光固化三维打印设备实验项目的开发(附件)
摘 要目前，3D打印技术已在许多领域得到广泛应用，从产品设计到模具设计与制造，材料工程、医学研究、文化艺术、建筑工程等等都逐渐地使用3D打印技术，使得3D打印技术有着广阔的发展前景。三维打印技术在国外已经取得了较广泛应用，主要用于政府军事、建筑、汽车、教育科研、医疗、航空、消费品、工业等行业，并取得巨大的经济效益。本课题主要针对的是3D打印技术中的光固化三维打印设备实验项目的开发。首先熟悉光固化三维打印设备的打印过程，开发实验项目。将零件的物理形状转化为三维数字立体模型，并生成模型的.STL 文件，对STL文件进行处理，生成可打印文件。每层通过RIP 处理得到光栅点阵，然后利用微喷头完成点阵喷射，固化得到该薄层，逐层加工堆积完成物理形状。这次课题对于我们自己的动手能力和工程项目能力都是一次难得的锻炼。本次设计对于类似项目还具有普遍意义。
目 录
第一章 绪论 1
1.1课题研究的背景 1
1.2本课题的意义 2
1.3研究方案的论证及选择 2
第二章 实验的总体步骤 4
2.1软件设计 4
2.2进行零件打印 5
第三章 实验的硬件操作 7
3.1Stratasys Objet30 Prime桌面3D打印机 7
3.1.1Stratasys Objet30 Prime桌面3D打印机的简介 7
3.2实验操作原理的简介 9
3.3实验操作需要注意点 9
第四章 系统软件设计 11
4.1 3D打印成型原理 11
4.2 学习123D Design 12
4.21 123D Design的特点 12
4.22 123D Design的指令与功能 13
4.3操作实例 制作一个马克杯 20
第五章 视频的拍摄与制作 29
5.1视频的拍摄注意事项 29
5.2视频的制作 30
结束语 32
致 谢 33
参考文献 34
第一章 绪论
1.1课
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: #351916072#
题研究的背景
美国3D打印行业现状工业行业对3D打印的市场接受度日益增高，尤其是工业级的FDM打印机，以塑料聚合物为原材料的3D打印设备使用的不断增长，这些市场的扩张带来了设计师和创客的大量涌现，开启了设计思维的新空间，从而对金属3D打印在非关键组件的解决方案带来了加速影响。生活、医疗等领域的3D打印产品也带来了新的法规、规范的产生，包括FDA批准的材料和工艺，如Ti6Al4V和PAEK的粉末床制造工艺。随着各方面市场的打开，不仅仅是监管和法规，同时也对研发人员提出了技术需求方面的新挑战。
欧盟在欧盟地七框架计划的资助下，名为“3D打印标准化支持行（SASAM）的项目在今年8月发布了一份3D打印标准化路线图。该路线图旨在作为欧洲标准的一个模板，其中阐述了标准化对于产业应用及现有3D打印技术标准发展的重要性，明确了标准化与优先关注标准之间的差距，最终有助于产业发展符合最佳实践。通过与主要的规范化或标准化机构保持联系，将能确保该目标的实现。在更加容易产业化的同时，又能节省原料保证质量。
紧跟着“工业4.0”的脚步，我国政府推出了备受瞩目的“中国制造2025”。之后又相继出台了不少政策来激励国内的传统制造业转型升级，逐渐向先进制造方向过渡。而今年年中，国务院总理李克强亲自开展了“3D打印与先进制造专题会议”，会中总理耐心听取了相关领域最新动态与未来趋势的报告。从这些方面我们可以看到，国家对于增材制造等高新技术的发展十分重视。但就我国目前的情况来看，虽然许多企业都相继推出了其独具特色的工业级3D打印机和专利，但是我国毕竟是后起之秀，真正的技术方面还与美国，欧盟等发达国家有一定的差距。
面对世界各国快速发展3D打印的重重压力，我国的3D打印产业面临着“十面埋伏”的困境。故此，如果仍然不能跟上国际步伐，我国制造业将岌岌可危。但我们不能因此而丧失信心，要保持居安思危的一种心态来面对未来产业发展。虽然目前国内3D打印产业仍处于“入门级”发展阶段，但这并不会影响其隐藏的巨大潜力。但这块肥沃土地的开发，不仅需要我国各大3D打印企业去辛勤耕耘，还需要国家政策与体制的大力支持，以构建一个优良的“3D打印生态圈”，加速我国3D打印技术的发展与应用，才能真正做到将发展“中国制造2025”落到实处。
1.2本课题的意义
光固化快速成型技术是目前加工精度最高的一种3D打印技术，它的成型原理为：以液态光敏树脂为加工材料，计算机控制紫外激光束按加工零件的分层截面信息逐层对光敏树脂进行扫描，使其产生光聚合反应，每次固化形成零件的一个薄层截面；每一层固化完毕之后，工作平台移动一个层厚的高度，然后在原先固化好的树脂表面再涂敷一层新的液态树脂，以便进行下一层扫描固化；新固化的一层牢固的粘合在前一层上，如此重复直至零件原型制造完毕。其优点是原材料的利用率将近100％，尺寸精度高(±0．1 mm)，表面质量优良，可以制作结构十分复杂的模型；缺点是价格昂贵，可用材料种类有限，制成品在光照下会逐渐解体。3D打印软件部分：将零件的物理形状转化为三维数字立体模型，并生成模型的.STL 文件。用分层软件将模型在Z轴离散，形成一系列具有相同厚度或不同厚度的薄片。
本次课题的意义在于。熟悉光固化三维打印设备的打印过程，开发实验项目，通过实验室的设备来打印出我们自己需要的零件，这次课题对于我们自己的动手能力和工程项目能力都是一次难得的锻炼。本次设计对于类似项目还具有普遍意义。
1.3研究方案的论证及选择
1987年，美国3D Systems公司推出了名为(stereo lithography apparatus，SLA)的快速成型装置，中文直译为立体印刷装置，有人称之为激光立体造型、激光立体光刻、光造型等。因为目前SLA中的光源不再是单一的激光，还有其他新的光源，如紫外灯等，但是各种SLA使用的成型材料均是对某种光束敏感的树脂，因此，以下称SLA工艺为光固化成型。光固化成型具有的加工方式有：自由液面式和约束液面式。
自由液面式
自由液面式SLA的成型过程是：液槽中盛满液态光固化树脂（即光敏树脂），一定波长的激光束按计算机的控制指令在液面上有选择地逐点扫描固化，每层扫描固化后的树脂便形成一个二维图形。一层扫描结束后，升降台下降一层厚度，然后进行第二层扫描，同时新固化的一层牢固地黏在前一层上，如此重复直至整个成型过程结束。
约束液面式
约束液面与自由液面式的方法恰好相反：光从下面往上照射，成型件倒置于基板上，即最先成型的层片位于最上方，每层加工完之后，Z轴向上移动一层距离，液态树脂充盈于刚加工的层面与底板之间，光继续从下方照射，最后完成加工过程。
目 录
第一章 绪论 1
1.1课题研究的背景 1
1.2本课题的意义 2
1.3研究方案的论证及选择 2
第二章 实验的总体步骤 4
2.1软件设计 4
2.2进行零件打印 5
第三章 实验的硬件操作 7
3.1Stratasys Objet30 Prime桌面3D打印机 7
3.1.1Stratasys Objet30 Prime桌面3D打印机的简介 7
3.2实验操作原理的简介 9
3.3实验操作需要注意点 9
第四章 系统软件设计 11
4.1 3D打印成型原理 11
4.2 学习123D Design 12
4.21 123D Design的特点 12
4.22 123D Design的指令与功能 13
4.3操作实例 制作一个马克杯 20
第五章 视频的拍摄与制作 29
5.1视频的拍摄注意事项 29
5.2视频的制作 30
结束语 32
致 谢 33
参考文献 34
第一章 绪论
1.1课
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: #351916072#
题研究的背景
美国3D打印行业现状工业行业对3D打印的市场接受度日益增高，尤其是工业级的FDM打印机，以塑料聚合物为原材料的3D打印设备使用的不断增长，这些市场的扩张带来了设计师和创客的大量涌现，开启了设计思维的新空间，从而对金属3D打印在非关键组件的解决方案带来了加速影响。生活、医疗等领域的3D打印产品也带来了新的法规、规范的产生，包括FDA批准的材料和工艺，如Ti6Al4V和PAEK的粉末床制造工艺。随着各方面市场的打开，不仅仅是监管和法规，同时也对研发人员提出了技术需求方面的新挑战。
欧盟在欧盟地七框架计划的资助下，名为“3D打印标准化支持行（SASAM）的项目在今年8月发布了一份3D打印标准化路线图。该路线图旨在作为欧洲标准的一个模板，其中阐述了标准化对于产业应用及现有3D打印技术标准发展的重要性，明确了标准化与优先关注标准之间的差距，最终有助于产业发展符合最佳实践。通过与主要的规范化或标准化机构保持联系，将能确保该目标的实现。在更加容易产业化的同时，又能节省原料保证质量。
紧跟着“工业4.0”的脚步，我国政府推出了备受瞩目的“中国制造2025”。之后又相继出台了不少政策来激励国内的传统制造业转型升级，逐渐向先进制造方向过渡。而今年年中，国务院总理李克强亲自开展了“3D打印与先进制造专题会议”，会中总理耐心听取了相关领域最新动态与未来趋势的报告。从这些方面我们可以看到，国家对于增材制造等高新技术的发展十分重视。但就我国目前的情况来看，虽然许多企业都相继推出了其独具特色的工业级3D打印机和专利，但是我国毕竟是后起之秀，真正的技术方面还与美国，欧盟等发达国家有一定的差距。
面对世界各国快速发展3D打印的重重压力，我国的3D打印产业面临着“十面埋伏”的困境。故此，如果仍然不能跟上国际步伐，我国制造业将岌岌可危。但我们不能因此而丧失信心，要保持居安思危的一种心态来面对未来产业发展。虽然目前国内3D打印产业仍处于“入门级”发展阶段，但这并不会影响其隐藏的巨大潜力。但这块肥沃土地的开发，不仅需要我国各大3D打印企业去辛勤耕耘，还需要国家政策与体制的大力支持，以构建一个优良的“3D打印生态圈”，加速我国3D打印技术的发展与应用，才能真正做到将发展“中国制造2025”落到实处。
1.2本课题的意义
光固化快速成型技术是目前加工精度最高的一种3D打印技术，它的成型原理为：以液态光敏树脂为加工材料，计算机控制紫外激光束按加工零件的分层截面信息逐层对光敏树脂进行扫描，使其产生光聚合反应，每次固化形成零件的一个薄层截面；每一层固化完毕之后，工作平台移动一个层厚的高度，然后在原先固化好的树脂表面再涂敷一层新的液态树脂，以便进行下一层扫描固化；新固化的一层牢固的粘合在前一层上，如此重复直至零件原型制造完毕。其优点是原材料的利用率将近100％，尺寸精度高(±0．1 mm)，表面质量优良，可以制作结构十分复杂的模型；缺点是价格昂贵，可用材料种类有限，制成品在光照下会逐渐解体。3D打印软件部分：将零件的物理形状转化为三维数字立体模型，并生成模型的.STL 文件。用分层软件将模型在Z轴离散，形成一系列具有相同厚度或不同厚度的薄片。
本次课题的意义在于。熟悉光固化三维打印设备的打印过程，开发实验项目，通过实验室的设备来打印出我们自己需要的零件，这次课题对于我们自己的动手能力和工程项目能力都是一次难得的锻炼。本次设计对于类似项目还具有普遍意义。
1.3研究方案的论证及选择
1987年，美国3D Systems公司推出了名为(stereo lithography apparatus，SLA)的快速成型装置，中文直译为立体印刷装置，有人称之为激光立体造型、激光立体光刻、光造型等。因为目前SLA中的光源不再是单一的激光，还有其他新的光源，如紫外灯等，但是各种SLA使用的成型材料均是对某种光束敏感的树脂，因此，以下称SLA工艺为光固化成型。光固化成型具有的加工方式有：自由液面式和约束液面式。
自由液面式
自由液面式SLA的成型过程是：液槽中盛满液态光固化树脂（即光敏树脂），一定波长的激光束按计算机的控制指令在液面上有选择地逐点扫描固化，每层扫描固化后的树脂便形成一个二维图形。一层扫描结束后，升降台下降一层厚度，然后进行第二层扫描，同时新固化的一层牢固地黏在前一层上，如此重复直至整个成型过程结束。
约束液面式
约束液面与自由液面式的方法恰好相反：光从下面往上照射，成型件倒置于基板上，即最先成型的层片位于最上方，每层加工完之后，Z轴向上移动一层距离，液态树脂充盈于刚加工的层面与底板之间，光继续从下方照射，最后完成加工过程。
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