1. 3d打印机结构图
UM结构全称Ultimaker结构,UM结构的XY电机都是固定在机箱上的,不会给各轴带来惯性。结构比较复杂,对零件的加工精度、装配精度要求比较高。由于电机都是安装在机箱上的,不会给各轴带来惯性,所以打印速度快、精度也相对高。
并且Ultimaker采用十字轴传动使打印头在XY平面运动时拥有较高的定位精度,配合Z轴的丝杠传动,从而使得设备拥有了良好的机械精度基础,配合Ultimaker开源的Cura切片软件,使得整个打印过程更加便捷、高效。
2. 3d打印机结构图及名称
一、3D打印技术简介
3D打印技术出现在20世纪90年代中期,实际上是利用光固化和纸层叠等技术的最新快速成型装置。3D打印,即快速成型技术的一种,它是一种以数字模型文件为基础,运用粉末状金属或塑料等可粘合材料,通过逐层打印的方式来构造物体的技术。
过去其常在模具制造、工业设计等领域被用于制造模型,现正逐渐用于一些产品的直接制造。特别是一些高价值应用(比如髋关节或牙齿,或一些飞机零部件)已经有使用这种技术打印而成的零部件,意味着“3D打印”这项技术的普及。
二、3D打印技术原理分析
1.三维设计
3D打印的设计过程是:先通过计算机辅助设计(CAD)或计算机动画建模软件建模,再将建成的三维模型“分割”成逐层的截面,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文件使用三角面来大致模拟物体的表面。三角面越小其生成的表面分辨率越高。PLY是一种通过扫描来产生三维文件的扫描器,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.打印过程
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3DSystems‘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3D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. 3D打印结构图
3D打印的主流工艺流程:
1、熔融沉积造型(Fused deposition modeling,FDM)
FDM 可能是目前应用最广泛的一种工艺,很多消费级3D 打印机都是采用的这种工艺,因为它实现起来相对容易:
FDM加热头把热熔性材料(ABS树脂、尼龙、蜡等)加热到临界状态,使其呈现半流体状态,然后加热头会在软件控制下沿CAD 确定的二维几何轨迹运动,同时喷头将半流动状态的材料挤压出来,材料瞬时凝固形成有轮廓形状的薄层。
这个过程与二维打印机的打印过程很相似,只不过从打印头出来的不是油墨,而是ABS树脂等材料的熔融物。同时由于3D
打印机的打印头或底座能够在垂直方向移动,所以它能让材料逐层进行快速累积,并且每层都是CAD
模型确定的轨迹打印出确定的形状,所以最终能够打印出设计好的三维物体。
2、光固化立体造型(Stereolithography,SLA)
据维基百科记载,1984年的第一台快速成形设备采用的就是光固化立体造型工艺,现在的快速成型设备中,以SLA的研究最为深入,运用也最为广泛。平时我们通常将这种工艺简称“光固化”,该工艺的基础是能在紫外光照射下产生聚合反应的光敏树脂。
与其它3D 打印工艺一样,SLA 光固化设备也会在开始“打印”物体前,将物体的三维数字模型切片。然后电脑控制下,紫外激光会沿着零件各分层截面轮廓,对液态树脂进行逐点扫描。被扫描到的树脂薄层会产生聚合反应,由点逐渐形成线,最终形成零件的一个薄层的固化截面,而未被扫描到的树脂保持原来的液态。
当一层固化完毕,升降工作台移动一个层片厚度的距离,在上一层已经固化的树脂表面再覆盖一层新的液态树脂,用以进行再一次的扫描固化。新固化的一层牢固地粘合在前一层上,如此循环往复,直到整个零件原型制造完毕。
SLA 工艺的特点是,能够呈现较高的精度和较好的表面质量,并能制造形状特别复杂(如空心零件)和特别精细(如工艺品、首饰等)的零件。
3、选择性激光烧结(SLS)
数字模型分层切割与逐层制造是3D 打印工艺的基础,这里往后就不再赘述了。除此之外,SLS 工艺与SLA
光固化工艺还有相似之处,即都需要借助激光将物质固化为整体。不同的是,SLS
工艺使用的是红外激光束,材料则由光敏树脂变成了塑料、蜡、陶瓷、金属或其复合物的粉末。
先将一层很薄(亚毫米级)的原料粉未铺在工作台上,接着在电脑控制下的激光束通过扫描器以一定的速度和能量密度,按分层面的二维数据扫描。激光扫描过的粉末就烧结成一定厚度的实体片层,未扫描的地方仍然保持松散的粉末状。
一层扫描完毕,随后对下一层进行扫描。先根据物体截层厚度升降工作台,铺粉滚筒再次将粉末铺平,然后再开始新一层的扫描。如此反复,直至扫描完所有层面。去掉多余粉末,再经过打磨、烘干等适当的后处理,即可获得零件。
目前应用此工艺时,以蜡粉末及塑料粉末作为原料较多,而用金属粉或陶瓷粉进行粘接或烧结的工艺尚未实际应用。
4、层片叠加制造(Laminated object manufacturing,LOM)
在层片叠加制造工艺中,机器会将单面涂有热溶胶的箔材通过热辊加热,热溶胶在加热状态下可产生粘性,所以由纸、陶瓷箔、金属箔等构成的材料就会粘接在一起。接着,上方的激光器按照CAD 模型分层数据,用激光束将箔材切割成所制零件的内外轮廓。然后再铺上新的一层箔材,通过热压装置将其与下面已切割层粘合在一起,激光束再次切割。然后重复这个过程,直至整个零部件打印完成。
不难发现,LOM 工艺还是有传统切削的影子。只不过它不是用大块原材料进行整体切削,而是将原来的零部件模型分割为多层,然后进行逐层切削。
5、三维印刷工艺(3D printing,3DP)
三维印刷,也称三维打印。维基百科显示,1989年,麻省理工的Emanuel M. Sachs和John S.
Haggerty等在美国申请了三维印刷技术的专利,之后Emanuel M. Sachs和John S.
Haggerty又多次对该技术进行完善,并最终形成了今天的三维印刷工艺。
从工作方式来看,三维印刷与传统二维喷墨打印最接近。与SLS 工艺一样,3DP 也是通过将粉末粘结成整体来制作零部件,不同之处在于,它不是通过激光熔融的方式粘结,而是通过喷头喷出的粘结剂。
喷头在电脑控制下,按照模型截面的二维数据运行,选择性地在相应位置喷射粘结剂,最终构成层。在每一层粘结完毕后,成型缸下降一个等于层厚度的距离,供粉缸上升一段高度,推出多余粉末,并由铺粉辊推到成型缸,铺平再被压实。如此循环,直至完成整个物体的粘结
4. 3d打印机基本结构
一、3D打印机的设计、制造和维护者:他们的主要任务是设计制造3D打印机本身,同时保证它们能够按照设计要求正常、正确的工作,于此相近的专业有机电工程、机械及自动化、人机工程学等。主要的学习内容包括3D打印机的结构及原理;3D打印机虚拟样机的设计、制造;3D打印机零件设计、整机设计和装配;3D打印机的维护与维修等。
二、三维软件开发人员:他们的主要任务是开发三维设计软件和3D打印机控制程序,用以优化3D设计流程、完善3D打印机的控制过程等,于此相关的专业有计算机、软件开发类专业。主要学习内容为计算机编程、电脑应用和IT技术。
三、3D建模、产品设计人员:这部分主要体现在模型的设计和软件处理上,包括艺术设计和工业设计,需要学习图形图像相关知识,相关专业有动画动漫、影视、数字媒体、交互媒体、视听广告等。主要学习内容包括美术基础、色彩构成、平面设计、立体造型设计、产品设计表现技法、机械制图等。还需要学习一些主流3D软件的应用,包括CAD、PRO-E、Maya、Geomagic Studio、3dmax、UG等。
四、3D打印材料的研制开发者:相关专业为材料学。需要学习的内容主要是新型3D打印材料开发、功能、使用。
从以上内容可以看出,3D打印技术涉及的学科或专业范围很广,一个人的精力有限,不可能将以上全部内容都精通,大家可以根据自己的性却爱好,选择学习其中 的某一部分,目前已经有部分职业学校甚至是大学开设了专门的3D打印专业,如果有条件的话可以先和这些学校联系做进一步了解。
从3D打印技术的发展来看,无论是动漫游戏、机械制造、建筑设计、室内装潢、食品、医疗、教育、军事国防等领域都会产生对3D技术人员的极大需求
5. 3D打印机结构图解
3Duv打印机原理是:
1、3Duv打印机本质上是压电式喷墨打印设备的一种;
2、uv墨水本身可以跟阳光中的紫外线发生反应,造成凝固,所以在保存和运输过程中,需要用黑色瓶子,避免接触到阳光;
3、通过led冷光源灯发出的紫外线波与uv墨水中的光敏固化剂起反应,造成uv墨水中的颜料分子固化在材质表面上的。
6. 3D打印机设计图
3D打印的设计过程是:先通过计算机辅助设计(CAD)或计算机动画建模软件建模,再将建成的三维模型“分割”成逐层的截面,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文件使用三角面来大致模拟物体的表面。三角面越小其生成的表面分辨率越高。