厦门3D打印教学实验室建设指南 3D打印建模设计

3D打印存在着许多不同的技术。它们的不同之处在于以可用的材料的方式，并以不同层构建创建部件。3D打印常用材料有光敏树脂、惠普尼龙、耐用性尼龙材料、ABS工程塑料、铝材料、钛合金、不锈钢等。
由于我国近年才引入3D打印技术，与国外相比差距非常大，目前**已经发展至金属3D打印、高分子3D打印、陶瓷3D打印以及生物3D打印技术，我国则主要在层压、激光灯。不过近年来我国生物3D打印技术不断获得突破，推进了3D打印医疗器械、人工组织器官的临床转化进程。
3D打印应用领域广泛，其在下游应用行业和具体用途领域的分布反映了这一技术具有的优势和特点，同时也反映了这一技术的局限和在发展过程中尚需完善的地方。
3D打印机需求量较大的行业包括、航天和*、医疗设备、高科技、教育业以及制造业。目前，应用领域排名**的是工业机械、航空航天和汽车，分别占市场份额的20.0%、16.6%和13.8%。
从区域分布来看，我国3D打印产业集聚态势明显，目前已基本形成以环渤海、长三角、珠三角为核心，以中西部部分地区为纽带的产业空间发展格局。
其中，北京、浙江、陕西、湖北、广东等省份产业发展较快。目前，北京市从事3D打印技术研发、生产与服务的企业达70家以上，2017年实现销售收入约6亿元。

市场上对不锈钢3D打印新型材料的研究甚少，大部分集中在钛金属材料、铝合金以及复合材料的增材制造研究。而3D打印-增材制造零件的性能对于加工工艺参数较为敏感。要获得稳定的打印结果往往需要大量的实验来确定针对性的加工工艺参数。
为了尽快逼近优化的打印参数组合，研究人员将输入参数分为两类：一类是热输入参数包括激光功率、扫描速度和激光高斯热源半径；另一类是材料参数，包括热导率、密度、比热、熔点和激光吸收率。通过统计方法对该模型的不确定性进行校正，结合特殊设定的单道打印实验结果对模型偏差进行校正。终利用该模型优化出打印马氏体钢AF9628的优工艺参数，终获得致密度大于99.25%的实验样件，拉伸强度大于1.4GPa。
要注意的是使用激光熔化金属粉末的3D打印过程中，会形成一定的孔隙，从而导致意外的缺陷。研究人员通过不断的实验来探索哪种激光设置可以防止缺陷发生。
德州A&M大学选择了一个受焊接启发的现有数学模型，以预测在不同的激光速度和功率设置下，单层马氏体钢粉将如何熔化。通过将他们在熔化粉末中观察到的缺陷类型、孔隙数量与模型的预测值进行比较，他们可以略微更改其现有框架，从而改善后续的预测。经过几次这样的迭代之后，如果一组未经测试的新激光设置会导致马氏体钢中的缺陷，那么数学模型框架就可以正确预测此类激光设置结果，而*进行类似实验，此过程更省时。通过结合实验和建模，研究人员开发出一种简单、快速、循序渐进的程序，从而用来确定哪种设置适合马氏体钢的3D打印。

时尚界给人的印象是创新，另类，抽象，但时尚也是应用3D打印机的**。设计师想要创造出令人惊叹的珠宝，可以利用3D打印机轻松实现。像阿迪达斯或耐克这样的大型企业也发现了3D打印机的优势。首先，3D扫描可以使鞋子与用户**匹配，提供**的行走舒适感。3D打印使设计师能够为鞋子创造新的结构，特别是用于鞋底的生产，为他们的顾客提供穿着鞋子的舒适性。
由于新的设计自由度，借助3D建模，工程师可以查看零件内部并根据需要进行调整。例如，添加晶格结构以使零件轻量化。制造技术让生产不再是满足工业要求的零件的限制。比如现实中使用3D技术重建1957年的经典XKSS模型，大众汽车集团的3D打印工具和备件，以及福特的全功能3D打印制动器等。
3D打印技术可以灵活调整机械部件的内部，比如不需要生产完全填充的部件，而是将部件内部打印成网格结构。这样可以减轻零件的重量，降低生产成本。当然，航空航天使用3D打印机的另一个优点是精确，3D打印机为工程师提供了高度精确的零件，这对于乘客和货物的安全至关重要。
医疗领域一直在使用3D打印机，比如我们以前讲到的3D打印皮肤组织或器官等。牙医使用3D打印技术，可以获取患者下颌的图像，还可以生成3D打印牙套，矫正器，植入物，假牙和牙冠。3D打印机在牙科行业中是有益的，因为它可以大规模定制，甚至可以快速生产出符合我们需求的产品。通过对患者颌骨进行3D扫描，软件可以精确地设计所需内容，**贴合，然后3D打印机将立即生成该部件，使用生物或人体安全材料制作，以确保患者的健康和安全。

模具对于生产力有着很大的提高，许多批量生产的产品还是使用大量模具进行制造加工。同是，对于制作个性化有设计感产品时有时也需要要模具的辅助，例如饼干制造，糕点烘焙行业。因此，可见模具在我们生活中还是扮演着十分重要的角色。
然而，3D打印技术虽提倡定制化生产，却也带给了模具生产一条新的思路。通过3D打印的模具，或许具有*到的设计优势、有定制化不同的生产优势，或许能给模具的功能带来不同的提升。总而言之，目前已经有不同的领域，包括工业制造、生活制造、医疗制造上多个领域都已经有了3D打印制造模具的经典案例了。
热冲压模具需要冷却液通道，以确保使退火金属板材的温度快速降低至200摄氏度以下。在以往，通常需要采用在模具中直接钻孔的方式制成冷却液通道，因此，几乎不可能在表面上产生连续位置，对于复杂形状的模具则更是如此。而现在，借助3D打印技术，舒勒公司正在制造使通道符合更完近净形的原型模具。因此可确保组件的所有部位能以同等速度快速冷却，从而实现更好的零部件特性。
3D打印的组合模在高达95%的程度上具有与实际模具相同的机械性能和技术特性。