【正文】 ent, development made a prehensive presentation situation, review the basic concepts of 3D printing technology, development history, the printing process principles, applications, and the problems faced widespread impact, etc. In the development process of introduction of 3D technology, working principle and characteristics of the process of 3D printing technology based on the analysis of 3D printing technology innovations and problems, looked to the future development trend of 3D printing technology.Key words：3D printers。 structural design。 隨著時(shí)代的進(jìn)步，我們的生活水平日漸提升，同時(shí)，人口也在急劇的增長(zhǎng)，我們需要越來越多的物品來滿足物質(zhì)生活條件。如今，我們擁有了3D打印這一先進(jìn)的技術(shù)，我們可以通過3D打印機(jī)來打印各種我們所需要的、想要的。 3D打印技術(shù)，是一種以數(shù)字模型文件為基礎(chǔ)，運(yùn)用粉末狀金屬或塑料等可粘合材料，通過逐層打印的方式來構(gòu)造物體的技術(shù)。它與普通打印機(jī)工作原理基本相同，打印機(jī)內(nèi)裝有液體或粉末等“印材料”，與電腦連接后，通過電腦控制把“打印材料”一層層疊加起來，最終把計(jì)算機(jī)上的藍(lán)圖變成實(shí)物。1 緒論 國(guó)內(nèi)外3D打印機(jī)的研究現(xiàn)狀 國(guó)外3D打印機(jī)的研究現(xiàn)狀 經(jīng)過十多年的探索和發(fā)展，3D打印技術(shù)有了長(zhǎng)足的進(jìn)步。 目前，在全球3D打印機(jī)行業(yè)，美國(guó)3D Systems和Stratasys兩家公司的產(chǎn)品占據(jù)了絕大多數(shù)市場(chǎng)份額。 3D Systems公司是全世界最大的快速成型設(shè)備開發(fā)公司。Stratasys公司2010年與傳統(tǒng)打印行業(yè)巨頭惠普公司簽訂了OEM合作協(xié)議，生產(chǎn)HP品牌的3D打印機(jī)。當(dāng)前，國(guó)際3D打印機(jī)制造業(yè)正處于迅速的兼并與整合過程中，行業(yè)巨頭正在加速崛起。如在消費(fèi)電子業(yè)、航空業(yè)和汽車制造業(yè)等領(lǐng)域，3D打印技術(shù)可以以較低的成本、較高的效率生產(chǎn)小批量的定制部件，完成復(fù)雜而精細(xì)的造型。如紐約一家創(chuàng)意消費(fèi)品公司Quirky通過在線征集用戶的設(shè)計(jì)方案，以3D打印技術(shù)制成實(shí)物產(chǎn)品并通過電子市場(chǎng)銷售，每年能夠推出60種創(chuàng)新產(chǎn)品，年收入達(dá)到100萬美元。清華大學(xué)在現(xiàn)代成型學(xué)理論、分層實(shí)體制造、FDM工藝等方面都有一定的科研優(yōu)勢(shì)；華中科技大學(xué)在分層實(shí)體制造工藝方面有優(yōu)勢(shì)，并已推出了HRP系列成型機(jī)和成型材料【1】；西安交通大學(xué)自主研制了三維打印機(jī)噴頭，并開發(fā)了光固化成型系統(tǒng)及相應(yīng)成型材料，；中國(guó)科技大學(xué)自行研制了八噴頭組合噴射裝置，有望在微制造、光電器件領(lǐng)域得到應(yīng)用。 近年來，國(guó)內(nèi)企業(yè)已實(shí)現(xiàn)了3D打印機(jī)的整機(jī)生產(chǎn)和銷售，這些企業(yè)共同的特點(diǎn)是由海外歸國(guó)團(tuán)隊(duì)建立，規(guī)模較小，產(chǎn)品技術(shù)與國(guó)外廠商同類產(chǎn)品相比尚處于低端。在服務(wù)領(lǐng)域，我國(guó)東部發(fā)達(dá)城市已普遍有企業(yè)應(yīng)用進(jìn)口3D打印設(shè)備開展了商業(yè)化的快速成型服務(wù)，其服務(wù)范圍涉及到模具制作、樣品制作、輔助設(shè)計(jì)、文物復(fù)原等多個(gè)領(lǐng)域。 3D打印機(jī)的發(fā)展趨勢(shì) 3D打印產(chǎn)業(yè)的未來發(fā)展前景 根據(jù)國(guó)際快速制造行業(yè)權(quán)威報(bào)告《Wohlers Report 2011》發(fā)布的調(diào)查結(jié)果，全球3D打印產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值在1988～%的年均增長(zhǎng)速度。但3D打印技術(shù)要進(jìn)一步擴(kuò)展其產(chǎn)業(yè)應(yīng)用空間，目前仍面臨著多方面的瓶頸和挑戰(zhàn)：一是成本方面，現(xiàn)有3D打印機(jī)造價(jià)仍普遍較為昂貴，給其進(jìn)一步普及應(yīng)用帶來了困難。三是精度、速度和效率方面，目前3D打印成品的精度還不盡人意，打印效率還遠(yuǎn)不適應(yīng)大規(guī)模生產(chǎn)的需求，而且受打印機(jī)工作原理的限制，打印精度與速度之間存在嚴(yán)重沖突。Gartner公司2011年發(fā)布的最新技術(shù)發(fā)展展望報(bào)告判斷：3D打印技術(shù)目前正在進(jìn)入概念炒作的高峰階段，其技術(shù)還有待充分成熟，主流市場(chǎng)也有待進(jìn)一步培育。在這一較為漫長(zhǎng)的發(fā)展過程中，產(chǎn)業(yè)可能會(huì)面臨增長(zhǎng)期望落空、技術(shù)遭遇瓶頸以及投資撤離等風(fēng)險(xiǎn)。因此，現(xiàn)階段產(chǎn)業(yè)界對(duì)3D打印領(lǐng)域的投入應(yīng)以加強(qiáng)創(chuàng)新研發(fā)、技術(shù)引進(jìn)和儲(chǔ)備為主，尤其要重視自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的建設(shè)和維護(hù)，爭(zhēng)取在未來的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中占據(jù)有利地位。 3D打印技術(shù)未來發(fā)展的主要趨勢(shì) 隨著智能制造的進(jìn)一步發(fā)展成熟，新的信息技術(shù)、控制技術(shù)、材料技術(shù)等不斷被廣泛應(yīng)用到制造領(lǐng)域，3D打印技術(shù)也將被推向更高的層面。 提升3D打印的速度、效率和精度，開拓并行打印、連續(xù)打印、大件打印、多材料打印的工藝方法，提高成品的表面質(zhì)量、力學(xué)和物理性能，以實(shí)現(xiàn)直接面向產(chǎn)品的制造；開發(fā)更為多樣的3D打印材料，如智能材料、功能梯度材料、納米材料、非均質(zhì)材料及復(fù)合材料等，特別是金屬材料直接成型技術(shù)有可能成為今后研究與應(yīng)用的又一個(gè)熱點(diǎn)；3D打印機(jī)的體積小型化、桌面化，成本更低廉，操作更簡(jiǎn)便，更加適應(yīng)分布化生產(chǎn)、設(shè)計(jì)與制造一體化的需求以及家庭日常應(yīng)用的需求；軟件集成化，實(shí)現(xiàn)CAD/CAPP/RP的一體化，使設(shè)計(jì)軟件和生產(chǎn)控制軟件能夠無縫對(duì)接，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)者直接聯(lián)網(wǎng)控制的遠(yuǎn)程在線制造；拓展在生物醫(yī)學(xué)、建筑、車輛、服裝等更多行業(yè)領(lǐng)域的創(chuàng)造性應(yīng)用。 經(jīng)過20年的發(fā)展，3D打印精度有了大幅度的提高。 2． 制作周期短。 而3D打印則去除了模具的制作過程，使得模型的生產(chǎn)時(shí)間大大縮短，一般幾個(gè)小時(shí)甚至幾十分鐘就可以完成一個(gè)模型的打印。 對(duì)于傳統(tǒng)模型的制作，個(gè)性化模型的生產(chǎn)就顯得力不從心，或者是成本高昂。 4． 制作材料的多樣性。 比如金屬石料高分子材料都可以應(yīng)用于3D打印。 雖然現(xiàn)在3D打印系統(tǒng)和3D打印材料比較貴，但是如果用來制作個(gè)性化產(chǎn)品，其制作成本就相對(duì)較低了 加上現(xiàn)在新的材料不斷出現(xiàn)，其成本下降將是未來的一種趨勢(shì)。 而3D打印的價(jià)值體現(xiàn)在想象力馳騁的各個(gè)領(lǐng)域，人們利用3D打印為自己所在的領(lǐng)域貼上了個(gè)性化的標(biāo)簽。 3D打印應(yīng)用領(lǐng)域擴(kuò)展延伸3D打印的優(yōu)勢(shì)在2011年被充分應(yīng)用于生物醫(yī)藥領(lǐng)域，利用3D打印進(jìn)行生物組織直接打印的概念日益受到推崇。 哈佛大學(xué)醫(yī)學(xué)院的一個(gè)研究小組則成功研制了一款可以實(shí)現(xiàn)生物細(xì)胞打印的設(shè)備。隨著3D打印材料的多樣化發(fā)展以及打印技術(shù)的革新，3D打印不僅在傳統(tǒng)的制造行業(yè)體現(xiàn)出非凡的發(fā)展?jié)摿?，同時(shí)其魅力更延伸至食品制造服裝奢侈品影視傳媒以及教育等多個(gè)與人們生活息息相關(guān)的領(lǐng)域。 目前已有多款適合辦公室打印的小巧3D打印機(jī)，并在不斷挑戰(zhàn)輕盈極限，為未來進(jìn)入家庭奠定基礎(chǔ)。3D打印技術(shù)日新月異，在2011年Lexus對(duì)外發(fā)布了新3D打印技術(shù)，該技術(shù)基于高科技循環(huán)編織技術(shù)，使用激光進(jìn)行3D打印，能夠以編織的方式制作復(fù)雜的3D模型 設(shè)計(jì)平臺(tái)革新基于3D打印民用化普及的趨勢(shì)，3D打印的設(shè)計(jì)平臺(tái)正從專業(yè)設(shè)計(jì)軟件向簡(jiǎn)單設(shè)計(jì)應(yīng)用發(fā)展，其中比較成熟的平臺(tái)有基于WEB的3D設(shè)計(jì)平臺(tái)—— 3DTin，另外，微軟谷歌以及其他軟件行業(yè)巨頭也相繼推出了基于各種開放平臺(tái)的3D打印應(yīng)用，大大降低了3D設(shè)計(jì)的門檻，甚至有的應(yīng)用已經(jīng)可以讓普通用戶通過類似玩樂高積木的方式設(shè)計(jì)3D模型。經(jīng)過幾十年發(fā)展后的逐漸走向民用市場(chǎng)的技術(shù)成果。本文擬對(duì)3 D打印機(jī)的控制結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì),在綜合考慮性能與經(jīng)濟(jì)性的基礎(chǔ)上完成其元件 的討論與選型。打印的原料種類繁多,有機(jī)材料、無機(jī)材料均可使用。打印材質(zhì)視具體情況而定。隨著科技的發(fā)展,它已經(jīng)投人到各種科技工作的領(lǐng)域當(dāng)中。牙科醫(yī)生利用3 D打印機(jī)掃描患者的牙齒輪廓后復(fù)制出合適的矯正模具。展覽館用它復(fù)制真品,以避免真品被參觀者損毀。每打好一 層,從外 部設(shè)備讀取下一層的參數(shù),再打印下一 層,直到全部模型完成。 系統(tǒng)框架輸入設(shè)備、存儲(chǔ)外設(shè)、上位機(jī)、溫度傳感器的測(cè)量值單片機(jī)分析溫度控制回路、XYZ各方向電機(jī)控制、噴出量控制、顯示設(shè)備 溫度控制回路設(shè)計(jì) 打印耗材的選用為了實(shí)現(xiàn)3 D打印機(jī)的功能,所選材料也很重要。綜合考慮,我們最終選擇了P L AA /B S耗材?？刂苹芈肥褂脺囟葌鞲衅鞣祷禺?dāng)前溫度,反饋回路保證了溫度保持恒定,控制器統(tǒng)一使用了單片機(jī)來輸出指令【4】。即Z方向采用步進(jìn)電機(jī),由步進(jìn)電機(jī)固定的 給量算出所需的步進(jìn)角,用這種方式將三維打印先轉(zhuǎn)化為每一平面內(nèi)的二維打印,再由Y方向也為步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng),則每一平面內(nèi)的二維打印又轉(zhuǎn)化為很多條 直線上的一維打印。而且送絲速度要與掃描速度相匹配,以保證均勻一 致的材料堆積路徑。2) 熔絲功能與料絲送進(jìn)功能:將送進(jìn)的固態(tài)料絲及時(shí)且充分地 熔