专项赛
      • 11.3.4 超星集团线上教学风采大赛三等奖
      • 11.3.5 安徽工业大学“停课不停学”线上教学竞赛二等奖
      • 11.3.6 安徽工业大学校级规划教材
      • 11.3.7 教学研究论文(3D打印技术基础及实践_混合式教学改革初探)
    • 11.4 建模软件
    • 11.5 线上教学-课程调查
3D打印的优缺点

与传统制造技术相比,3D打印技术具有明显的技术优势,也存在局限性。

1.5.1优势


(1)制造形状复杂的产品及零件

对于传统制造而言,产品零件形状越复杂,其加工难度越大,相应的制造成本就越高。但对于3D打印技术而言,形状复杂的零件并不比简单的柱状或长方体零件消耗更多的时间和成本。这意味着3D打印技术将打破传统的产品定价模式,最终改变产品制造成本的计算方法。

(2)制造小批量、多品种的产品

传统加工制造设备功能较少,一个产品零件往往需要多台设备、多道工序才能完成其加工过程;零件品种的变化往往意味着工、量、夹等一系列辅具的变化调整,无形中加大了制造成本和难度。另外,工件越复杂,对操作者技能水平的要求也相应提高。而3D打印技术在加工小批量、多品种产品时,省去了操作者培训和购置新设备及辅具的成本,更换加工零件品种对3D打印机来说,只需要更换不同的数字设计文件和打印材料即可。

(3)对操作者技能要求低,产品质量稳定

传统加工设备需要操作者花费一定的时间学习才能正确掌握操作技能,包括设备调整和校准。而3D打印技术从设计文件里获得各种指令并进行工作,要求操作者掌握的操作技能水平很低,在极端情况下甚至可以说没有要求,一方面大大降低了人力成本,另一方面将操作者对产品质量带来的影响因素降到了最低。

(4)一体化生产,减少组装环节

3D打印技术能使零部件生产一体化成型,大量减少构成产品的零部件数量,既缩短了制造时间,节约了人力成本,又减少了采购及运输成本。

(5)减少材料浪费,材料利用率高

与传统的金属制造技术相比,3D打印技术由于采用的是增材制造方法,制造产品时废弃物较少。而传统加工方法属于减材制造,材料利用率低。

(6)节能环保,符合产业发展方向

由于加工方法的优势,3D打印技术在生产制造过程中产生的废气、液等有害物质及所需能耗明显低于传统加工设备。

1.5.2缺点和存在的问题


(1)精度

由于3D打印技术采用的是分层制造的方法,其成品存在“台阶效应”,即虽然每个层很薄,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,特别是细长形物体,如管路以及薄壁体金属构件,对于精度要求很高的产品或零件需要后续进行打磨及精加工。

(2)材料性能

受限于其成型原理,其产品零部件材料性能较差,强度、刚度、机械加工性等均不如传统加工方式。

(3)变形问题

在加工过程中,原材料因为多次反复受热,其最终成品应力非常复杂,导致大型构件很容易变形。

(4)设备及原材料成本

可用于原型制造和大型结构件直接制造的工业用高端机器其售价一般在20万-200万美元之间,价格高昂。日前供3D打印机使用的廉价材料非常有限,主要是石膏、无机粉料、光敏树脂、塑料等,而市场最急需的金属材料价格又偏高,以电机外壳为例,打印其所需的金属粉末达到8万元/公斤。设备和原材料的价格居高不下在一定程度上阻碍了3D打印技术的发展。

(5)打印速度

受限于工作原理,目前3D打印机打印速度较慢,其技术指标远不能满足大批量生产的时间要求,批量生产经济性不高、进度控制难度较高。

(6)伦理和安全问题

随着3D打印技术的发展和进步,普通人在家里通过互联网下载枪械设计图并借助3D打印机制造已经成为现实。此外,可以克隆人体器官的3D打印技术在给医学界带来无限想象力的同时,也面临着伦理上引起大众质疑的困境。3D打印技术引发的安全风险和伦理质疑将越来越大,如何建立一套行之有效的监管机制来保证该技术不被犯罪分子和恐怖分子用来作恶,将对该技术的成长发展极为重要。