基于3D打印技术的无人机叶片快速成型--毕业论文.doc

基于3D打印技术的无人机叶片快速成型

摘要

3D打印是一种快速原型技术。可以有效应对客户的需求，帮助实现面向服务的制造业。通过3D打印研究了个性化玩具制造的重建。然后在三个方面进行评估，资源整合，产品增量和商业模式创新。基于3D打印的面向服务的制造业不仅可以有效应对客户需求，而且可以摆脱传统工艺限制，缩短研发周期。这将实现产品生命周期的协同管理。这种模式是实现材料的有效解决方案个性化企业向客户提供了异构产品。这些产品都是基于实体产品，并集成了很多服务元素。最终可以实现传统制造模式的转型升级。目前，中国制造业的产值占世界的20％左右。但最企业尚未占据全球制造技术的指标。3D印刷作为新一代数字制造技术，具有快速成型的特点。它可以及时响应消费者的需求。这是实现面向服务的制造的合适方式。本文以3D打印叶片为研究对象，利用软件PROE,CURE切片软件设计和处理实体，最后在3D打印机上打印出实体，以验证3D打印技术在实际生活的应用，使3D打印技术更好的向前发展。

关键词:3D打印； 无人机叶片； 绘图； 切片

I

Rapid Prototyping of UAV Blade Based on 3D Printing Technology

ABSTRACT.

3D printing is a technology of rapid prototyping. It can effectively respond to the needs of customers and help to achieve the Service-oriented manufacturing. Here the reconstruction of personalized toy manufacturing through 3D printing was studied. Then it was evaluated in three aspects, the integration of resources, the product increment and the business model innnovatio. the Service-oriented manufacturing based on 3D printing could not only effectively respond to customer needs, but also get rid of the traditional process constraints, and shorten the R&D period. That would realize the collaborative management of product life cycle. This kind of mode is an effective solution for the realization of the material Personalizationenterprises has provided the heterogeneous products to customers. These products are based on the physical products and integrated by a lot of service elements. Finally it could achieve the transformation and upgrading of traditional manufacturing mode. At present, the output of China’s manufacturing industry accounts for about 20% of the world. But most enterprises have not yet occupied the commanding point of global manufacturing technology. 3D printing, as the new generation of digital manufacturing technology, has the characteristics of rapid prototyping. It could promptly respond to the needs of consumers. It’s a suitable way to achieve the Service-oriented manufacturing ,In this paper, 3D print leaves as the object of study, the use of software PROE, CURE slice software design and processing entities, and finally print out the 3D printer to verify the practical application of 3D printing technology to make 3d print technology better forward development of.

Keywords :3D printing； UAV blades ； draw； cut into slices

II

目录

1 绪论 1
1.1 课题研究的背景与研究的意义 1
1.2 3D打印技术的应用 2
1.3 3D打印发展前景 3
1.4 本章小结 3
2 无人机叶片造型 5
2.1 无人机叶片造型分析 5
2.2 PROE造型过程 6
3 无人机叶片实体造型 11
3.1 实验用FDM打印机介绍 12
3.2 支撑的选择 12
3.3打几种常见的3D打印技术分析 13
3.4 打印基础参数设置 18
3.4.1 打印机的选择 18
3.4.1.1 D打印机的介绍及工作原理 18
3.4.1.2 打印机MBOT GRID2+ SINGLE 特点 19
3.4.2参数设置软件的介绍 19
3.4.3 材料的选择 20
3.4.4 温度的设置 21
3.4.5 参数选择原理 23
3.4.6 模拟打印实体过程 27
3.4.7 实体建模过程 28
3.4.8 后处理过程 28
3.4.9 打印参数造成的误差 29
3.4.9.1 打印速度对误差的影响 29
3.4.9.2打印温度对误差的影响 30
4 结论与展望 31
4.1 结论 32
4.2 展望 32
参考文献 33
致谢 34

V

1 绪论
1.1 课题研究的背景与研究的意义
 传统无人机模具制造工艺是手工制作靠模，机械或液压仿形加工和钳工修整调试。当叶片的动平衡需要调整时，习惯用铜电极放电来修正叶片的胶位。这也是一种较为普遍的工艺方法。但这种方法由于要制造电极，同时要在电火花机上进行很多次的放电加工，这一方面增加了模具加工成本，另一方面对模具本身的形状精度也造成相当程度的误差，最终的动平衡的调整效果并不是十分理想，另外一种使用模具加工方法有一些难点，主要集中在以下几个方面：
1模具型腔数量较多，
2加工量大，且时间长
3定模镶件上的分型面为不规则曲面，且高低起伏坡度大，存在许多加工死角，而在分型面的最低处两曲面结合部分的倒角曲面R值是一个变量
4在加工分型面时，应充分考虑刀具的选择及刀具切削参数等方面因素。
5分型面和模具型腔不能分别加工，也不能叶片逐个加工，否则就会因刀具磨损而造成无人机叶片质量不均匀。
6无人机叶片轴心的垂直度也是叶片动平衡保证的一个重要参数，所以对风叶定模中心的圆孔位加工，除了对加工机床有较高精密的要求之外，还对数控加工的工艺方案提出了较高的要求。
随着当今技术的发展，为了克服无人机叶片在建模过程中的诸多缺点，运用新型技术3D打印技术可以帮助我们很好地解决这些诶问题3D打印与传统的通过模具生产有很大的不同,3D打印最大的优点是无需机械加工或任何模具,就能直接从计算机图形数据中生成任何形状的零件,从而极大地缩短产品的研制周期,提高生产率和降低生产成本。同时,3d打印还能够打印出一些传统生产技术无法制造出的外型,同时,3d打印技术还能够简化整个生产流程,具有快速有效的特点,3D打印机生产有材料利用率高，加工成型速度快，时间短，成型产品密度更均匀等优势，其中最大的优势在于不再受制于产品结构，只要设计师能想出的结构，3D打印机都能帮他实现。为了能够提高对无人机叶片的生产效率，降低生产成本，本文详细探3D打印实施过程。

1.2 3D打印技术的应用
目前3D打印技术支持多种材料，可以广泛应用在工业设计、建筑、家具、航天、医疗和教育等各个领域，其主要具有以下应用特点： 
模具加工与机械制造 如今，3D打印技术已经广泛应用于机械模具的设计与加工，。相对于传统制造技术来说，3D打印技术不需要任何模具或任何机械加工，既省工又省料，如美国F-22猛禽战斗机在制造过程中会大量使用钛合金构件，如使用传统的整体锻造方法，最大的钛合金整体加强框材料利用率不到4.9%，使用3D打印利用率接近100%，几乎不产生废料，大大节省了原材料的浪费，降低了生产成本。此外，也可利用3D打印技术实现个性生产，满足人们的少量和复杂形状的个性化需求。
在建筑行业 2014年8月，在上海青浦张江高新园区，盈创建筑科技有限公司用3D打印技术24小时打印了10栋房屋并交付使用，相关建筑指标均达到国家建筑质量标准，开启了3D打印建筑的新篇章，将来更有望使用3D打印技术建造整栋别墅。 
在航天方面 美国NASA以及国外的一些航天公司已经就3D打印技术在航天上的应用展开了尝试，2014年第一台3D打印机在国际空间站上安装成功，并打印出扳手等机械部件，这台打印机由Made in Space公司设计制作，该公司是世界首家研究零重力下3D打印技术的公司。而且3D打印为按需施材，减少了材料的浪费，从而降低了生产成本。 
生物医疗 3D打印技术与医学的结合堪称医学史上的创造性举动。在生物医学领域，已开始被应用于手术分析策划、假体植入物的制造、细胞或组织打印等方面。
早在2011年，德国科学家利用3D打印技术成功研制出了一种人工血管，该项目有望被用于人体试验和药物试验。2014年，University College London的研究人员利用生物“墨水”打印出人造耳朵，可用于外科整形。目前这种3D打印耳朵已有成功移植的案例。2015年7月，湖南省脑科医院利用3D打印颅骨为脑积水患儿缩脑，完成全球首例“全脑缩小塑形”手术。 　
考古文物复制 3D打印技术在考古文物领域主要用于修复已经破损的古文物。在应用3D打印技术进行文物修复时，需要使用3D扫描仪扫描破损文物，完成数据采集，并处理数据，建立相应的模型之后进行打印。在电影《十二生肖》中，先是对兽首进行三维扫描，再使用3D打印技术打印了兽首的复制模型，精度和相似度令人赞叹，且不需后期加工打磨，相信在不久的将来，随着3D打印技术的不断发展改进，3D打印技术复制文物的精度定会上升到这个高度，将不再需要后期处理。 
教育行业 3D打印技术也为教育的发展开启了新的方向，许多教育机构和组织正探索如何将3D技术应用到教育、教学中。以高职教育为例，在高职院校中印刷技术专业、数码印刷专业、印刷图文信息处理以及计算机等相关专业都可以考虑引入3D打印技术。 
相关专业引入3D打印技术后，可以将人才培养的目标范围进行延伸和扩大。培养不仅能从事传统印刷设备和数码印刷设备的操作，还能使用3D打印机；不仅能完成传统印刷和数码印刷的印前制作，还能从事3D打印需要的三维建模设计；不仅能从事传统印刷和数码印刷的印刷工艺与生产管理、印刷营销与业务管理，还能从事3D打印设备的控制和生产管理、营销和业务管理的人才。学生就业面更宽广，职业技能更新，更贴合社会发展需要，也必定会推动3D打印设备的发展。另外，3D打印技术可以作为扶持大学生创新创业的一个项目，支持大学生们早日实现创业的梦想，让刚刚走出校园的甚至还在校内的大学生们勇敢地站在科技发展的前沿，直观地感受打印技术带来的影响与进步。

1.3 3D打印发展前景
从中长期看来3D打印产业具有较为广阔的发展前景，但要进一步扩展其产业应用空间，目前仍面临着多方面的瓶颈和挑战：一是设备和耗材方面，现有3D打印机造价普遍较为昂贵，打印耗材的价格每公斤几百到数万元不等，给其进一步普及应用带来了困难。二是打印材料方面，目前3D打印的成型材料多采用化学聚合物、石膏等材料，成型品的物理特性较差，金属材料直接成型技术有待发展。三是工艺方面，目前3D打印的精度及效率还远不适应大规模生产的需求。四是知识产权方面，3D打印技术的普及将使产品更容易被复制和扩散，制造业面对的盗版风险大增，如何针对3D打印技术进行知识产权保护面临新的挑战。五是公共安全方面，如3D打印手枪，若可从网络上下载手枪的三维图纸，再拥有一台3D打印机就可以打印并组装手枪，这一潜在问题需要国家从法律层面进行规范和监督。
1.4 本章小结
本章主要介绍了3D打印应用于无人机叶片的快速成型技术，以及传统的无人机叶片生产方式，并介绍了3D打印技术的发展和国内外发展情况，以及3D打印技术未来的发展前景。

2 无人机叶片造型
2.1 无人机叶片造型分析
为了便于造型和实体建模的需要，考虑到无人机叶片的曲面特点采用PROE造型比较适合,以下是PROE三维绘图软件的优缺点介绍：
参数化设计和特征功能 Pro/Engineer是采用参数化设计的、基于特征的实体模型化系统，工程设计人员采用具有智能特性的基于特征的功能去生成模型，如腔、壳、倒角及圆角，您可以随意勾画草图，轻易改变模型。这一功能特性给工程设计者提供了在设计上从未有过的简易和灵活。
单一数据库
Pro/ENGINEER是建立在统一基层上的数据库上，不象一些传统的CAD/CAM系统建立在多个数据库上。所谓单一数据库，就是工程中的资料全部来自一个库，使得每一个独立用户在为一件产品造型而工作，不管他是哪一个部门的。换言之，在整个设计过程的任何　　一处发生改动，亦可以前后反应在整个设计过程的相关环节上。
例如，一旦工程详图有改变，NC（数控）工具路径也会自动更新；组装工程图如有任何变动，也完全同样反应在整个三维模型上。这种独特的数据结构与工程设计的完整的结合，使得一件产品的设计结合起来。这一优点，使得设计更优化，成品质量更高，产品能更好地推向市场，价格也更便宜。 　
全相关性
Pro/ENGINEER的所有模块都是全相关的。这就意味着在产品开发过程中某一处进行的修改，能够扩展到整个设计中，同时自动更新所有的工程文档，包括装配体、设计图纸，以及制造数据。全相关性鼓励在开发周期的任一点进行修改，却没有任何损失，并使并行工程成为可能，所以能够使开发后期的一些功能提前发挥其作用。
基于特征的参数化造型
Pro/ENGINEER使用用户熟悉的特征作为产品几何模型的构造要素。这些特征是一些普通的机械对象，并且可以按预先设置很容易的进行修改。例如：设计特征有弧、圆角、倒角等等，它们对工程人员来说是很熟悉的，因而易于使用。装配、加工、制造以及其它学科都使用这些领域独特的特征。通过给这些特征设置参数（不但包括几何尺寸，还包括非几何属性），然后修改参数很容易的进行多次设计叠代，实现产品开发。
数据管理
加速投放市场，需要在较短的时间内开发更多的产品。为了实现这种效率，必须允许多个学科的工程师同时对同一产品进行开发。数据管理模块的开发研制，正是专门用于管理并行工程中同时进行的各项工作，由于使用了Pro/ENGINEER独特的全相关性功能，因而使之成为可能。
装配管理
Pro/ENGINEER的基本结构能够使您利用一些直观的命令，例如“啮合”、“插入”、“对齐”等很容易的把零件装配起来，同时保持设计意图。高级的功能支持大型复杂装配体的构造和管理，这些装配体中零件的数量不受限制,易于使用,菜单以直观的方式联级出现，提供了逻辑选项和预先选取的最普通选项，同时还提供了简短的菜单描述和完整的在线帮助，这种形式使得容易学习和使用。
2.2 PROE造型过程
草绘，选择TOP平面绘制直径为10毫米圆如图1.1所示

图1.1 绘制草绘圆
以TPO 平面为参照分别平移获得平面DTM1和DTM2距离为1.5毫米，参照圆的边缘，分别在两平面上做出两直线如图1.2所示，再以RIGHT平面为参考，以距离2毫米为间距的平面DTM4，以先前所画直线为参考在平面DTM4S上获得一直线如图1.3所示：

图1.2 平面的绘制

图1.3 参照线的绘制
以DTM4面上直线为参照画出两条样条曲线如图1.4所示，在DTM3平面上草绘，参照DTM4面上直线画出叶片轮廓如图1.4所示：

图1.4 叶片边界曲线
进行边界混合，选择图示边界混合中的两条借用CTRL建进行曲面造型获得叶片如图1.5所示，选择已经混合好的叶片，在编辑中合并，并且进一步实体化，获得所需实体

图1.5 单叶片实体
借用TOP平面上直径为10的圆选取拉伸功能进行双向拉伸长度为7并且在已经拉伸好的实体上定义草绘选取抽壳功能得到如图1.6所示图形：

图1.6 绘制中心支撑
选取叶片实体进行实体阵列，阵列参照选择轴，数量为1，角度为180，获得实体如图1.7所示：

图1.7 阵列命令
实体最后经过隐藏曲线，面。最后得到如图1.8所示实体造型：

图1.8 三维实体

3 无人机叶片实体造型
3.1 实验用FDM打印机介绍
FDM 3D工艺通使用的原材料:热塑性材料，如:PC, ABS. PLA等。
FDM的精度:0. 025一0. 762mmo
FDM的特点:系统构造原理和操作简单;维护成本低，系统运行安全;可以直接用于失蜡铸造可以成型任意复杂程度的零件;支 撑去除简单，无需化学清洗。
FDM打印工艺的关键点是:该工艺需要注意控制在比熔点高1℃左右，维持3D打印成型材料的半流动。喷嘴受到计算机3D打印机软件的方向控制，使半流动状态的打印材料(直径约为1. 5mm以上)，喷嘴中流出后，从而薄层凝固形成。每层厚度范围在0. 025~0. 762mm。一层一层的堆砌，最后形成整个零件模型。喷嘴最好刚刚在熔点之上。
3.2 支撑的选择
基本思路是:首先对模型进行切片，依次切平面与三角面片的交点获得切片的轮廓，将上下两层的轮廓数据进行比较来确定需要添加支撑的区域。这种方法需要每两层之间都要进行布尔差运算，时间复杂度很大。
支撑对零件的成型效果、加工效率、表面质量等有很大影响.快速成型技术受其加土技术原理的制约，尤其在加土弧形曲面时会在其高度坐标(Z方向)上产生“层阶效应”，这会影响制件表面光滑度。所以要根据所需制件的要求，调整成型方向，避免生成支撑或减少支撑数量，保证成型效率和质量所以首先要根据成型件的要求，调整成型方向，避免生成支撑或减少支撑数量，保证成型效率和质量.其次，制件的质量也取决十成型方向的选择，成型方向将会影响每层成型面之间的粘连性，层间粘接速度的快慢会导致粘接不牢或过度粘接，即出现局部突起，导致成型件表面质量降低。
自动识别成型件支撑区域:可对需要为制件提供支撑结构的区域、部位进行识别.在RP系统中成型件的详细数据是通过.Stl文件提供的，此文件会将制件原型用一定数量的三角形切片来表示整个零件的表面，系统会根据每个切片的作用关系来识别出需要加支撑的区域.
支撑目标的识别:成型系统会对制件不同的支撑面进行自动分析处理，根据不同位置、不同支撑面的形态，来自动选择所需的支撑类型，进而设计出与其适应的支撑结构.
支撑的生成:根据不同的支撑对象生成出与其相互搭配的支撑结构，在为悬吊点、面等基础提供支撑时，可以直接生成支撑结构;而针对零件较为复杂的部位时会先找出支撑结构的边界面与底面，并以此生成相应的支撑.
支撑的切层:支撑分层与零件分层相似，也是先将支撑结构进行分层处理，再根据支撑间距的设置情况生成扫描线，直至支撑结构加土结束.
3.3打几种常见的3D打印技术分析
熔融沉积成形技术(FDM )
熔融沉积成形技术，最初由美国德克萨斯州立大学奥斯汀分校的C.R. Dechard教授于1989年研制成功。 FDM成形3D打印技术成形的具体过程是:首先，选择合适的打印材料，目前市场上主流的FDM打印机支持的线材包括丝状材料(石蜡、金属、工程塑料、低熔点合金丝);桌面级3D打印机主要以ABS和PLA为材料;之后将丝状材料通过加热器的挤压头熔化成液体，微喷头作X-Y平面运动，将熔融的材料涂覆在成形的“作品”上，冷却后完成一层图形制作。每次加工完一层Z值就上升一个层厚值，继续重复2D的图形层制作直到所有层都完成。若设计的模型有悬臂结构，或者是模型的外壁是角度很大的倒锥形结构时，就必须要给模型添加额外的辅助支撑结构，以防止层与层之间的塌陷导致结构的变形。此外，若是要同时打印多种不同颜色丝材，则需要配置多喷头以实现功能。
FDM工艺采用PLA,ABS等塑料材料，相对于其他工艺所需材料来说价格低，设备普及率高。但是，FDM技术由于受其工艺所限，打印喷头内径无法做到很小，故其表面质量无法达到工业级别;在加工复杂零件时，在垂直方向上倾角较小的情况就需要添加辅助支撑结构，一般会采用双成形材料加工，支撑材料采用水溶性材料以免破坏表面质量;在成形速度方面，需要对材料熔融挤出在凝固，这涉及到运动速度与材料物理状态变化的关系，所以成形速度无法提升到很高的水平，与其他工艺相比打印速度相对较慢，在加工大型零件时耗费时间较长。
立体光固化成型技术（SLA)
立体光固化成形技术技术，又称立体光刻，液槽中盛满液态光敏树脂，它在特定的波长的紫外光照射下就会发生光聚合反应而固化。聚焦后的光点在液面上按照打印系统生成的扫描路径扫描，液态数值将固化为一层二维薄层，并与托板粘接在一起，再将托板下降一层度的距离，并在该层的上表面铺满树脂，进行第二层扫描固化，这样第二层将牢固地粘接到第一层上，如此重复，直到整个零件打印完毕。SLA 3D打印技术其工艺具体过程是:首先，选取合适的材料，SLA主要应用光敏树脂作为基材如环氧丙烯酸树脂材料，材料经过UV光照射后树脂要具有合适的强度，并且在固化前后材料的收缩变形较小，材料固化均匀一致防止内部扭曲变形;由于UV激光扫描速度很快，在树脂受到光
催化反应固化时，反应速度也要快，这样才能满足要求，并且同一层上树脂反应的深度保持均匀一致。其次，UV激光器在数控系统的控制下，按照分层切片数据对各个截面轨迹进行快速扫面，被UV激光扫过的液态树脂会迅速固化形成厚度均匀一致的薄片截面层，当完成一层轮廓以及路径点扫描后，保存液态树脂容器下降一个分层厚度的距离，继续完成下一层的加工，而下一层基在前一层己固化层面的基础上完成固化，直至所有层都被扫描固化，整个零件就成形完成。
SLA工艺成形效率在所有3D打印工艺中是最高的，由于是非接触式加工，系统工作状态比较稳定;UV激光扫描在分层扫描时光斑与固化方式具有连续性，所有成形零件表面质量非常高，表面粗糙度达到抛光级别[13]，所以在复杂模具制作中常用这种方式加工，特别是精密的熔模铸造工艺中使用广泛。
虽然，SLA工艺在成形速度与精度方面都具有明显的优势，但由于在成形过程中同时存在复杂的物理反应与化学反应导致光固化过程成形件会受外界环境变化影响，导致加工过程失败;目前液体光敏树脂价格较高，并伴有一定毒性，基材的保存也需要考虑诸多付出额外的成本;光敏树脂固化后强度不高，易碎无法针对一次加工后直接使用，后处理过程必不可少。
分层实体制造成形技术(LOM )
LOM成形技术成形的基本原理如图2.4所示，首先，在升降台成形基材上覆上一层很薄的勃胶，此时材料辊筒将成形用的薄膜材料运输到成形区域，并用压辊装置将新的薄膜材料与成形件基材牢牢粘结;带压辊收回，切割激光器按照零件分层轮廓将材料薄膜切割并对下一层切割位置做出标记;当前层激光切割完成后，升降台下降一个分层高度距离，材料辊筒继续完成下一层薄膜进料动作，将未加工材料运送至成形加工区域，热压辊装置，对新进材料进行热压固定，进行该层切割，反复进行热压粘结，激光切割，直至所有层截面都被切割完成;最后，去除多余薄膜材料，得到所加工的零件。
LOM工艺在3D打印中属于特殊性质，由于其薄膜材料属于非重复利用的一类，即包含3D打印技术原理的概念，又有减材加工的性质。其材料成本价格较低，工作原理简单，成形精度较高，可以加工较大尺寸零件。但是，其上下两层截面之间存在比较大的依附关系，无法加工截面突变较大的零件;由于材料膜切割后无法再次利用，故浪费比较严重，与现阶段的3D打印初衷有所背离，在未来行业发展中应该会慢慢被淘汰。
三维粉末粘接成形技术((3DP)
3DP成形技术成形是三维打印工艺主要作为最接近平面普通打印机的一种打印方式，工艺过程上也存在某种程度上的相似性:首先，零件成形缸活塞移动至最高处，由供粉缸活塞上升一定距离，通过平整辊轮将供粉缸粉末材料滚压至成形缸处，多余粉末通过循环装置重新回到供粉缸;此时，一个带有微小喷嘴的打印头将粘结剂按照软件处理后得到的截面填充路径运动并同时喷出粘结剂雾滴将成形缸中的粉末粘结;然后，成形缸下降一个层厚距离，供粉缸再次上升由平整辊轮将新粉料输送至成形缸，完成下一层的加工;如此反复直至所有层截面都填充完毕。
3D打印工艺下无需添加内外部支撑，成形缸中未被粘结粉末会形成天然的支撑，并且加工完成后，非常容易清除。三维打印工艺成形精度受到使用的粉末颗粒大小制约，颗粒越小的材料价格越是昂贵，目前主流的是微米级的粉末，所以成形精度在几微米至几十微米之间。这种工艺运行稳定，且粉末加工设备一般封闭性好，可以适用的环境广泛仅次于FDM工艺，由于制造粉末材料很多，故工艺加工出的模型材料也是多种多样。
选择性激光烧结((SLS)
SLS成形技术成形的基本原理如图2.6所示，SLS工艺过程与3DP有相似之处，其不同之处是用高能激光器代替粘结剂打印头将粉末烧结:首先，类似的将具有较高熔点的金属粉末或者复合材料粉末辊压至成形区域，激光束通过光学装置对当前层截面轮廓进行高速扫描将扫过的粉末熔化并连续烧结粘合;一层截面加工完毕后，成型区下降一个层高，并均匀添加下一层新的材料粉末，每一层都是如此扫描直至所有分层截面全部加工完成。整个加工过程一般都在惰性气体环境中，保护高温的熔融材料不会氧化失效。该工艺下成形也具有自支撑功能，支撑材料也可轻易去除并重复利用。选择性激光烧结设备是工业级别，主要应用领域是航空航天以及国防工业领域中飞行器复杂零部件的直接成形，可以大大缩短零件的制造时间，改善传统工艺下零件的结构与性能，还有就是医疗领域中人造骨骼、关节和牙齿的直接成形，该工艺有着其他几种 3D打印方法所没有结构强度和力学性能。但是，由于SLS工艺使用高能激光扫描装置，其装置的成本大大提高，SLS设备非常昂贵，并且其加工过程中需要惰性气体环境，以及材料的预加热等苛刻条件，其应用场合还是以工厂环境为主，属于3D打印技术中普及率较低的制造工艺。
熔融沉积(FDM)3D打印技术特点
与上文提到的几种3D成形工艺相比熔融沉积3D打印技术具有如下特点:
(1) 塑材丝材清洁，更换容易：与其他使用粉末和液态材料的工艺相比，丝材更加清洁，易于更换、保存，不会在设备中或附近形成粉末或液态污染。
(2) 后处理简单：仅需要几分钟到一刻钟的时间，剥离支撑后原型即可使用。而现在应用较多的SL、SLS、3DP等工艺均存在清理残余液体和粉末的步骤，并且需要进行后固化处理，需要额外的辅助设备。这些额外的后处理工序一是容易造成粉末或液体污染，二是增加了几个小时的时间，不能在成型完成后立刻使用。
(3) 成型速度快：一般来讲，FDM工艺相对于SL、SLS、3DP工艺来说速度是慢的，但，针对三维打印应用，其也有一定的优势。首先，SL、SLS、3DP都有层间过程（铺粉/液，挂平），因而它们一次成型多个原型是速度很快，例如：3DP可以做到一小时成型25mm左右高度的成型。三维打印机成型空间小，一次多成型1至2个原型，相对来讲，他们的速度优点就不堪明显了。其次，三维打印机对原型强度要求不高。所以FDM工艺可以通过减小原型密实程度的方法提高成型速度。通过我们的实验，具有某些结构特点的模型，最高成型速度已经达到60立方厘米/小时，通过软件优化及技术进步，我们预计可以达到2000立方厘米/小时的高度。
快速塑料零件制造
 (4) 材料性能一直是FDM工艺的主要优点，其ABS原型强度可以达到注塑零件的三分之一。今年来又发展出PC，PC/ABS，PPSF等材料，强度已经接近或超过普通注塑零件，可在某些特定场合（试用，维修，暂时替换等）下直接使用。虽然直接金属零件成型（近年来许多研究机构和公司都在进行这方面的研究，是当今快速原型领域的一个研究热点）的材料性能更好，但在塑料零件领域，FDM工艺是一种非常适宜的快速制造方式。随着材料性能和工艺水平的进一步提高，我们相信，会有更多的FDM原型在各种场合直接使用。
熔融挤出成型(FDM)--高性能的快速成型工艺
(5) 熔融挤出成型(FDM)工艺的材料一般是热塑性材料，如蜡、ABS、PC、尼龙等，以丝状供料。材料在喷头内被加热熔化。喷头沿零件截面轮廓和填充轨迹运动，同时将熔化的材料挤出，材料迅速固化，并与周围的材料粘结。每一个层片都是在上一层上堆积而成，上一层对当前层起到定位和支撑的作用。随着高度的增加，层片轮廓的面积和形状都会发生变化，当形状发生较大的变化时，上层轮廓就不能给当前层提供充分的定位和支撑作用，这就需要设计一些辅助结构－“支撑”，对后续层提供定位和支撑，以保证成形过程的顺利实现。
  (6)  这种工艺不用激光，使用、维护简单，成本较低。用蜡成形的零件原型，可以直接用于失蜡铸造。用ABS制造的原型因具有较高强度而在产品设计、测试与评估等方面得到广泛应用。近年来又开发出PC，PC/ABS，PPSF等更高强度的成形材料，使得该工艺有可能直接制造功能性零件。由于这种工艺具有一些显著优点，该工艺发展极为迅速，目前FDM系统在全球已安装快速成形系统中的份额大约为30％。
3.4 打印基础参数设置
3.4.1 打印机的选择
3.4.1.1 D打印机的介绍及工作原理
3D打印机3D打印机又称三维打印机，是一种累积制造技术，即快速成形技术的一种机器，它是一种数字模型文件为基础，运用特殊蜡材、粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过打印一层层的粘合材料来制造三维的物体。现阶段三维打印机被用来制造产品。逐层打印的方式来构造物体的技术。3D打印机的原理是把数据和原料放进3D打印机中，机器会按照程序把产品一层层造出来。
3D打印机堆叠薄层的形式有多种多样。3D打印机与传统打印机最大的区别在于它使用的“墨水”是实实在在的原材料，堆叠薄层的形式有多种多样，可用于打印的介质种类多样，从繁多的塑料到金属、陶瓷以及橡胶类物质。有些打印机还能结合不同介质，令打印出来的物体一头坚硬而另 一头柔软。
1、有些3D打印机使用“喷墨”的方式。即使用打印机喷头将一层极薄的液态塑料物质 喷涂在铸模托盘上，此涂层然后被置于紫外线下进行处理。之后铸模托盘下降极小的距离，以供下一层堆叠上来。
2、还有的使用一种叫做“熔积成型”的技术，整个流程是在喷头内熔化塑料，然后通过沉积塑料纤维的方式才形成薄层。
3、还有一些系统使用一种叫做“激光烧结”的技术，以粉末微粒作为打印介质。粉末微粒被喷撒在铸模托盘上形成一层极薄的粉末层，熔铸成指定形状，然后由喷出的液态粘合剂进行固化。
4、有的则是利用真空中的电子流熔化粉末微粒，当遇到包含孔洞及悬臂这样的复杂结构时，介质中就需要加入凝胶剂或其他物质以提供支撑或用来占据空间。这部分粉末不会被熔铸，最后只需用水或气流冲洗掉支 撑物便可形成孔隙。
3.4.1.2 打印机MBOT GRID2+ SINGLE 特点
Z-603s：极光3D打印机，简约的设计，采用全金属激光一体成型，强度是木板、亚力克材质框架的8倍！激光一体成型结构更稳固，保证机器长时间高速打印。数控CNC高精度加工成型，高标准助您完美打印作品。
A8：超大的打印尺寸，打印过程中打印速度随时可调，喷嘴和热床温度可调。轻松打印复杂模型，打印精度高、速度更快，适合手板要求较高的客户。
A3：结构简洁：结构简洁意味着组装快、调试简单
稳定可靠：针对稳定性进行重新设计，省去经常调试机器的麻烦。
精度更高：XYZ轴定位更加精准，打印边缘更整齐。
设计精美：极光工程师精心设计，简洁大气。如图2.1所示

图2.1 极光尔沃3D打印机

3.4.2参数设置软件的介绍
MPrint 是铭展 MBot 系列打印机专用的切片软件，操作简单切片质量和效率非常出色，并支持多模型加载和双头双色打印。在软件上设置打印机如图2.2所示

图 2.2 选择打印机
3.4.3 材料的选择
材料性质介绍
物化性质
熔点：175～185℃, 
特性粘数IV(dl/g)
范围：0.2～8 
玻璃化转变温度：60～℃，
 传热系数：0.025 λ(w/m.k) 
 简介
聚乳酸（H-[OCHCH3CO]n-OH）的热稳定性好，加工温度170～230℃，有好的溶剂性，可用多种方式进行加工，如挤压、纺丝、双轴拉伸，注射吹塑。由聚乳酸制成的产品除能生物降解外，生物相容性、光泽度、透明性、手感和耐热性好，光华伟业开发的聚乳酸（PLA）还具有一定的抗菌性、阻燃性和抗紫外性，因此用途十分广泛，可用作包装材料、纤维非织造物等，主要用于服装（内衣、外衣）、产业（建筑、农业、林业、造纸）和医疗卫生等领域。
优点
聚乳酸的优点主要有以下几方面：
聚乳酸（PLA）是一种新型的生物降解材料，使用可再生的植物资源（如玉米）所提出的淀粉原料制成。淀粉原料经由发酵过程制成乳酸，通过化学合成转换成聚乳酸。其具有良好的生物可降解性，使用后能被自然界中微生物完全降解，最终生成二氧化碳和水，不污染环境，这对保护环境非常有利，是公认的环境友好型生产方式。在软件上设置选择材料如图2.3所示

图2.3 材料的选择
选择地垫和支撑，便于在打印时支撑曲面空间,操作如图2.4所示

图2.4 地垫和支撑选择
3.4.4 温度的设置
喷头温度取值在FDM工艺中是对零件成形效果有重要影响的工艺参数喷温度要保持在一个恒定且合适的范围内，确保挤出的丝线呈塑性流体状态，即保持材料的粘性系数在一个合理的范围内。喷头温度设置过高时，会使得挤出材料的粘性系数变低，液态属性特性增强，喷头处会产生“漏丝”现象，同时材料内部分子会出现破裂，使得成形后表面粗糙度和精度降低，粘结强度也会相应降低;喷头温度过低时，挤出材料呈现固态特性，粘性系数变大使得挤出阻力变大，挤出速度不变的情况下，出丝会变少。同时喷头工作在过大的挤出力下会缩短其使用寿命。温度选择和设置如图2.5所示

图2.5 温度选择和设置
（1）层高参数与喷头内径
层高数值的几何意义是指在对STL模型文件进行切片时相邻层的间距，同时其工艺意义是指FDM打印机喷头走完每一层的厚度。由于FDM工艺