打印技术论文范文

2022-05-09

评职称或毕业的时候,都会遇到论文的烦恼,为此精选了《打印技术论文范文(精选3篇)》,仅供参考,大家一起来看看吧。摘要:3D打印技术作为第三次工业革命的代表性技术之一,越来越受到工业界和投资界的关注。在分析了3D打印技术的全球商业化状况和应用领域的基础上,进一步展望了3D打印技术的应用趋势。最后指出,3D打印技术将深刻改变传统行业的产业模式,实现从传统制造向智能制造迈进。

第一篇:打印技术论文范文

3D打印核心技术及发展前景

摘要:本文通过对3D打印的概念及其原理进行介绍,进一步分析了3D打印中的相关核心技术,并对其未来发展前景进行了展望,从而为3D打印核心技术的未来发展指明了方向。

关键词:3D打印;核心技术;发展前景

引言

随着科技的进步,在工业制造领域中出现了一种革命性的技术,即3D打印技术,该技术是利用计算机软件对产品的加工样式进行立体化设计,然后通过3D打印设备中的固体材料将其打印出来,该技术不仅打印效率高,而且具备很高的打印精度,这使其能够在工业制造、航空航天、建筑工程等诸多领域中广泛应用。由此可见,在现代化信息技术、材料技术等多种新型技术的带动下,3D打印技术的未来发展前景是非常广阔的,而该技术作为一门新型的多学科交叉技术,需要各个领域共同努力来进行研发,才能使其核心技术真正被人们所掌握。

一、3D打印技术综述

(一)3D打印的概念

3D打印技术是近些年来民用市场中出现的一个全新概念,其在专业领域中又被称之为快速成形技术,该技术最早起源于上世纪八十年代,是以材料堆积法为基础而研发的高新制造技术,是近些年来工业制造领域中一项具有革命性意义的新型技术,其涉及到分层制造技术、材料科学、数控技术、逆向工程技术等多项技术成果,该技术其是以三维数字模型作为打印基础,并通过3D打印设备的运用,利用粉末状的石膏、金属、树脂等可粘合材料,按照逐层打印的方式来对实物进行构造,该技术的打印精度极高,而且打印速度非常快,最薄打印厚度甚至可以达到0.025mm,这使其在工业制造领域中有着其他制造技术所无法比拟的应用优势。该技术能够按照设计人员的设计思想来对零件或原型进行自动、快速、精确的制作,从而大大节约了制造成本,实现了对设计方案的高效化生产。可以说,快速成形技术是通过三维CAD数据的运用,借助于快速成型机将材料按照逐层堆积的方式来制作成实体原型。

(三)3D打印的基本原理

对于3D打印技术的原理来说,其工作原理基本与传统的打印机是相同的,其是将需要设计的产品参数转化成相应的3D数据,然后利用3D打印设备将这些3D数据划分到各个层中进行逐层分切,通过逐层构建的方式来对产品进行逐层打印。比如,在对塑料汽车产品进行制作时,需要在计算机中利用3D软件制作一个包含汽车参数的3D模型,然后在3D打印设备中添加塑料可粘合材料,并由3D打印设备将其按照3D模型的各个层次进行逐层打印出来。在打印过程中,汽车3D模型会按照相应的层厚来切成很多片,通过对这些片进行依次打印,然后利用可粘合材料将这些片粘合在一起,即可制作出需要設计的汽车模型。

二、3D打印核心技术分析

(一)快速成形技术分析

在3D打印技术中,立体光固化成型技术便是其中一种核心技术,该技术的英文缩写为SLA,SLA技术是采用具有特定强度和波长的激光束,使其能够在光固化材料的表面进行聚焦,通过从点至线、从线至面的方式来凝固材料,以此构建这个层面的实体,然后利用升降台在此层面的上部进行另一层面固化,通过这种逐层固化叠加的方式来构建三维实体。SLA技术在模具、模型制造中的应用广泛,通过该技术能够有效替代在产品制作时需要利用蜡模来进行铸造。SLA技术具有较高的成形效率,在成形精度上也比较高,不过因为其所使用的树脂固化材料在凝固时会因收缩而发生形变,因此对于某些精度要求极高的打印产品是难以满足其制作要求的,因此需要采用光敏材料来进行改善,这也是SLA技术的未来发展趋势。

(二)选择性激光烧结技术

选择性激光烧结技术也是3D打印技术中的核心技术之一,该技术的英文缩写为SLS,SLS技术最早出现于1989年,并于1992年正式被应用于工业生产中,该技术是利用激光来对固体粉末进行有选择的分层烧结,使固体粉末通过分层烧结的方式得以层层固化,并采用层层叠加的方式来打印出相应的零部件,该技术需要通过CAD软件来构建产品的三维模型,并对产品数据进行相应的处理后,经过铺粉、烧结和后处理等多个环节来完成整个打印过程。SLS技术相比于其他技术来说,在成型材料的来源上较为广泛,无论是哪种成型材料,只要是能够通过加热来进行原子粘结,都可将其当作SLS技术的成型材料,目前SLS技术所使用的成型材料主要包括高分子、石蜡、陶瓷及金属粉末等,正是因为SLS技术的成型材料种类众多,因此能够大大节约用料,能够在多个领域中得以广泛使用。

(三)分层实体制造技术

分层实体制造技术同样是3D打印技术的核心技术之一,该技术的英文简称为LOM技术,这种技术是将片材作为原材料的,比如塑料、纸片、复合材料、薄膜等,都可以充当LOM技术的原材料。LOM技术是通过计算机中的激光切割系统来对产品的横截面轮廓数据进行提取的,然后运用激光在纸上切割成产品的轮廓,在激光用纸的背面涂有一层热熔胶,在产品轮廓被切割完毕后会利用热粘压设备将各个切割层进行粘合,然后再次进行切割,通过逐层切割与粘合的方式来打印出想要的三维实物。LOM技术具有良好的模型支撑性,而且制作成本较低、打印效率较高,不过需要进行前处理与后处理,而且对于内部中空的结构件来说是无法通过该技术进行打印的。

(四)熔积成型技术

熔积成型技术也是该3D打印技术的核心技术,该技术的英文缩写为FDM技术,FDM技术的原料主要为丝状材料,如塑料、石蜡、合金丝等,该技术通过电加热来对丝状材料进行加热,在丝状材料熔化以后将其输送到喷头中,然后利用计算机来控制喷头进行平面运动,使熔融材料能够按照特定的路径进行涂覆,在此过程中熔融材料会重新凝固,进而使工件的上一层面成形后,喷头高度会调高到下一层,然后继续涂覆,直至各层均涂覆为止,通过熔融材料在各个层面中的堆积来形成三维工件,FDM技术具有污染小的应用优势。

三、3D打印技术的发展前景

目前,3D打印技术已经广泛应用于考古文物、医学、建筑等各个领域,并引起了社会的高度关注,这也使3D打印技术在短短的几年里发展速度异常迅猛。不过现阶段对于3D打印技术的应用与研发仍旧处于初期阶段,在核心技术研发速度上较为缓慢,而且在知识产权保护与产业规划方面还有许多问题亟需解决。不过,随着科技的进步,3D打印技术的发展速度必将越来越快,在制作精度提高的同时,还能使制作成本进一步的降低。而3D打印设备也将实现移动化、灵活化与便捷化,3D打印产品不仅能够实现随时随地的生产与配送,用户也能利用手机终端或智能机器人来完成产品的整个3D打印过程。

结语

总而言之,3D打印技术的出现,为我国制造领域带来了革命性的影响,给人们的生产生活也带来了巨大的便利,虽然我国对3D打印技术中核心技术的研发尚未真正成熟,距离3D打印技术的大规模应用还有一定的距离,但这项技术给世界带来的改变却是有目共睹的。相信随着时间的推移,3D打印技术中的核心技术必将牢牢的掌握在我们的手里,进而使3D打印技术能够在世界范围内真正的大放异彩。

参考文献:

[1]李昕. 3D打印技术及其应用综述[J]. 凿岩机械气动工具,2014(04):36-41.

[2]王子明,刘玮. 3D打印技术及其在建筑领域的应用[J]. 混凝土世界,2015(01):50-57.

[3]张云波,乔雯钰,张鑫鑫,马芳,翟莲娜,顾哲明. 3D打印用高分子材料的研究与应用进展[J]. 上海塑料,2015(01): 1-5.

作者简介:唐之浪,女,汉族,1969.3,讲师职称,大学本科学历,常德财经学校,从事3D打印,proE,机械制图,caxa,UG方面的工作。

作者:唐之浪

第二篇:3D 打印技术发展现状分析

摘 要:3D打印技术作为第三次工业革命的代表性技术之一,越来越受到工业界和投资界的关注。在分析了3D 打印技术的全球商业化状况和应用领域的基础上,进一步展望了3D 打印技术的应用趋势。最后指出,3D 打印技术将深刻改变传统行业的产业模式,实现从传统制造向智能制造迈进。

关键词: 3D打印技术,智能制造,快速制造,柔性化

1 3D打印技术的概念

3D 打印( 3D printing)技术,又称“增材制造”( additive manufacturing) 技术。3D 打印是一种与传统的材料加工方法截然相反,基于三维CAD 模型数据,通过增加材料逐层制造的方式。其采用直接制造与相应数学模型完全一致的三维物理实体模型的制造方法。3D 打印技术内容涵盖了产品生命周期前端的“快速原型”( rapid prototyping) 和全生产周期的“快速制造”( rapid manufacturing) 相关的所有打印工艺、技术、设备类别和应用。3D 打印涉及的技术包括CAD建模、激光、测量、接口软件、材料、数控、精密机械等多种学科的集成。

3D 打印具有如下特点和优势。

①数字制造: 借助CAD 等软件将产品结构数字化,驱动机器设备加工制造成器件。

②降维制造: 即把三维结构的物体先分解成二维层状结构,逐层累加形成三维物品,制造过程更柔性化。

③直接制造: 任何难成型的部件均可通过“打印”方式一次性直接制造出来,不需要模具或组装拼接等复杂过程来实现。

④快速制造: 3D 打印制造工艺流程短、全自动、可实现现场制造。

2 目前存在的主要问题

3D 打印技术已经取得了显著的进展,但仍存在以下几方面问题。

①耗材是目前制约3D 打印技术广泛应用的关键因素,目前可打印的材料还比较少。

②3D 打印机本身。由于3D 打印工艺发展还不完善,快速成型零件的精度和表面质量大多不能满足工程直接使用要求,只能做原型使用。

③3D 打印的价格。目前,3D 打印不具备规模经济的优势,价格方面的优势尚不明显。

④知识产权的保护。3D 打印技术的意义不仅在于改变资本和工作的分配模式,而且也在于它能改变知识产权的规则。

⑤3D 打印机的操作技能。3D 打印技术需要依靠数字模型来进行生产,但是对普通用户来说学会使用计算机辅助设计工具( CAD) 还是有一定难度。

⑥政策方面。3D 技术的研发需要大量的政府投入或产业界的资金支撑。

3 应用领域与影响

3.1 全球商业化状况

根据美国技术咨询服务协会Wohlers Associates 发布的2012年度报告,全球3D 打印行业在2011年销售额为17.14亿美元,当前该技术的市场渗透度为8%,因此,报告保守估计3D打印市场机会为214亿美元。乐观者则认为当前市场渗透度仅为1%,从而3D 打印市场机会为1700亿美元。目前,3D打印技术市场的年增长率为29.4%。据预测,该行业的市场规模到2015年将达37亿美元,到2019年将增长到65亿美元。

3D打印技术在中国的起步并不算晚,中国目前对3D打印技术的重视程度己上升至战略性高度,政府出台了一系列相关的发展计划,以支持3D打印技术在各行业尤其是高、精、尖领域的核心关键技术的研发和推广。

3.2 应用领域

3D 打印机的应用对象可以是任何行业,只要这些行业需要模型和原型。目前,3D 打印技术已在工业设计、文化艺术、机械制造、航空航天、军事、建筑、家电、轻工、医学、雕刻、首饰等领域都得到了应用。随着技术自身的发展,其应用领域将不断拓展。这些应用主要体现在以下八个方面:

①电子器件的设计与制作;

② 制造工艺与装配检验;

③ 功能样件制造与性能测试;

④ 快速模具小批量制造;

⑤ 建筑总体与装修展示评价;

⑥ 科学计算数据实体可视化;

⑦ 医学与医疗工程;

⑧ 动漫造型评价。

3.3 对人类生产生活方式的影响

3D 打印技术的应用将从以下三个方面深刻改变传统制造业形态。

一是使制造工艺發生深刻变革。3D 打印改变了通过对原材料进行切削、组装进行生产的加工模式,节省了材料和加工时间。

二是带动制造技术的重大飞跃。3D 打印技术是一门综合应用CAD/CAM 技术、激光技术、光化学、控制、网络以及材料科学等诸多方面技术和知识的高新技术,带动了相关产业的发展。

三是使制造模式发生革命性变化。3D 打印将可能改变第二次工业革命产生的、以装配生产线为代表的大规模生产方式,使产品生产向个性化、定制化转变。

4 结束语

随着3D 打印技术和商业应用的发展,“大批量的个性化定制”将成为重要的生产模式。3D 打印与现代服务业的紧密结合,将衍生出新的细分产业和新的商业模式,创造出新的经济增长点。3D 打印技术的发展带来的产品技术、制造技术与管理技术的进步使企业具备快速响应市场需求的能力,实现远程定制、异地设计、就地生产和销售的协调化新型生产模式,使生产模式、商业模式等多个方面发生根本性的变化。

参考文献

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[6]李涤尘, 田小永, 王永信, 等. 增材制造技术的发展[J]. 电加工与模具, 2012 (A01): 20-22.

[7]赵婧. 3D打印技术在汽车设计中的应用研究与前景展望[D]. 太原理工大学, 2014.

作者:李彦莹

第三篇:“反应喷墨打印技术”更胜一筹

反应喷墨打印与喷墨打印的区别

喷墨式印刷是一种数字式非接触印刷技术,将小墨滴从直径为数十微米的喷嘴喷出,以每秒数千滴的速度沉积在载体上。根据墨滴产生的物理过程可以把喷墨打印技术大致分为两大类型——连续式喷墨打印和按需喷墨打印。连续式喷墨打印是连续的液体在表面张力的作用下形成墨滴从喷嘴喷射。在打印机中,墨水被一个高压力泵控制,用一个压电晶体摇动这个喷嘴,从而产生连续的墨滴。按照墨滴的偏转方法,还可将其分为4种(见图1)。按需喷墨打印是指设备只在承印材料需要覆盖油墨时才喷出墨底的喷墨打印方法,由于一般通过电脉冲信号来控制墨滴的生长和喷射,因此也叫脉冲喷墨。一个按滴型打印机印刷头通常包含多个喷头。常用的按滴喷型喷墨打印有热喷墨打印、压电式打印、静电打印、声波打印机和阀喷墨打印(见图1)。喷墨印刷技术的直接沉积技术能够直接在PCB基板上制造电路,介电层、金属、有机半导体等也都可被直接印刷出来。

在过去20多年,喷墨打印技术作为精密微型点胶工具已经有了巨大发展。由于油墨低黏度的要求,传统喷墨打印主要应用于二维图案或结构的制造。印刷材料需要用溶剂稀释以促进印刷,而该溶剂还需印刷后迅速蒸发。如果不仔细控制,该溶剂可诱发一些问题,例如油墨凝固或空气污染,这通常需要额外复杂的清洁处理。为了避免这些问题,在一些应用中使用低黏度的分子代替溶剂用于直接喷墨印刷的油墨中,打印后,液滴会在催化剂、加热或高能辐射的引发下迅速固化,如紫外光(UV)。这种打印技术被称为反应喷墨印刷。简单地理解,反应喷墨打印(RIJ)技术就是采用喷墨打印机在基底上打印功能材料墨水,通过墨水在基底上或与基底发生化学反应得到所需要的图案。可将其分为两类:一类是单一反应喷墨打印,是先采用其他的薄膜沉积技术制备一层物质,然后采用喷墨打印机沉积另一层物质,两种物质发生化学反应,得到所需要的图案或图形。另一类是全反应喷墨打印,采用喷墨打印机依次沉积至少两种墨水,墨滴落在基底同一位置,互相反应得到所需要的物质。适合反应喷墨打印的墨水通常需要符合一些特定的要求,如墨水的溶剂与打印头需具有较好的化学相容性、墨水与基底之间需具有较好的界面相容性和黏附性、墨水需具有较好的稳定性等。

反应喷墨打印技术的应用领域

反应喷墨打印技术目前主要应用于功能材料领域,包括金属材料的应用、无机材料的应用和高分子材料的应用。

具有高精度和高导电性的金属图案化结构是多种电子器件不可或缺的重要组成部分,制备纳米金属导电线路比较成熟的技术一般是通过喷墨打印技术或烧结技术来实现。烧结技术因其工艺简易,操作方便,采用简单的加热处理印制涂层,是目前已报道的文献和商业化的金属基纳米颗粒导电墨水中最常用的方式。而近几年,国外学者已经成功用反应喷墨打印技术(单一反应喷墨打印或全反应喷墨打印)来制作导线,并取得了显著成果,其主要成分为银和铜纳米颗粒的导电油墨已经得到了商业应用,因为反应喷墨打印通常不需要烧结或者在较低温度下烧结就可以使金属图案导电,这为在柔性基底上制备材料提供了可行性。从这个角度来看,反应喷墨打印也可视为一种烧结技术,用来制备低电阻率的金属导线。烧结是固态中分子(或原子)间互相吸引,通过加热使质点获得足够的能量进行迁移,使粉末体产生颗粒黏结,产生强度并导致致密化和再结晶的过程。随后又出现了反应烧结技术,它是通过化学反应以完成规定成分的合成,同时实现致密化烧结的一种新工艺,是一种很有潜力的反应制备技术。通过添加物的作用,使反应与烧结同时进行的一种烧结方法。朱拉隆功大学研究人员已经以银盐(硝酸银)作为导电油墨,通过使用反应喷墨打印和反应烧结两种不同工艺对所得到的导电图案进行了性能表征对比,相关研究将持续进行。

反应喷墨打印技术应用在无机材料方面的应用比起以上两个领域的国外相关研究也较多,最早成功采用喷墨打印技术可大幅度减少有机发光二极管的制作步骤,通过涂覆一定比例的聚3,4-乙撑二氧噻吩单体和聚苯乙烯磺酸盐于PET薄膜上,并将该薄膜作为负极材料,研制出了有机发光二极管。之后也采用反应喷墨打印技术成功制备了不同分子量的聚乙烯基咔唑,经一些工艺处理得到薄膜。通过控制薄膜处理的温度、时间、催化剂的用量等,得到不同分子量的有机发光材料聚乙烯基咔唑,将该有机发光材料引用于有机发光二极管中,能得到不同光电特性的器件;也有该领域研究人员采用反应喷墨打印技术制备出了聚氨酯薄膜,先配制出PPG墨水和IPDI墨水,并将其打印到处理过的聚氨酯薄膜上,在短短3分钟之内得到不同尺寸的聚氨酯点和线等图案,这为快速成型聚氨酯提供了一条新思路;最新的研究进展是今年2月,波兰罗兹科技大学研究团队提出了一种用反应喷墨打印将3,4-乙烯二氧噻吩(EDOT)打印在不同合成纺织物上的原始方法,建立了通过反应喷墨打印技术将该聚合物沉积在纺织品上的最佳条件,并讨论了不同醇作为EDOT溶剂的影响和表面电阻变化水洗的效果。

反应喷墨打印技术在无机材料方面的应用比起以上两个领域相对滞后,目前尚处于探索阶段,但它为无机材料的制备提供了一种新的发展思路,以此技术提高制备的材料或器件的性能是其主要研究方向。首次将反应喷墨打印技术应用在无机材料领域的文章发表于荷兰知名期刊《Solar Energy Materials and Solar Cells》上,作者采用典型的单一反应喷墨打印技术直接刻蚀氮化硅和氧化硅介电层,首先在介电层表面炫涂一定厚度的聚丙烯酸,然后用喷墨打印机沉积氟化铵,这比传统的光刻技术少了很多操作步骤,同时化学物质用量和产生的废物也有所减少。近两年还有研究学者采用反应喷墨打印技术制备了石墨烯电极,将得到的氧化石墨烯片超声之后分散在去离子水中而得到石墨烯墨水,采用抗坏血酸水溶液或氯化亚铁水溶液作为还原剂墨水并对基底材料进行加热,最终得到还原石墨烯电极,结果检测其通电性良好。鉴于反应喷墨打印技术比传统的喷墨打印较易实现石墨烯的沉积,该技术将会为电池领域带来极大的提升空间。

反应喷墨打印技术与3D打印的联系

反应喷墨印刷是一种可能会产生极大突破性前途的技术,虽然它在三维印刷用功能材料中仍然处于初级阶段,但目前也已经取得了一些进展。比如关于高黏度喷射技术的问题,汉诺丁大学添加剂制造和3D打印小组研究人员调查评价了PicoDot喷射阀在流体黏度广泛范围内的喷射能力。他们对不同黏度的流体参数进行了研究,表明了喷射阀具有高喷射灵活性。当黏度在低至20cp或高达10万cp(假塑性)时都可以精确地喷出,同时墨滴形成过程使用高速摄像机记录,这对3D图形的进一步探索提供了有用的信息。另外,为了开发添加剂制造(AM)和3D打印的新应用、解决反应喷墨打印发展中最显著的问题——发展新的活性印花材料和新的印刷工艺。他们一直在努力探究不同的反应性单体、低聚物或预聚物,如UV可固化环氧树脂、己内酰胺、两种组分的聚氨酯、阴阳离子聚电解质和水凝胶。一些传统的聚合和处理技术可应用于反应喷墨打印中,如交联或使用反应预聚物。

目前三维喷墨打印机使用可UV固化(100%固化)的聚合物已成功地开发并商业化,如由Objet公司出售的3D喷墨打印机。但大多数用于3D印刷的UV固化聚合物都是低分子量的丙烯酸酯,因此其机械性能在其工业应用中受到限制。然而在印刷过程中不使用溶剂或使用极少量溶剂的情况下,所出现的问题却能在反应喷墨印刷中可以有效地被避免。一个喷墨系统可以对付各种不同黏度的油墨是3D打印成功的关键,这也是后期我们在反应喷墨打印技术方面需要继续探索和解决的问题。

新技术催生新生产力,有市场就会有新应用,反应喷墨打印技术让我们看到了喷墨核心技术突破的一个又一个新领域,也看到了喷墨技术应用拓展的新的驱动力,相信反应喷墨打印技术这匹“黑马”与3D打印技术的结合将有望很大程度上改变人类的生活方式。

作者:王望 苏文华

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