1、一 3D打印技術-1-1、3D打印技術原理-1-1) 2、3D打印流程-2-三維設計-2-切片處理-2-模型打印-3-后續處理-3-1) 3、常見3D打印技術-3-FDM:熔融沉積成型工藝-3-SLS:選擇性激光燒結工藝-5-LOM:分層實體成型工藝-7-SLA:立體光固化成型工藝-8-3DP:三維印刷工藝-11-PolyJet:聚合物噴射技術-12-4、3D打印材料-13-二 5、3D打印機類型-14-3D打印創新實驗室建設規劃-15-1、3D打印創新實驗室功能-15-2、3D打印創新實驗室建設規劃-16-三 3、3D打印創新實驗室軟件-19-3D打印創新實驗室創新課程體系設計-20-1、教

2、學架構-20-2、教學內容-20-3D打印技術1、3D打印技術原理按照傳統的制造技術，一般我們制造一個廣品，是先構思廣品的外觀圖，計算出合適的尺寸，然后通過機器加工切割材料（鋼材、木材等）的輪廓，這個過程原材料被機器的不斷除去直至變成理想中的外觀，被稱為”減材制造”。而3D打印技術基于離散-堆積原理，在計算機上構建一個3D數字模型，這個3D打印模型可以通過掃描已經存在的實物獲得，也可以先用掃描儀將一個實物的外觀完整的掃描成圖像，然后通過計算機CA啾件對這些圖像進行處理，形成一個完整的3D打印模型。通過計算機CADt件將一個立體實物切分成一層一層的平面，3D打印機每打印出一層面就在高度上移動一段

3、距離，這些平面疊加起來就形成了一個立體的實物了。這個過程產品的材料是不斷增加的，稱為“增材制造”。2、3D打印流程1）三維設計三維打印的設計過程是：先通過計算機建模軟件建模，再將建成的三維模型“分區”成逐層的截面，即切片，從而指導打印機逐層打印。設計軟件和打印機之間協作的標準文件格式是STL文件格式。一個STL文件使用三角面來近似模擬物體的表面。三角面越小其生成的表面分辨率越高。PLY是一種通過掃描產生的三維文件的掃描器，其生成的VRM或者WR戊件經常被用作全彩打印的輸入文件。2）切片處理打印機通過讀取文件中的橫截面信息，用液體狀、粉狀或片狀的材料將這些截面逐層地打印出來，再將各層截面以各種方

4、式粘合起來從而制造出一個實體。這種技術的特點在于其幾乎可以造出任何形狀的物品。打印機打出的截面的厚度（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）或者微米來計算的。一般的厚度為100微米，即0.1毫米，也有部分打印機如ObjetConnex系列還有三維Systems'ProJet系列可以打印出16微米薄的一層。而平面方向則可以打印出跟激光打印機相近的分辨率。打印出來的“墨水滴”的直徑通常為50到100個微米。用傳統方法制造出一個模型通常需要數小時到數天，根據模型的尺寸以及復雜程度而定。而用三維打印的技術則可以將時間縮短為數個小時，當然其是由打印機的性能以及模型的尺

5、寸和復雜程度而定的。3）模型打印三維打印機的分辨率對大多數應用來說已經足夠（在彎曲的表面可能會比較粗糙，像圖像上的鋸齒一樣），要獲得更高分辨率的物品可以通過如下方法：先用當前的三維打印機打出稍大一點的物體，再稍微經過表面打磨即可得到表面光滑的“高分辨率”物品。4）后續處理有些技術可以同時使用多種材料進行打印。有些技術在打印的過程中還會用到支撐物，比如在打印出一些有倒掛狀的物體時就需要用到一些易于除去的東西（如可溶的東西）作為支撐物。3D檳嬖3娘型討分圈ill光誨畔摘或型突斕3、常見3D打印技術1）FDM:熔融沉積成型工藝熔融沉積成型工藝（FusedDepositionModeling,FDM由

6、ScottCrump于1988年發明，隨后ScottCrump創立了Stratasys公司。1992年，Stratasys公司推出了世界上第一臺基于FDM術的3D打印機“3D造型者(3DModeler)”，這也標志著FDMK術步入商用階段。FDMT藝無需激光系統的支持，所用的成型材料也相對低廉，總體性價比高，這也是眾多開源桌面3D打印機主要采用的技術方案。熔融沉積有時候又被稱為熔絲沉積，它將絲狀的熱熔性材料進行加熱融化，通過帶有微細噴嘴的擠出機把材料擠出來。噴頭可以沿X軸的方向進行移動，工作臺則沿Y軸和Z軸方向移動(當然不同的設備其機械結構的設計也許不一樣)，熔融的絲材被擠出后隨即會和前一層材

7、料粘合在一起。一層材料沉積后工作臺將按預定的增量下降一個厚度，然后重復以上的步驟直到工件完全成型。材料跳主動輾熱熔性絲材（通常為ABS或PLA材料）先被纏繞在供料輻上，由步進電機驅動車昆子旋轉，絲材在主動車昆與從動車昆的摩擦力作用下向擠出機噴頭送出。在供料輻和噴頭之間有一導向套，導向套采用低摩擦力材料制成以便絲材能夠順利準確地由供料車昆送到噴頭的內腔。噴頭的上方有電阻絲式加熱器，在加熱器的作用下絲材被加熱到熔融狀態，然后通過擠出機把材料擠壓到工作臺上，材料冷卻后便形形成了工件的截面輪廓。采用FDME藝制作具有懸空結構的工件原型時需要有支撐結構的支持，為了節省材料成本和提高成型的效率，新型的FD

8、MS備會采用了雙噴頭的設計，一個噴頭負責擠出成型材料，另外一個噴頭負責擠出支撐材料。一般來說，用于成型的材料絲相對更精細一些，而且價格較高，沉積效率也較低。用于制作支撐材料的絲材會相對較粗一些，而且成本較低，但沉積效率會更高些。支撐材料一般會選用水溶性材料或比成型材料熔點低的材料，這樣在后期處理時通過物理或化學的方式就能很方便地把支撐結構去除干凈。2）SLS:選擇性激光燒結工藝選擇性激光燒結工藝（SelectiveLaserSintering,SL0,該工藝最早是由美國德克薩斯大學奧斯汀分校的C.R.Dechard于1989年在其碩士論文中提出的，隨后C.R.Dechard創立了DTM2司并于

9、1992年發布了基于SLS技術的工業級商用3D打印機SinterstationSLS工藝使用的是粉末狀材料，激光器在計算機的操控下對粉末進行掃描照射而實現材料的燒結粘合，就這樣材料層層堆積實現成型，如圖所示為SLS的成型原理：掃描鏈激光器激光束粉末選擇性激光燒結加工的過程先采用壓輻將一層粉末平鋪到已成型工件的上表面，數控系統操控激光束按照該層截面輪廓在粉層上進行掃描照射而使粉末的溫度升至熔化點，從而進行燒結并于下面已成型的部分實現粘合。當一層截面燒結完后工作臺將下降一個層厚，這時壓輻又會均勻地在上面鋪上一層粉末并開始新一層截面的燒結，如此反復操作直接工件完全成型。在成型的過程中，未經燒結的粉末

10、對模型的空腔和懸臂起著支撐的作用，因此SLS成型的工件不需要像SLA成型的工件那樣需要支撐結構。SLS工藝使用的材料與SLA相比相對豐富些，主要有石蠟、聚碳酸酯、尼龍、纖細尼龍、合成尼龍、陶瓷甚至還可以是金屬。當工件完全成型并完全冷卻后，工作臺將上升至原來的高度，此時需要把工件取出使用刷子或壓縮空氣把模型表層的粉末去掉。SLS工藝支持多種材料，成型工件無需支撐結構，而且材料利用率較高。盡管這樣SLS設備的價格和材料價格仍然十分昂貴，燒結前材料需要預熱，燒結過程中材料會揮發出異味，設備工作環境要求相對苛刻。3) LOM:分層實體成型工藝分層實體成型工藝，這是歷史最為悠久的3D打印成型技術，也是最

11、為成熟的3D打印技術之一。LO帔術白1991年問世以來得到迅速的發展。由于分層實體成型多使用紙材、PVCW膜等材料，價格低廉且成型精度高，因此受到了較為廣泛的關注，在產品概念設計可視化、造型設計評估、裝配檢驗、熔模鑄造等方面應用廣泛。LO冊層實體成型系統主要包括計算機、數控系統、原材料存儲與運送部件、熱粘壓部件、激光切系統、可升降工作臺等部分組成。其中計算機負責接收和存儲成型工件的三維模型數據，這些數據主要是沿模型高度方向提取的一系列截面輪廓。原材料存儲與運送部件將把存儲在其中的原材料(底面涂有粘合劑的薄膜材料)逐步送至工作臺上方。激光切割器將沿著工件截面輪廓線對薄膜進行切割，可升降的工作臺能

12、支撐成型的工件，并在每層成型之后降低一個材料厚度以便送進將要進行粘合和切割的新一層材料，最后熱粘壓部件將會一層一層地把成型區域的薄膜粘合在一起，就這樣重復上述的步驟直到工件完全成型。LOMT藝采用的原料價格便宜，因此制作成本極為低廉，其適用于大尺寸工件的成型，成型過程無需設置支撐結構，多余的材料也容易剔除，精度也比較理想。盡管如此，由于LOMK術成型材料的利用率不高，材料浪費嚴重頗被詬病，又隨著新技術的發展LOME藝將有可能被逐步淘汰。4) SLA:立體光固化成型工藝立體光固化成型工藝(StereolithographyApparatus,SLA),又稱立體光刻成型。該工藝最早由Charles

13、W.Hull于1984年提出并獲得美國國家專利，是最早發展起來的3D打印技術之一。CharlesW.Hull在獲得該專利后兩年便成立了3DSystems公司并于1988年發布了世界上第一臺商用3D打印機SLA-250。SLA工藝也成為了目前世界上研究最為深入、技術最為成熟、應用最為廣泛的一種3D打印技術。SLA工藝以光敏樹脂作為材料，在計算機的控制下紫外激光將對液態的光敏樹脂進行掃描從而讓其逐層凝固成型，SLA工藝能以簡潔且全白動的方式制造出精度極高的幾何立體模型。如圖所示為SLA技術的基本原理：紫外激光器升笄臺液槽中會先盛滿液態的光敏樹脂，第一鎘激光器或氯離子激光器發射出的紫外激光束在計算機

14、的操縱下按工件的分層截面數據在液態的光敏樹脂表面進行逐行逐點掃描，這使掃描區域的樹脂薄層產生聚合反應而固化從形成工件的一個薄層。當一層樹脂固化完畢后，工作臺將下移一個層厚的距離以使在原先固化好的樹脂表面上再覆蓋一層新的液態樹脂，刮板將粘度較大的樹脂液面刮平然后再進行下一層的激光掃描固化。因為液態樹脂具有高粘性而導致流動性較差，在每層固化之后液面很難在短時間內迅速撫平，這樣將會影響到實體的成型精度。采用刮板刮平后所需要的液態樹脂將會均勻地涂在上一疊層上，這樣經過激光固化后將可以得到較好的精度，也能使成型工件的表面更加光滑平整。新固化的一層將牢固地粘合在前一層上，如此重復直至整個工件層疊完畢，這樣

15、最后就能得到一個完整的立體模型。當工件完全成型后，首先需要把工件取出并把多余的樹脂清理干凈，接著還需要把支撐結構清除掉，最后還需要把工件放到紫外燈下進行二次固化。SLA工藝成型效率高，系統運行相對穩定，成型工件表面光滑精度也有保證，適合制作結構異常復雜的模型，能夠直接制作面向熔模精密鑄造的中間模。盡管SLA的成型精度高，但成型尺寸也有較大的限制而不適合制作體積龐大的工件，成型過程中伴隨的物理變化和化學變化可能會導致工件變形，因此成型工件需要有支撐結構。目前，SLA工藝所支持的材料還相當有限且價格昂貴，液態的光敏樹脂具有一定的毒性和氣味，材料需要避光保存以防止提前發生聚合反應。SLA成型的成品硬

16、度很低而相對脆弱，小編在一次3D打印體驗活動（iCader帶您走進中科院探秘3D打印”活動簡報：華南地區的3D打印技術產業聯盟呼之欲出）中看到了SLA成品觸地碎裂的情況。此外，使用SLA成型的模型還需要進行二次固化，后期處理相對復雜。5）3DP:三維印刷工藝三維印刷工藝（Three-DimensionPrinting,3DP,該技術由美國麻省理工大學的EmanualSachs教授發明于1993年，3DP的工作原理類似于噴墨打印機，是形式上最為貼合“3D打印”概念的成型技術之一。3DP工藝與SLS工藝也有著類似的地方，采用的都是粉末狀的材料，如陶瓷、金屬、塑料，但與其不同的是3DP使用的粉末并不

17、是通過激光燒結粘合在一起的，而是通過噴頭噴射粘合劑將工件的截面“打印”出來并一層層堆積成型的，如圖所示為3DP的技術原理：鋪撤粉末噴*景”粘貼升降合下移及復循環回凸打印中最后一層打印成件首先設備會把工作槽中的粉末鋪平，接著噴頭會按照指定的路徑將液態粘合劑（如硅膠）噴射在預先粉層上的指定區域中，此后不斷重復上述步驟直到工件完全成型后除去模型上多余的粉末材料即可。3DP#術成型速度非常快，適用于制造結構復雜的工件，也適用于制作復合材料或非均勻材質材料的零件。6) PolyJet:聚合物噴射技術PolyJet聚合物噴射技術是以色列Objet公司于2000年初推出的專利技術，PolyJet技術也是當前

18、最為先進的3D打印技術之一，它的成型原理與3DP有點類似，不過噴射的不是粘合劑而是聚合成型材料，如圖所示為PolyJet聚合物噴射系統的結構：PolyJet的噴射打印頭沿X軸方向來回運動，工作原理與噴墨打印機十分類似，不同的是噴頭噴射的不是墨水而是光敏聚合物。當光敏聚合材料被噴射到工作臺上后，UV紫外光燈將沿著噴頭工作的方向發射出UV紫外光對光敏聚合材料進行固化。完成一層的噴射打印和固化后，設備內置的工作臺會極其精準地下降一個成型層厚，噴頭繼續噴射光敏聚合材料進行下一層的打印和固化。就這樣一層接一層，直到整個工件打印制作完成。工件成型的過程中將使用兩種不同類型的光敏樹脂材料，一種是用來生成實際

19、的模型的材料，另一種是類似膠狀的用來作為支撐的樹脂材料。這種支撐材料由過程控制被精確的添加到復雜成型結構模型的所需位置，例如是一些懸空、凹槽、復雜細節和薄壁等等的結構。當完成整個打印成型過程后，只需要使用WaterJet就槍就可以十分容易地把這些支撐材料去除，而最后留下的是擁有整潔光滑表面的成型工件。使用PolyJet聚合物噴射技術成型的工件精度非常高，最薄層厚能達到16微米。設備提供封閉的成型工作環境，適合于普通的辦公室環境。此外，PolyJet技術還支持多種不同性質的材料同時成型，能夠制作非常復雜的模型。4、3D打印材料類型累積技術基本材料擠壓熔融沉積式（FDM）熱塑性塑料，共晶系統金屬、

20、可食用材料線電子束自由成形制造（EBF）幾乎任何合金粒狀直接金屬激光燒結（DMLS幾乎任何合金電子束熔化成型（EBM鈦合金選擇性激光熔化成型（SLM）鈦合金，鉆銘合金，不銹鋼，鋁選擇性熱燒結（SHS熱塑性粉末選擇性激光燒結（SLS）熱塑性塑料、金屬粉末、陶瓷粉末粉末層噴頭3D打印石膏3D打印（PP）石膏層壓分層實體制造（LOM紙、金屬膜、塑料薄膜光聚合立體平板印刷（SLA）光硬化樹脂數字光處理（DLP）光硬化樹脂65、3D打印機類型按照功能級別分為三個：桌面級與工業級。桌面級：多使用FD患術，加工尺寸300mn右，加工精度0.1-0.2mm左右，體積小，重量輕，一般家庭或辦公室使用。工業級：多

21、使用SLSSLA技術，加工尺寸可以達到300mmA上，加工精度最小可達到0.016mm體積較大，一般為工業生產、產品研發。二3D打印創新實驗室建設規劃1、3D打印創新實驗室功能1 ）搭建我校師生創新創業作品的孵化平臺，助推我校師生的創新創業熱情。師生的創意都可以在本實驗室打印出模型，便于交流、分析、檢討，進一步完善白己的作品。2 ）構建SolidLearning教學模式SolidLearning是在3D打印的基礎上提出的一種新型教學模式，并在教育中集成快速成型和數字制造技術，為教師和學生提供可下載的資源對象文件，通過這些對象文件可以直接使用3D打印系統創建物理原型。在SolidLearning

22、模式中，教師和學生能夠下載并打印課程所需要的3D對象模型資源。學校級建模可以通過低價的3D打印機實現簡單的模型打印。復雜的模型需要高性能的3D打印系統。3）革新教學方式當前，教學工具盒一起一般由專門的教學設備制作機構制作發行，更新慢；多媒體課件中展示的教學內容模型也無法使學生直接接觸和觀察教學實體對象。3D打印使得每位教師都可以方便的打印模型，以有形的三維格式展示教科書中提取的二維信息，并可以設計個性化的教學模型以適應教學內容的要求，同時，3D打印可以幫助學校制作特殊的教學模型。4）創新課程教學設計很多學科可以通過打印制作相關的模型，進行課程內容的學習和實驗設計，如建筑、醫學、生物學、汽車工程

23、繪畫、圖形設計、歷史考古等。在教學活動中，生動的DIY和立體的學習方式越來越受到學生的歡迎。5）推動SET嗷育STE嗷育指科學（Science）、技術（Technology）、工程（Engineering）、數學（Mathematics）教育。STEM素養由科學、技術、工程和數學學科的素養組成，把學生學習到的各學科知識與機械過程轉變成一個探索世界相互聯系的不同側面的過程。STEM雖調學生的設計能力、批判性思維和解決問題的能力。3D打印技術引入到教育領域，有助于推動SET嗷育，培養學生的科技素養和數字化素養。2、3D打印創新實驗室建設規劃.面積：場地面積大約80-100平方，或一間實訓車間。.區

24、域規劃：（1）創新作品展示區：（2）桌面級3D打印區；（3）掃描區；（4）工業級3D打印展示及白助體驗區;方案A3D打印創新作品展示區創新作品展示區r/J藪3D打歸h級3D打止r3Db拙,區3D掃討論區投影區玻埼墓漕工業級3D打印工業級3D打印區域規劃設備清單序號設備名稱規格數量單價總價1桌面級3D打印機打印尺300mm以內；打印精度0.2mm左右10臺3000030000023D掃描儀分辨率：20,000-400,000個三角形2臺1000002000003工業級3D打印機打印尺寸達300mm以上，打印精度達0.016mm2臺60000012000004電腦AMDA4-6210CPU;4G內

25、存；500G硬盤19寸彩顯20臺3500700005工作站聯想S302臺20000400006工作臺木工；定制5張60030007椅子學生座椅25只205008展柜玻璃；定制2個100020009投影儀待定1個5000500010打印材料ABS;PLA;光敏樹脂等預計20000總計：1840500元萬tkB區域規劃設備清單序號設備名稱規格數量單價總價13D掃描儀分辨率：20,000-400,000個三角形2臺1000002000002工業級3D打印機打印尺寸達300mm以上，打印精度達0.016mm4臺50000020000003工作站聯想S304臺20000800004工作臺木工；定制1張2

26、00020005椅子學生座椅25只205006展柜玻璃；定制1個100010007投影儀待定1個500050008打印材料ABS;PLA;光敏樹脂等預計20000共計：2310500元3、3D打印創新實驗室軟件由Autodesk中國區教育支持中心發布的一套適用于普通用戶的建模軟件3D打印創新軟件(包含4個模塊，三維模型設計軟件、手工制作軟件、創意3D打印軟件、趣味泥塑軟件)。該系列軟件為用戶提供多種方式生成3D模型：用最簡單直接的拖拽3D模型并進行編輯的方式進行建模；或者直接將拍攝好的數碼照片在云端處理為3D模型；如果用戶喜歡白己動手制作,3D系列軟件同樣為愛動手的用戶提供了多種方式來發揮白己

27、的創造力。不需要復雜的專業知識，任何人都可以輕松使用3D系列產品。本軟件以世界最大三維軟件Autodesk的123D產品為基礎平臺開發制作而成，軟件底層使用流暢性、穩定性毋庸置疑，產品能直接連接3D打印機并進行3D打印。軟件名稱功能介紹適用人群/專業三維模型設計軟件(3DDesign)可以使用一些簡單的圖形來設計、創建、編輯三維模型，或者在一個已有的模型上進行修改。軟件打破了常規專業CAD軟件從草圖生成三維模型的建模方法，三維模型設計軟件提供了豐富的三維模型和圖形庫，通過對這些模型庫和圖形的堆砌和編輯生成復雜形狀。即使你不是一個CADt模工程師，也能隨心所欲地在123DDesign里建模并打印

28、3D模型。符合現代普通教育下學生的接受和學習能力。所有/機械、電子、核電、動漫設計創意3D打印軟件(3DOrig-Design)將照片轉化為三維模型，學生使用此創意3D打印軟件可以快速的將實物照片通過云服務器制作出數字三維模型，并能夠發送到3D打印設計軟件里進行修改編輯，最后打印出想要的三維模型。所有/機械、核電、攝影、動漫、工美手工制作軟件(3DMaker)從三維模型創建拼裝實體，學生使用手工制作軟件可以創造自己想象的模型，軟件自動將模型切分成若干和切片模型，可以將切片模型3D打印出來，并進行組裝，通過此軟件使學生了解設計、制造到裝配的全過程。所有/工美、動漫趣味泥塑軟件(3DSculpt)三維數字雕塑噴繪軟件，學生使用趣味泥塑軟件可以通過拉升、推擠、扁平、凸起等等操作。是模型庫中的初級模型很快擁有極具個性的外形。所有/工美、動漫三3D打