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3D打印知识整理笔记解析
3D打印机来源
打印机英文“3D Printers”，3D 打印机这个名称是近年该产品来针对民用市场而出现的一个新词。
其实在专业领域他有另一个名称“快速成形技术”。
快速成形技术又称快速原型制造（Rapid Prototyping Manufacturing，简称RPM）技术，诞生于20 世纪80 年代后期，是基于材料堆积法的一种高新制造技术，被认为是近20 年来制造领域的一个重大成果。
它集机械工程、CAD、逆向工程技术、分层制造技术、数控技术、材料科学、激光技术于一身，可以自动、直接、快速、精确地将设计思想转变为具有一定功能的原型或直接制造零件，从而为零件原型制作、新设计思想的校验等方面提供了一种高效低成本的实现手段。
即，快速成形技术就是利用三维CAD 的数据，通过快速成型机，将一层层的材料堆积成实体原型。
RPM技术是在现代CAD/CAM技术、激光技术、计算机数控技术、精密伺服驱动技术以及新材料技术的基础上集成发展起来的。
不同种类的快速成型系统因所用成形材料不同，成形原理和系统特点也各有不同。
但是，其基本原理都是一样的，那就是"分层制造，逐层叠加"，类似于数学上的积分过程。
形象地讲，快速成形系统就像是一台"立体打印机"，因此得名“3D 打印机”。
3D打印入门二：
3D打印机的发展历史！
∙摘要：
∙多数人看来3D打印还是一个新生事物，其实在二十年前3D打印设想已开始酝酿。
设计领域许多人都知道3DCAD（3D计算机辅助设计）。
从70年代诞生到现在，3DCAD经历了几十年的发展，已经成为广大设计人员的有力工具之一和很多设计领域的重要标准。
而快速成型（RapidPrototyping，简称RP）技术几乎与3DCAD的发展同步，人们从使用3DCAD的那天起就希望方便地将设计“转化”为实物，因此也就有了发明3D打印机的必要。
假如您需要3D打印模型，请至3D云台网处下载。
一、3D打印的起源
3D打印技术起源于19世纪末美国研究的照相雕塑和地貌成形技术，到20世纪80年代后期已初具雏形，其学名为“快速成型”，并且在这个时期得到推广和发展！
二、3D打印、3D打印机定义。
1、3D打印是一种通过材料逐层添加制造三维物体的变革性、数字化增材制造技术，它将信息、材料、生物、控制等技术融合渗透，将对未来制造业生产模式与人类生活方式产生重要影响。
通俗的讲：
3D打印就是将各种技术融合在一起，通过材料进行逐层添加制造物体。
2、3D打印机，即快速成形技术的一种机器，它是一种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。
即把电脑中设计的模型，运用各种材料，通过3D打印机打印成实体。
3、3D打印机的工作原理：
把数据和原料放进3D打印机中，机器会按照程序把产品一层层造出来。
打印出的产品，可以立即投入使用。
三、早期的3D打印机及其应用领域。
1、1986年，美国科学家胡尔利用一种叫光敏树脂的液态材料，被一定波长的紫外光照射后会立刻变成固体的特性，发明了世界上第一台3D打印机。
这台打印机的工作原理是：
把液态光敏树脂倒进一个容器，液面下方0.05毫米-0.15毫米有个升降平台，液面上方有一台激光器，激光器连接电脑，电脑里有虚拟物体的三维数据。
电脑发出第一道指令，激光器发射紫外光，紫外光照射液面特定位置，这一片形状的光敏树脂马上发生光聚合反应，从液体变成固体相当于打印完成了第一层。
然后，平台下降0.05毫米-0.15毫米，激光器再根据新指令发射光线，上面这层液体照射后固化，“打印”出第二层……平台一点一点下降，电脑一道一道发出指令，平台上的液体一层一层固化、累积，于是，一件电脑里的三维模型就这样被“打印”成了一件立体实物。
2012年，胡尔74岁，他一手创办的3DSystems公司创造了业内3D打印机最高销售业绩：
2.9亿美元。
2、早期的3D打印机价格非常昂贵，并且打印的产品数量也很少。
最早应用于打印珠宝、工具、玩具、厨房用具等产品！
四、目前3D打印机的成型原理、打印耗材及应用领域
1、通过阅读资料，我了解到目前3D打印机的成型原理主要分为FDM（熔积成型法）、SLA（光固化成型法）、SLS（激光粉末烧结法）、SLM（金属粉末融化）、3DP（三维印刷法）LOM（分层实体制造法）。
（在3D打印技术里面具体分析）
2、截止目前，能使用于3D打印机的材料主要为ABS/PLA卷材（FDM）、光敏树脂（SLA）、尼龙粉末（SLS）、PS/PP粉末（SLS）、金属粉末（SLS）、陶瓷粉末（SLS）、PVC片材（LOM）、纸张（LOM）、石膏粉末（3DP）和树脂砂/覆膜砂（SLS）。
（在3D打印技术里面具体分析）
3、相对于早期3D打印机应用领域的狭窄，现在的3D打印机应用敢为大为扩展，目前，主要应用较大的领域包括政府、航天和国防、医疗设备、高科技、教育业以及制造业。
其中，目前3D打印机也应用于打印一些极具创意和个性化的产品模型。
3D打印入门三：
3D打印机的原理是什么？
∙摘要：
∙3D打印机可以根据零件的形状，每次制做一个具有一定微小厚度和特定形状的截面，然后再把它们逐层粘结起来，就得到了所需制造的立体的零件。
萌芽期
多数人看来3D打印还是一个新生事物，其实在二十年前3D打印设想已开始酝酿。
设计领域许多人都知道3DCAD（3D计算机辅助设计）。
从70年代诞生到现在，3DCAD经历了几十年的发展，已经成为广大设计人员的有力工具之一和很多设计领域的重要标准。
而快速成型（RapidPrototyping，简称RP）技术几乎与3DCAD的发展同步，人们从使用3DCAD的那天起就希望方便地将设计“转化”为实物，因此也就有了发明3D打印机的必要。
在目前的3D打印机行业中，ZCorporation和Stratasys两家公司的产品占有绝大多数市场份额。
提到3DP（ThreeDimensionalPrinting，三维打印）几乎就是美国ZCorporation公司的代称。
早在1994年，几个来自MIT（麻省理工学院）的科研和技术专家就发明了3DP技术并申请了专利。
1997年，为了将3DP技术推向市场，ZCorporation公司正式成立。
从那时起，ZCorporation就一直占据着3D打印机市场的半壁江山。
成立于1990年的美国Stratasys公司率先推出了基于FDM技术的快速成型机，并很快发布了基于FDM的Dimension系列3D打印机。
由于，FDM技术有其得天独厚的优势，适合汽车、家电、电动工具、机械加工、精密铸造及工艺品制作等领域使用，因此Stratasys的FDM快速成型机目前在全球RP市场已占有近半的比例。
我国对3D打印技术也同样有十分强烈的需求。
自90年代初国内就有多所高校开始自主知识产权的RP技术研发，但是相比RP技术领先的美国、日本等国家，国内还没有一款达到国际水平的3D打印机推向市场，只有部分有实力的企业和科研院到专业的RP或3D打印服务商那里租用3D打印机或者订制模型。
国内RP技术在研究队伍、资金投入和普及范围等多方面还有很长的路要走。
比较而言，港台地区RP技术应用更为广泛。
港台地区相比内地RP技术起步较早—很多高校、企业都有自己的3D打印设备。
只不过，港台地区RP技术的重点是应用与推广，而并非自主研发。
成长期
与计算机和网络发展相一致，在经过20-30的萌芽期，3D打印进入快速成长期。
2011年9月BBCNEWS报道，德国弗劳恩霍夫研究所的一个小组，使用3D打印技术和一种称为“多光子聚合技术”，成功地打印出人造血管。
通过这一过程打印出来的血管可以与人体组织相互“沟通”，不会遭器官排斥。
打印时使用的“墨水”是生物分子与人造聚合体。
2011年10月，一辆名为“Urbee”的汽车在加拿大温尼伯艺术画廊举行的展会上首次公开亮相，它包括玻璃嵌板在内的所有外部组件都是通过3D打印设备生产的。
它用电和汽油作为混合动力，车速可达每小时100公里至110公里。
2011年12月，TheoJansen展示一套采用“3D打印机”制作的风动机械装置，唯一使用的材料就是PVC。
这个机械装置需要通过风驱动上面的大扇叶，带动内部的机械齿轮让装置行走，就像一个多足的机器人在那里爬行。
2012年的TED大会上，能打印出肾的3D打印机使人眼前一亮。
这次打印出的肾组织只是一个雏形，只是用于实验操作。
短期内不能被用于临床应用中。
但神奇的效果却产生了震撼效应。
2012年3月，来自维也纳科技大学的研究人员推出了“纳米级”3D打印机，它可以创建复杂的对象，比如微型F1赛车、维也纳圣史蒂芬大教堂和伦敦塔桥的微型模型等，它们甚至比一粒沙子还要小。
这种打印机使用液态树脂，采用一种名为“双光子光刻”的高新技术，通过激光使树脂硬化成形。
3D打印入门四：
3D打印技术之SLS技术
∙摘要：
∙SLS技术，全称为粉末材料选择性烧结（SelectedLaserSintering），是采采用红外激光作为热源来烧结粉末材料，以逐层添加方式成形三维零件的一种快速成型方法。
1、SLS技术
1.1SLS技术概念
SLS技术，全称为粉末材料选择性烧结（SelectedLaserSintering），是采采用红外激光作为热源来烧结粉末材料，以逐层添加方式成形三维零件的一种快速成型方法。
1.2SLS技术历史简介
SLS分层制造技术是2由美国德克萨斯大学奥斯汀分校的C.R.Dechard于1989年研制成功。
目前德国EOS公司推出了自己的SLS工艺成形机EOSINT，分为适用于金属、聚合物和砂型三种机型。
我国的北京隆源自动成形系统有限公司和华中科技大学也相继开发出了商品化的设备。
1.3SLS技术的成型原理
SLS技术的成型原理是：
在开始加工前，需要把充有氮气的工作室升温，并保持在粉末的熔点以下。
成型时，送料桶上升，铺粉滚筒移动，先在工作平台上铺一层粉末材料，然后激光束在计算机的控制下按照截面轮廓对实心部分所在的粉末进行烧结，使粉末融化继而形成一层固体轮廓。
第一层烧结完成后，工作太下降一截面层的高度，在铺上一层粉末，进行下一层烧结，依次循环，从而形成所打印的模型。
1.4 SLS技术所需耗材
SLS技术目前可以使用的打印耗材有尼龙粉末、PS粉末、PP粉末、金属粉末、陶瓷粉末、树脂砂和覆膜砂。
1.5 SLS技术应用范围
SLS技术不光可以运用于快速模型的制造，而且还可用于产品的小批量生产。
1.6 SLS技术的优缺点
1.6.1 SLS技术的优点
①能生产较硬的模具;
②可以采用多种原料，包括类工程塑料、蜡、金属、陶瓷等;
③零件的构建时间短，可达到1in/h高度;
④无需设计和构造支撑。
1.6.2 SLS技术的缺点
①有激光损耗，需要专门实验室环境，使用及维护费用高昂;
②需要预热和冷却，后处理麻烦；
③成型表面受粉末颗粒大小及激光光斑的限制;
④加工室需要不断充氮气，加工成本高;
⑤成型过程产生有毒气体和粉尘，污染环境。
2、SLS技术制造过程
SLS工艺因为材料不同，具体的烧结工艺也是不同的。
2.1高分子粉末材料烧结工艺
高分子粉末材料为例，此材料的烧结工艺过程可以分为前处理、粉层烧结叠加和后处理三个阶段：
①前处理主要是利用设计软件设计出三维CAD造型，静STL数据转换后输入到粉末激光烧结快速成型系统中。
②第二阶段就是粉层激光烧结叠加：
设备根据原型的结构特点，设定具体的制造参数，设备自动完成原型的逐层粉末烧结叠加过程。
当所有叠层自动烧结叠加完成之后就需要把制造的原型在成型缸中冷却至40℃一下，把原型捞出进行后期处理。
② 后期处理：
因为制造出的模型强度很弱，所以在整个后期处理过程中需要进行渗蜡或者渗树脂进行补强处理。
2.2金属零件间接烧结工艺
金属零件间接烧结工艺分为三个阶段：
SLS原型件的制作、粉末烧结件的制作、金属熔渗后处理。
①SLS原型件的制作包括CAD建模、分层切片、激光烧结、原型。
此阶段的关键在于，如何选用合理的粉末配比和加工工艺参数实现原型件的制作。
“褐件”制作阶段过程为二次烧结（800℃）——三次烧结（1080℃），此阶段的关键在于，烧失原型件中的有机杂质获得具有相对准确形状和强度的金属结构体。
金属熔渗阶段过程为二次烧结（800℃）——三次烧结（1080℃）——金属熔渗——金属件。
此阶段的关键在于，选用合适的熔渗材料及工艺，以获得较致密的金属零件。
2.3SLS工艺的金属零件直接制造工艺
SLS工艺的金属零件直接制造工艺流程为：
CAD模型——分层切片——激光烧结（SLS）——RP原型零件——金属件。
3、SLS工艺中影响模型精度的因素
在利用SLS工艺制造原型件的过程中，容易影响原型件精度的因素有很多，比如SLS设备精度误差、CAD模型切片误差、扫描方式、粉末颗粒、环境温度、激光功率、扫描速度、扫描间距、单层层厚等。
其中烧结工艺参数对精度和强度的影响是很大的。
另外，预热不均也会导致原型件精度变差。
①激光功率：
随着激光功率的增加，尺寸误差正方向增大，并且厚度方向的增大趋势要比宽度方向的尺寸误差大。
②扫描速度：
当扫描速度增大时，尺寸误差向负向误差方向减小，强度减小。
③ 烧结间距：
随着扫描间距的增大，尺寸误差向负差方向减小。
④单层厚度：
随着单层厚度的增加，强度减小，尺寸误差向复查方向减小。
4、SLS技术发展前景
SLS工艺自发明以来，十几年的时间里，在各个行业得到了快速的发展，其主要是用于快速制造模型，利用制造出来的模型进行测试，以提高产品的性能，同时，SLS技术还用于制作比较复杂的零件。
虽然，SLS技术得到了一些行业广泛的应用，但在未来发展中，SLS技术还应该加强成型公寓和设备的开发与改进，寻找更有利SLS技术的新材料、研究SLS技术制造模型的新手段以及SLS技术的后处理工艺的优化。
随着SLS技术的发展，新的工艺以及材料的发现，会对未来的制造业产生巨大的推动作用的。
3D打印入门五：
3D打印技术之SLA技术
∙摘要：
∙SLA技术，全称为立体光固化成型法（StereolithographyAppearance），是用激光聚焦到光固化材料表面，使之由点到线，由线到面顺序凝固，周而复始，这样层层叠加构成一个三维实体。
1、SLA技术
1.1SLA技术概念
SLA技术，全称为立体光固化成型法（StereolithographyAppearance），是用激光聚焦到光固化材料表面，使之由点到线，由线到面顺序凝固，周而复始，这样层层叠加构成一个三维实体。
1.2SLA技术历史简介
SLA立体光固化成型法最早于20世纪70年代末到80年代初期，美国3M公司的AlanJ.Hebert、日本的小玉秀男、美国UVP公司的CharlesW.Hull和日本的丸谷洋二，在不同的地点提出了RP的概念，即利用连续层的选区固化产生三维实体的新思想。
1986年，UVP公司CharlesW.Hull制作的SLA-1获得专利。
1.3早期的SLA
早期的光固化形式是利用光能的化学和热作用可使液态树脂材料产生变化的原理，对液态树脂进行有选择地光固化，就可以在不接触的情况下制造所需的三维实体模型，利用这种光固化的技术进行逐层成形的方法，称之为光固化成型法，简称SLA。
1.3SLA技术的成型原理
用特定波长与强度的激光聚焦到光固化材料表面，使之由点到线，由线到面顺序凝固，完成一个层面的绘图作业，然后升降台在垂直方向移动一个层片的高度，再固化另一个层面。
这样层层叠加构成一个三维实体。
1.4 SLA技术所需耗材
SLA技术目前可以使用的打印耗材为光敏树脂。
1.5 SLA技术应用范围
SLA技术主要用于制造多种模具、模型等；还可以在原料中通过加入其它成分，用SLA原型模代替熔模精密铸造中的蜡模。
1.6 SLA技术的优缺点
1.6.1 SLA技术的优点
①技术成熟；
②加工速度快，产品生产周期短，无需切削工具与模具；
③可加工复杂的原型和模具；
④使CAD数字模型直观化，节约生产成本；
⑤可联机操作，远程控制，利于生产的自动化。
1.6.2 SLA技术的缺点
①SLA系统造价高，使用和维护成本过高；
②因为其打印耗材为液体，对工作环境要求严格；
③成型原件多为树脂类，强度、刚度、耐热性不好，不利于长时间的保存；
④预处理软件和驱动软件与加工出来的效果关联太紧；
⑤操作系统复杂。
2、SLA技术制造过程
SLA工艺的制作过程分为三步：
第一是设计模型；第二部是进行打印；第三部是打印后的处理。
①第一步：
设计模型。
工作人员通过CAD软件设计出需要打印的模型，然后利用离散程序对模型进行切片处理，然后设置扫描路径，运用得到的数据进行控制激光扫描器和升降台。
②激光光束通过数控装置控制的扫描器，按设计的扫描路径照射到液态光敏树脂表面，使表面特定区域内的一层树脂固化后，当一层加工完毕后，就生成零件的一个截面；然后，升降台下降到一定距离，固化层上覆盖另一层液态树脂，再进行第二层扫描，第二固化层牢固地粘结在前一固化层上，这样一层层叠加而成三维工件原型。
③待打印完成之后，从树脂液体中取出模型，然后对模型进行最终的固化和对表面进行喷漆等处理，以达到需求的产品。
3、SLA技术发展趋势
1、立体光固化成型法要向高速化，节能环保与微型化方向发展
2、提高加工精度，向生物,医药,微电子等领域发展
3、不断完善现有的技术、研究新的成型工艺；
4、开发新的成型材料，提高制件的强度、精度、性能和寿命。
5、研制经济、精密、可靠、高效、大型的制造设备大型覆盖件及其模具
6、开发功能强大的数据采集、处理和监控软件
7、拓展新的应用领域，如产品设计、快速模具制造到医疗、考古等领域。
3D打印入门六：
3D打印技术之LOM技术
∙摘要：
∙箔材叠层实体制作（LaminatedObjectManufacturing）快速原型技术是薄片材料叠加工艺，简称LOM。
1.分层实体制造。
箔材叠层实体制作（LaminatedObjectManufacturing）快速原型技术是薄片材料叠加工艺，简称LOM。
1）、由美国Helisys公司的MichaelFeygin于1986年养发成功，该公司推出了LOM-1050和LOM-2030两种型号的成型机。
除了美国Helisys公司以外，还有日本Kira公司、瑞典Sparx公司、新加坡Kinersys精技私人公司、清华大学、华中理工大学等！
2）、LOM原理：
箔材叠层实体制作是根据三维CAD模型每个截面的轮廓线，在计算机控制下，发出控制激光切割系统的指令，使切割头作X和Y方向的移动。
供料机构将地面涂有热溶胶的箔材（如涂覆纸、涂覆陶瓷箔、金属箔、塑料箔材）一段段的送至工作台的上方。
激光切割系统按照计算机提取的横截面轮廓用二氧化碳激光束对箔材沿轮廓线将工作台上的纸割出轮廓线，并将纸的无轮廓区切割成小碎片。
然后，由热压机构将一层层纸压紧并粘合在一起。
可升降工作台支撑正在成型的工件，并在每层成型之后，降低一个纸厚，以便送进、粘合和切割新的一层纸。
最后形成由许多小废料块包围的三维原型零件。
然后取出，将多余的废料小块剔除，最终获得三维产品。
3）、适用领域：
由于分层实体制造在制作中多适用纸材，成本低。
而且制造出来的木质原型具有外在的没感性和一些特殊的品质，所以该技术在产品概念设计可视化、造型设计评估、装配检验、熔模铸造型芯。
砂型铸造木模、快速制模母模以及直接制模等方面得到广泛的应用！
4）、LOM优缺点：
优点在于：
A、成型速度快，由于只要使激光束沿着物体的轮廓进行切割，不用扫描整个断面，所以成型速度很快，因此常用于加工内部结构简单的大型零件，制作成本低。
B、不需要设计和构建支撑结构。
C、原型精度高，翘曲变形小。
D、原型能承受高达200摄氏度的温度，有较高的硬度和较好的力学性能。
E、可以切削加工。
F、废料容易从主体剥离，不需要后固化处理。
缺点在于：
A、有激光损耗，并且需要建造专门的实验室，维费用太昂贵了；
B、可以应用的原材料种类较少，尽管可选用若干原材料，但目前常用的还是纸，其他还在研发中；
C、打印出来的模型必须立即进行防潮处理，纸制零件很容易吸湿变形，所以成型后必须用树脂、防潮漆涂覆。
D、此种技术很难构建形状精细、多曲面的零件，仅限于结构简单的零件。
E、制作时，加工室温度过高，容易引发火灾，需要专门的人看守。
5）、LOM成型材料：
LOM材料一般由薄片材料和热溶胶两部分组成。
A、薄片材料：
根据所需要构建的模型的性能要求，确定用不同的薄片材料。
薄片材料分为：
纸片材、金属片材、陶瓷片材、塑料薄膜和符合材料片材，其中纸片材应用最多。
另外，在构建的模型对基体薄片材料有下面一些性能要求：
a、抗湿性。
b、良好的侵润性。
c、抗拉强度。
d、收缩率小。
e、剥离性能好。
B、热溶胶：
用于LOM纸基的热熔胶按照基体树脂划分为：
乙烯-醋酸乙烯酯共聚物型热熔胶、聚酯类热熔胶、尼龙类热熔胶或者其他的混合物。
目前，EVA型热熔胶应用最广。
热熔胶主要有以下性能：
a、良好的热熔冷固性能（室温下固化）；
b、在反复“熔融-固化”条件下其物理化学性能稳定；
c、熔融状态下于薄片材料有较好的涂挂性和涂匀性；
d、足够的粘结强度；
e、良好的废料分离性能。
6）、LOM原型成型制造过程：
LOM成型制造过程分为前处理、分层叠加成型、后处理三个主要步骤：
A、第一步是前处理，即图形处理阶段。
想要制造一个产品，需要通过三维造型软件（如：
PRO/E、UG、SOLIDWORKS）对产品进行三维模型制造，然后把制作出来的三维模型转换为STL格式，在江STL格式的模型导入切片软件中进行切片，这就完成了产品制造的第一个过程。
B、第二部是基底制作。
由于工作台的频繁起降，所以在制造模型时，必须将LOM原型的叠件与工作台牢牢的连在一起，那么这就需要制造基底，通常的办法是设置3-5层的叠层作为基底，但有时为了使基底更加的牢固，那么可以在制作基底前对工作台进行加热。
C、第三部是原型制作：
在基底完成之后，快速成型机就可以根据事先设定的工艺参数自动完成原型的加工制作。
但是工艺参数的选择与选型制作的精度、速度以及质量密切相关。
这其中重要的参数有激光切割速度、加热辊热度、激光能量、破碎网格尺寸等。
D、后处理：
后处理包括余料去除和后置处理。
余料去除即在制作的模型完成打印之后，工作人员把模型周边多余的材料去除，从而显示出模型！
后置处理即在余料去除以后，为了提高原型表面质量，那么就需要对原型进行后置处理。
后置处理就包括了防水、防潮等。
只有经过了后置处理，制造出来的原型才会满足快速原型表面质量、尺寸稳定性、精度和强度等要求！
另外，在后置处理中的表面涂覆则是为了提高原型的强度、耐热性、抗湿性、延长使用寿命、表面光滑以及更好的用于装配和功能检验。
7）、分层实体原型出现误差的四个原因：
A、CAD模型STL文件输出造成的误差；
B、切片软件STL文件输入设置造成的误差；
C、设备精度误差：
不一致的约束、成型功率控制不当、切碎网格尺寸、工艺参数不稳定；
D、成型之后环境因素引起的误差：
热导致的变形、潮湿导致的变形。
8）、提高原型制作精度的措施：
A、在进行STL转换时，可以根据零件形状的不同复杂程度来定。
在保证成型形状完整平滑的条件下，尽量避免过高的精度。
不同的CAD软件适用的精度范围不一样，eg:
pro/E所选
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