三维打印技术的发展现状与趋势

机械设计

ＪＯＵＲＮＡＬ

０ＦＭＡＣＨｌＮＥＤＥＳｌＧＮ３７

三维打印技术的发展现状与趋势木

宋丽，徐安平＋，李娟

（河北工业大学机械工程学院，天津３００１３０）

摘要：介绍了三维打印技术的基本原理、特点及其使能技术，分析了它的发展状况，讨论了其发展方向，并指出三维打印技术是未来快速成形技术的一个重要发展方向。

关键词：三维打印；快速成形；数字半色调

现在人们谈及打印时，头脑中想到的还只是在纸上打印平面文稿或者是图片。然而，科学的发展是日新月异的，目前一种新型打印技术已经ｉＵ现了，它基于传统打印，但是和传统的

二维打印相比，却有了质的飞跃——这就是三维打印技术。如

图ｌ所示，就是ｚＣｏｒｐ公司生产的三维打印机的作品，它的可贵之处在于最后得到的不是二维图样，而是真实的物体。

（Ｉ）楼房模型

（２）工艺球

（３）压缩机

图１

三维打印机打印出的作品

计、制造的一体化，这是三维打印技术的一个最显著的特点。设计人员在计算机上设计好三维实体后，经过一定步骤的后续处理，就可以将样件直接打印出来。

（２）高度柔性。这种制造方式不受零件的形状和结构的任何约束，使复杂模型的直接制造成为可能。

（３）缩短新产品的研制周期，降低研发成本。三维打印技术可以自动、直接、快速、精确地将设计思想转换成真实的产品模型，从而可以对正处于设计阶段的产品作出快速评价、修改及功能试验，这样即有效地缩短了产品的研发周期又降低ｊ，ｊ０经济损耗。

以上的特点都是三维打印技术的优点，但由于这项技术还处于初级阶段，它还存在很多不足之处，例如对用来打印的材

料有一定的要求，到目前为止，它使用蜡、塑料或陶土等材料进行打印【２１，所以它所能打印出的三维实体大多还只是实物的模型，不能直接对其进行应用。

ｌ

三维打印技术的基本原理与特点

２

三维打印的使能技术

１．１

皋本原理

三维打印技术是传统的二维打印与分层制造工艺相结合

的产物。在打印过程中，它的数据需要经过“三维电子模型一一二维数据——三维物理模型”的转化过程。首先，需要由商

业ＣＡＤ软件（如Ｕｎｉｇｒａｐｈｉｃｓ，Ｐｒｏ／Ｅｎｇｉｎｅｅｒ，ＡｕｔｏＣＡＤ等）生成实体的三维几何信息，然后根据工艺要求，按照一定规则将该三维实体模型离散为一系列有序的单元，通常在ｚ向将其按一定厚度离散成一系列的二维层片。之后弭向层片信息中添加实体的材料信息。再之后打印驱动程序要经过～个数字半色调的过程将连续的材料组分信息，转化成可印刷的离散材料信息，并产生扣‘印指令。最后打印机就可以根据系统所给的几何路径和材料组分信息，在打印平台上打印给定的层厚，即打印一个剖切面，完成一层之后，冉打印接下来的一层，这样层层堆积叠加，最终就可以得到三维实体了。１．２三维打印技术的特点

三维打印技术是目前快速成形行业中最有生命力的技术【”，它的主要特点有：

（１）由三维ＣＡＤ模型直接驱动，在一定程度上实现了设

２．１

快速成形技术（Ｒ印ｉｄＰｒｏｔｏｔｙｐｉｎｇ，简称ＲＰ）

快速成形技术产生于２０世纪８０年代后期，在机械、航空

航天、汽车等领域都有良好的应用前景。它综合计算机科学、数控技术、激光科学、新材料、ＣＡＤ／ＣＡＭ集成等技术为一体，形成了一种从ＣＡＤ三维模型设计到实际原型／零件加工的伞新的制造技术。它采用“增长”的加工法不但能够迅速地将设计转变成实物，而且不受零件复杂程度的限制。到目前为止，

已有十几种快速成形系统问世３１，其中具有代表性的有：立体

光刻装置ＳＬＡ（ＳｔｅｒｅｏＬｉｇｈｔｇｒａｐｈｙＡｐｐａｒａｔｕｓ）、激光选择性烧结

ＳＬＳ（ＳｅｌｅｃｆｉｖｅＬａｓｅｒ

Ｓｉｎｔｅｒｉｎｇ）、熔融沉积成形ＦＤＭ（Ｆｕｓｅｄ

Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ

Ｍｏｄｅｌｉｎｇ）、分层实体制造ＬＯＭ（Ｌ锄ｉｎａｔｅｄ

０ｂｊｅｃｔ

Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ）、三维打印３ＤＰ（Ｔｈｒｅｅ．ＤｉｍｅｎｓｉｏｎａＪＰｒｉｎｔｉｎｇ）等。２．２数字半色调技术

数字半色调技术是基于人眼的视觉特性和图像的成色特性，利用数学、计算机等工具，在二值设备或有限灰度级别设备ｆ：实现图像再现的一门技术【４】。它将连续色调图像经过处理后输出，即将具有连续色调的原始图像转化为离散的二值（０

｝基金项目：河北省自然科学牡金资助项日（Ｅ２００４００００５２）：天津市自然科学基金资助项目（０２３６０５４１１）：河北Ｄ眦大学“ｆ｜五２ｌＩ”工程资助项Ｅｊ。

作者简介：宋ｍ．女．河北Ｔ、ｌｐ人学机触Ｔ群学院硕Ｉ：研宄中。ｌｉ虹研究０’Ｊ柚：

ｉ维打印ｊ５｝备驱动技术。

万方数据

　万方数据

三维打印技术的发展现状与趋势

刊名：

机械设计

英文刊名：JOURNAL OF MACHINE DESIGN

年，卷(期)：2005,22(z1)

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