三维打印成形系统的开发

第 2第 1期 2卷 1 2 5 1月 0年 0 1

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三维打印成形系统的开发 李晓燕，曙 张 (.同济大学现代制造技术研究所， 1上海 20 9,.上海理 -大学， 0022 r上海 209 ) 0 0 3

摘要：维打印成形技术是一个多学科交叉的系统工程。介绍了三维打印的成形机理，论了机械设计方案和工作三讨流程，并根据实验确定了成形参数。并给出了三维打印成形的应用实例。 关键词：维打印；三系统工程；形参数成中图分类号：P 3 T 2文献标识码： A文章编号：0 1 3 4 20 ) 1 0 5 -0 10—2 5 (0 5 1 - 0 7 3

快速成形技术是计算机辅助设计及制造技术、向工程技逆术、层制造技术、料去除成形、料增加成形技术以及它们分材材的集成。通俗地说，速成形技术就是利用三维 C D的数据，快 A 通过快速成形机，一层层的材料堆积成实体原型。迄今为将止，内外已经成功开发了 1国 0多种成熟的快速成形方法[。】]三维打印成形技术 ( he mes nl r t g 3 P是采用 T reDi ni a P i i一 D ) o nn精密喷头按照零件截面形状，溶液喷射在预先铺好的粉末层将上，部分粉末粘接在一起，成截面轮廓。一层粉末成形完使形成后，铺上一层粉末，行下一层粉末的粘接，此循环直至再进如工件完成。再经过后处理，到成形制件。最早由美国麻省理得工大学 ( T开发 3 P成形是目前快速成形行业中最有生命 MI ) D力的技术，具有设备简单、料便宜、本低、积小、作过它材成体工程中无污染、成形速度快等优点，技术无需激光系统，格低该价

按照微滴成形原理又可分为压电式、气泡式等。不同的喷射热

模式对溶液选择、射效果及系统的稳定性都有很大的影喷 响[] 3。压电式喷射是利用压电陶瓷的压电效应，过压电陶“通瓷振子的弯曲变形，腔体内的液体产生一个可

以克服液体表对面张力的压力，位于喷头处的液体脱离喷头而形成液滴。压使电式喷射有利于提高喷射精度，是喷头易堵塞，价格较昂但且 贵。热汽泡式喷射是利用加热器迅速加热喷头，喷头内的液使体汽化产生汽泡，泡膨胀将液体喷出喷头，工作原理如图 1汽其 所示。 ’

溶液

廉，运行费用很低且可靠性高[。目前，DP成形技术分别应 2] 3 用于模型验证、接金属/瓷零件、学工程及微细加工等不直陶医 同领域。

3 P成形技术是一个多学科交叉的系统工程，涉及到液 D它滴喷射技术，密定位和控制，料技术及后处理等。3精材 DP成形系统的开发不仅需要考虑单项关键技术的研究，要注意系还统的集成，行整体优化。目前已有美国 Z op等多家国外公进 Cr司开展了基于 3 P成形原理的设备开发，我国目前尚无这方 D而面开发的报道。文中将就所开发的 3 DP成形系统的工作原理、 机械总体结构的设计、作流程以及工艺参数的确定等方面进工行讨论。本系统还开发了所需的粉末材料和粘接剂材料，于由篇幅有限，另文叙述。将 图 l热汽泡按需下落喷射模式

热汽泡打印头虽然存在加热过程，是时间极短，且产但而生的汽泡将加热器和液体隔开，液体不会造成很大的影响，对 且成本低廉。为了减少喷头堵塞，制设备成本，证设计的控保 可持续性，系统采用热气泡按需下落喷射模式。 1 2机械总体结构 . 3 P成形系统的机械总体结构由 X— y— Z三维传动系 D统、密按需落下喷头、粉装置、粉装置、粉装置、作平精补铺集工面及基座等部分组成。其中喷头 X轴方向的移动是直流电机经同步齿形带传动、柱导轨导向的；头 y轴方向和工作平圆喷

1三维打印成形系统 11液滴喷射原理 . 3 DP成形技术是采用液滴喷射技术将粘接剂喷射在粉末层上，部分粉末粘接形成截面轮廓的，此，先要选择液滴使因首喷射的形式。液滴喷射主要有连续喷射 (o t u u kjt和 cni

o si - ) n n e按需落下 (o -nd m n )种。连续喷射模式的液体材料种 d po -e a d两类选择范围较广，是其结构复杂，控性差，格昂贵，此但可价因目前桌面打印机普遍采用按需落下喷射模式。按需落下喷射

面 Z轴方向的移动则是步进电机经过精密滚珠丝杠传动、精密直线滚珠导轨导向的。其机械结构简图如图 2所示。 粉末的铺覆是影响 3 P成形质量、形速度和可靠性的关 D成

键工序，包括粉末供给和辊子压实两部分。目前使用粉末的它 快速成形中，择性激光烧结 ( eetd L srSneig S )选 Slc ae itr— I e n S

和 3 P设备均采用双工作缸供粉方式，平行布置工作缸和供 D即 粉缸。在工作过程中，层粉末成形完成后，作缸中的工作一工

收稿日期： 0 5 2 4修订日期： 0 5 6 9 2 0—0—2; 2 0—0—0

作者筒介：晓燕 ( 9 5 )女，李 1 7 -,安徽合肥人，海理工大学机械工程学院讲师，济大学现代制造技术研究所在职博士生，究方向：进上同研先制造技术，速成形等。快

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