金属3D打印技术PPT共20页

低温是其最大技术优势，整个打印过程的初始温度是150°C，焊接过
程中摩擦和塑性变形的产热可使局部温度达到200°C左右，
UAM技术可将多种金属材料连接在一起，还可以将传感器、合金纤维
等那些对温度敏感的低熔点材料或电子器件嵌入其中。
大尺寸。除了低温，该技术还拥有优于其他金属打印技术的工件尺寸，
用UAM打印工件的尺寸最大可达6x6x3英尺，且加工出来的工件表面光洁
3D
XX大学 增材制造学院
金属3D打印技术
Metal 3D printing technology
XXX
目录
CONTENTS
01 / 概述 02 / 粉末床熔合工艺 03 / 材料喷射工艺 04 / 直接能量沉积工艺 05 / 材料挤压工艺 06 / 其它成型工艺
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PART ONE
概述
金属3D打印
工艺分类
金属3D打印技术主要有4类
粉末床熔合
直接金属激光烧结 DMLS 选择性激光熔化SLM 电子束熔化EBM
材料喷射
纳米颗粒喷射NPJ 粘结剂喷射BJ 立体喷墨打印3DP
直接能量沉积
激光近净成型LENS 电子束增材制造EBAM
材料挤压
熔融沉积FDM 熔丝制造FFF
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PART ONE
粉末床熔合工艺
有较快的成型速度和较高的表面质量。
超声波固结 UAM 通过频率高达20,000Hz的超声波施加在金属片上，借助超声波的振
荡能量使两个需焊接的表面摩擦，构成分子层间的熔合，然后以同样的原 理逐层连续地焊接金属片，并同时通过机械加工来实现精细的三维形状， 从而形成坚实的金属物体。
超声波固结 UAM
AM的技术优势
冷喷涂金属打印（Cold Spray Metal Printing） 澳大利亚SPEE3D公司的超音速3D沉积技术

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模块8 金属3D直接打印成型
8.7 金属3D打印成型技术的应用
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本节知识 点
金属3D打印成型技术在航空航天领域的应用 金属3D打印成型技术在模具制造领域的应用 金属3D打印成型技术生物医疗领域的应用 金属3D打印成型技术在文化创意、玩具等领域的应用
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课程导入
观看 视频：
思考：
谈谈你对金属3D打印成型技术应用领域的了解，并举例说明。
骨骼植入体、钛板的金属3D打印
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个性化手术导板金属3D打印
齿科金属3D打印
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8.7.4 金属3D打印成型技术在文化创意、玩具领域的应用
3D打印的钛手表
3D打印的顶级单反相机
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3D打印的叶形金戒指
3D打印的菌丝银戒指
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知识拓展
金属3D打印成型技术的难题
就国内而言，在金属3D打印领域具有 较高权威的3D打印企业当属西安铂力 特，公司一直专注于高性能致密金属 零件的激光立体成形制造，以及金属 零件的激光修复再制造，涵盖各种钛 合金、高温合金、不锈钢、模具钢、 铝合金等材料。
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课程学习
8. 7 金属3D打印成型技术的应用
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文化创意、 玩具领域
航空航天 领域
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生物医疗 领域 模具制造 领域
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8.7.1 金属3D打印成型技术在航空航天领域的应用
航空发动机叶片（SLM）
战斗机上钛合金外挂架翼（LENS）
发动机叶轮 （ b）发动机叶轮
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F35联合攻击战斗机机翼组件 （电子束熔丝，最长尺寸达 7.2m）
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另外，金属3D打印材料成本较高，一方面是因为国内大部分的金属3D打印材

打印材料有哪些？
目前3D打印材料主要类型是塑料，液态树脂和金属粉末。 在家用领域，有石膏、光敏树脂、塑料等； 在工业应用中，适用的金属材料只有10余种。 在航空航天等隐性材料上，打印材料逐渐向碳化硅复合材料、
高介电陶瓷等超颖材料发展。此外纳米材料在3D打印技术中也 有很大的优势。 3D打印金属材料主要用的韧性好的不锈钢和钛合金。
理想轮廓 线的补偿
量
理想轮廓补偿量设置不合理直 接影响成形件的尺寸和几何精 度。
应依据挤出丝截面的宽度来进行 补偿。
ppt课件
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2.2 选择性激光烧结SLS
工艺参数与成形质量之间的关系是SLS技术的研究热点，国内 对此进行了大量的研究。而由于烧结过程的复杂性，进行实时 观察比较困难，因此，人们为了更好的理解烧结过程，对烧结 过程也进行了一定量的研究。
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溶剂沉淀法
基本原理：溶剂沉淀法是将聚合物溶解在适当的溶剂中，然后 采用改变温度或加入第二种非溶剂等方法使聚合物以粉末状沉 淀出来。
适用材料：特别适合于具有低温柔韧性的高分子材料，这类材 料较难低温粉碎，细粉收率很低，如尼龙。
尼龙 12 粉末制备工艺
制备的粉末微粒形状接近于球形，可以通过控制工艺条件生产 出所需细度的粉末。一般来说，溶剂的用量越大，粉末粒径越 小。
2012年4月，英国《经济学人》刊文认为，3D打印技术将与其他 数字化生产模式一起，推动第三次工业革命的实现。
ppt课件
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1.1 涵义及原理
什么是3D打印技术？
3D打印技术是指由数字模型（CAD）直接驱动的，运用金属、塑 料、陶瓷、树脂、蜡、纸、砂等可粘合材料，在快速成形设备 里通过逐层叠加的方式来构造物理实体的技术。
粉碎温度的确定

教学程序设计
五、3D打印技术发展中存在的问题 1．材料问题。对比传统制造行业加工材料对象的广泛，几乎所有已知材料都可以加工，3D打印技
术能打印的材料相对有限，在难题还没有被攻克之前还是需要材料具有热熔冷黏合的特性，日常生活中 所接触到的各种原料有相当一部分无法支持，材料问题限制着3D打印技术的发展。
教学程序设计
表1-1-2 3D打印的应用
教学程序设计
教学程序设计
任务实施
四、3D打印技术的优点 1．降低制造复杂静态物品的难度
将3D物品降维到2D切片堆叠制造，使得制造一个结构复杂的物品并不比制作 一个简单的立方体难度增加多少，难度的降低使得生产成本下降。
教学程序设计
2．产品的改动不增加成本 产品的改动不增加成本，大大提高生产的灵活性，传统制造设备功能单一，一台设备或者一个模具
4．减少生产材料消耗 传统制造技术特别是金属加工制造技术，是减材制造，就是通过投入超量的原材料，通过机械加工车
铣刨磨，去除材料多余部分，最终制作出成品，过程中造成大量的生产材料损耗。而3D打印属于增材制造 ，3D转化成2D堆积成型，除了少量必要的支撑辅助之外，生产过程中造成的材料浪费极少，大大降低了 生产损耗。
情感与态度目标
1.通过课程，让学生接触前沿科技，通过3D打印，感受科技的魅力。 2.通过课程，体验3D打印技术的优势，提升对3D打印技术的兴趣。 3.培养学生探索新领域、新科技的能动性。
教学重点 和难点
教学重点和难点 重点
1.3D打印技术的工作过程。 2.3D打印技术在人们实际生活及工业生产中的应用。
教学程序设计
4．制作出来的物体强度问题。3D打印不仅受到可用于打印的材料的限制，还面临的制作物品的强 度和耐用度问题。传统的铸造内部缝隙杂质气泡较少，一体成型强度高，3D打印技术面临着原生打印技 术喷头精度和速度两难问题，喷头进度越高打印速度越慢，而且在打印的过程是一个堆积过程，难免会 引入更多的杂质和混进更多气泡，从而影响成品强度和耐用度。现在普遍解决成品强度的方案是制作复 杂的结构，利用工程力学结构分散受力的原理来提升强度弥补劣势。

医用钛合金
二. 3D打印的应用
快速制造具有各种内部复杂结构的人体解剖模型，用于医学教育 的直观讲解，如图3-16所示。
二. 3D打印的应用
4.车辆制造领域
3D打印在交通工具零部件制造中的使用机会巨大，尤其适用于生产高端 的专业级小型汽车零部件。由于可以免去模具等工装制作成本，缩短开 发周期，故3D打印技术也非常适合汽车零部件研发过程中小批量产品的 制作。
二. 3D打印的应用
7.珠宝及收藏品
工艺品
二. 3D打印的应用
8.食品加工
特殊食品被认为是具有130亿美元潜力的巨大产业。美国康奈尔大学和 法国烹饪学院已成功研制将巧克力、奶酪、豆沙和扇贝等食材打印成3D 人物、公司徽标、名称和其他对象的技术。
二. 3D打印的应用
9.教育和娱乐
在教育领域，可以通过成形模型验证科学假设，用于不同学科的实验和 教学。不久的将来会出现价格区间在100～150美元的消费类3D打印机， 这类3D打印机非常适合用于游戏、教育和娱乐。在北美的一些中学、普 通高校和军事院校，3D打印机已经被用于教学和科研。
珠宝商将使用3D打印制造限量版产品，目前已经可以用钛合金材料打印 吊坠。以激光烧结黄金合金材料打印制作项链的技术也是可行的，而制 作这种链子传统上需要复杂而昂贵的机械。
自由成型的特性使得3D打印适用于广泛的消费类产品。3D打印技术制造 的艺术品、塑料和金属雕塑、家具、家居饰品以其独特品质，证明了这 类产品的市场潜力。如图所示。
一. 3D打印的应用
1. 军事领域应用
例如 美国航空航天国防武器装备使用激光直接沉积增材制造已在武装 直升机、AIM 导弹、波音7X7 客机、F/A-18E/F、F22 战机等方面 均有实际应用。而我国歼-15舰载机等新研制的机型，也广泛使用 了3D打印技术制造钛合金主承力部分，包括整个前起落架。飞机 钛合金主承力结构件，如下图所示。

3D打印作为一种新型的快速成型技术，目前正受到越 来越多的关注。2012年英国《经济学人》杂志制作专题论 述了当今工业领域正在经历的第三次革命，认为这次革命 是互联网和新材料、新能源相结合的工业革命，3D打印技 术作为“第三次工业革命的重要标志”，将成为改变未来 世界新的创造性科技。
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二、原理及特点
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5.3D打印能在数小时内成形。它让设计人员和开发人员 实现了从平面图到实体的飞跃； 6.是它能打印出组装好的产品，因此它大大降低了组装成 本。它甚至可以挑战大规模生产方式。
不足： 任何一个产品都应该具有功能性，而如今由于受材料
等因素限制，通过3D打印制造出来的产品在实用性上要 打一个问号。 1.存在成本高、工时长的软肋：3D打印仍是非常昂贵的 技术，由于用于增材制造的材料研发难度大等原因，导 致3D打印制造成本较高，一般达到每克10—100元；制 造效率不高，尤其在金属材料成形方面，大约每小时 100—3000克。目前增材制造技术在我国主要应用于产品 研发，且制造成本高，制造效率低，制造精度尚不能令 人满意。3D打印目前并不能取代传统制造业。
总的来说，其原理很简单，每一层的打印过程分为两 步，首先在需要成型的区域喷洒一层特殊胶水，胶水液滴 本身很小，且不易扩散。然后是喷洒一层均匀的粉末，粉 末遇到胶水会迅速固化黏结，而没有胶水的区域仍保持松 散状态。这样在一层胶水一层粉末的交替下，实体模型将 会被打印成型。完成后，要处理掉物品周围沾满的粉末， 这是可以循环利用的，再涂上增强节省材料，不用剔除边角料，提高材 料利用率，通过摒弃生产线而降低了成本； 2.在可以表现出外形曲线上的设计的同时能做到很高的精 度和复杂程度； 3.相对制作周期短：相对传统产品塑形来说，3D打印的制 作周期无疑是更短的，因其不用专门制作模具，更无需将 各部件分多种加工工艺来生产，直接根据三维建模数据来 生成整个外观或各零部件进行装配，并且可胜任传统加工 无法制造的复杂外形，因此3D打印就具备大大提升生产效 率的先天优势。 4.它可以自动、快速、直接和精确地将计算机中的设计转 化为模型，甚至直接制造零件或模具，从而有效的缩短产 品研发周期；

3D打印切片软件
将CAD模型转换为打印机 可识别的G代码，如Cura 、Simplify3D等。
后处理软件
对打印完成后的部件进行 清洗、打磨、喷漆等后处 理操作。
03
3D打印技术实例
Chapter
3D打印建筑模型
总结词
通过3D打印技术，可以快速、准确地制作建筑模型，为建筑设计提供直观的展示 和评估。
3D打印技术的挑战与问题
技术成熟度
目前3D打印技术尚未完全成熟， 存在打印精度、速度和材料限制
等问题。
成本与价格
3D打印设备及材料成本较高，限 制了其在某些领域的应用。
知识产权保护
3D打印技术的开源性和可分享性 对知识产权保护提出了挑战。
如何应对3D打印技术的挑战
技术研发与创新
加大研发投入，推动3D打印技术的创新与改进，提高其成熟度和 应用范围。
02
它使用可粘合的材料，如塑料、金属粉末、陶瓷等，通过热熔、光固化、喷射等 方式将材料逐层堆积，最终形成三维实体。
3D打印技术的发展历程
1980年代
3D打印技术的初步探索和实验阶段， 主要应用于快速成型和模具制造等领 域。
1990年代
21世纪
随着数字技术和材料科学的进步，3D 打印技术不断拓展应用领域，涉及医 疗、建筑、教育、航空航天等多个领 域。
降低成本与推广应用
通过规模化生产和技术进步降低3D打印设备和材料的成本，促进 其在更多领域的普及和应用。
建立知识产权保护机制
制定和完善相关法律法规，加强知识产权保护意识，防止侵权行为 的发生。
05
3D打印技术的安全与环保问题
Chapter
3D打印技术的安全问题
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钛合金在金属3D打印中具有较高的加工精度和表 面质量，能够满足复杂结构和高性能要求。
钛合金的强度和耐腐蚀性能使其成为海洋工程、 石油和化工等领域的理想选择。
不锈钢
不锈钢是一种具有优良耐腐蚀 性和高强度的金属材料，广泛 应用于建筑、装饰和工业领域 。
不锈钢在金属3D打印中具有良 好的可塑性和成型性，能够制 造出复杂的结构和部件。
医疗领域
医疗器械
金属3D打印技术可以用于制造医疗器械，如手术器械、牙科植入物等，具有个性化定制和生物相容性的优点。
人体植入物
金属3D打印技术可以用于制造人体植入物，如人工关节、骨骼等，提高患者的康复效果和生活质量。
建筑领域
建筑模型
金属3D打印可以用于制作建筑模型，具有 高精度和复杂结构的优点，有助于建筑设计 方案的优化。
谢谢您的观看
总结词
激光熔化沉积是一种金属3D打印工艺，通过高能激光束将金属粉末熔化并逐层沉积来制造三维物体 。
详细描述
LMD工艺使用激光作为热源，将金属粉末熔化后形成液态金属，随后在基板上逐层沉积并快速冷却固 化，最终形成三维物体。该工艺具有较高的精度和较快的打印速度，适用于生产复杂形状和精细结构 的金属零件。
建筑构件
金属3D打印还可以用于生产建筑构件，如 楼梯、梁等，提高施工效率和降低成本。
其他领域
珠宝首饰
金属3D打印技术可以用于制造珠宝首饰，具有高精度和复杂设计的优点，提高珠宝首 饰的艺术价值和商业价值。
电子产品
金属3D打印可以用于制造电子产品，如电路板、连接器等，具有高集成度和轻量化的 优势。
THANKS
限制
材料限制
目前金属3D打印可用的 材料种类有限，限制了
其应用范围。

国外的3D打印公司有哪些？
低端3D打印推广者：MakerBot
MakerBot成立于2009年，通过出售1000美元出头的低端3D打印机、运营 3D模型分享网站、开设线下体验店等一系列措施，创建了一个类似于 “3D打印生态链”的体系，并迅速赢得普通消费者的青睐。
国外的3D打印公司有哪些？
新工艺高精度3D打印先锋：Formlabs
来一模一样的食 ，会将一些非关键 世界上独一无二的
品就是用食品3D 部件用3D打印的产 戒指，都有可能是
打印机“打印” 品替代，在追求效 通过3D打印机打印
出来的。当然， 率的同时降低成本 出来的。甚至不用
到那时可能人工 。
等到未来，现在就
制作的食品会贵Page 13
可以实现
打印枪支
这算是3D打印最引起争议的一项应用。美国一个名为Defense Distribute 的团队目标是创造模型图，方便任何人下载，然后打印出功能完备的军火 。在去年11月，他们发布了一段测试视频并宣布首支3D打印军火将投入 使用。但随后发生的校园枪击案令3D打印枪支的前途扑朔迷离。
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3D打印机 3D打印基本原理与现有技术 3D打印应用 3D打印优势
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3D打印机究竟为何物
3D打印机，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，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式 来构造物体的技术。过去其常在模具制造、工业设计等领域被用于 制造模型，现正逐渐用于一些产品的直接制造，意味着这项技术正 在普及。 机器的上半部分是个半透明的罩子， 有一排控制按钮，旁边是一台电脑。 掀起罩子，左边立着四盒不同颜色 的墨水，右边的工作区摆放研磨得 很细的石膏粉末。工作时，这些粉 末会一层层地被液态连接体也就是 特殊胶水粘合，按照不同的横截面 图案固化，一层层叠加，感觉像是 在做蛋糕那样创建三维实体。

06 金 属 3 D 打 印 技 术 的未来展望
Part One
单击添加章节标题
Part Two
金属3D打印技术的 原理
金属3D打印技术的基本原理
金属粉末熔融：通过激光或其他热 源将金属粉末熔融成所需的形状
支撑结构：在打印过程中，需要添 加支撑结构以防止悬空部分坍塌
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汽车设计优化：金属3D打印技术可以快速制造出原型，加速汽车设计迭代和优化。
汽车维修与替换：金属3D打印技术可以快速制造出损坏的零件，降低维修成本和时间。
医疗领域
金属3D打印技术在医疗领域的应用包括定制化植入物、手术导板和组织工程。
定制化植入物可以根据患者的CT或MRI数据进行个性化设计和制造，提高手术的精准度和治疗 效果。
金属3D打印技术的应用前景
航空航天领域： 制造高性能零部 件
汽车制造领域： 生产轻量化零件
医疗领域：定制 化植入物和医疗 器械
建筑领域：创新 设计和结构优化
Part Five
金属3D打印技术的 挑战与对策
金属3D打印技术的成本问题
材料成本高：金属粉末等原 材料成本较高，影响整体打 印成本
维护成本高：金属3D打印设 备需要定期维护和更换零部
金属3D打印技术 对传统知识产权 保护的挑战：如 何保护设计图纸、 打印参数等知识 产权
金属3D打印技术 对知识产权保护 的对策：加强立 法、执法，提高 知识产权保护意 识
金属3D打印技术 知识产权保护的 未来展望：加强 国际合作，共同 制定行业标准与 规范
Part Six
金属3D打印技术的 未来展望
件，增加了长期运营成本
设备购置成本高：金属3D打 印设备价格昂贵，企业需承 担高额的初始投资

使用打印机就像打印一封信：轻点电脑屏幕上的“打 印”按钮，一份数字文件便被传送到一台喷墨打印机上， 它将一层墨水喷到纸的表面以形成一副二维图像。而在3D 打印时，软件通过电脑辅助设计技术（CAD）完成一系列 数字切片，并将这些切片的信息传送到3D打印机上，后者 会将连续的薄型层面堆叠起来，直到一个固态物体成型。 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。
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。如今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。
3D打印主流技术
3D打印的技术主要包括SLA、FDM、SLS、LOM等工艺， 下面我们简单介绍三种主流技术：
1、立体光刻造型技术(SLA)：大家可以想象一下把一根黄 瓜切成很薄的薄片再拼成一整根。先由软件把3D的数字模 型，“切”成若干个平面，这就形成了很多个剖面，在工 作的时候，有一个可以举升的平台，这个平台周围有一个 液体槽，槽里面充满了可以紫外线照射固化的液体，紫外 线激光会从底层做起，固化最底层的，然后平台下移，固 化下一层，如此往复，直到最终成型。
3D打印机
堆叠薄层的形式有多种多样。有些3D打印机使用“喷墨” 的方式。例如，一家名为Objet的以色列3D打印机公司使 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。另外一家总部位 于美国明尼阿波利斯市的公司Stratasys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。

……
灵活，可根 据需要打印 任何物品
精密，打印 的零件更 精细轻盈
2 优点
便捷，装置 可大可小
生产率高 而生产成本低
3DP技术的优势与不足
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
3DP技术的优势在于成型速 度快、无需支撑结构，而且能 够输出彩色打印产品，这是目 前其他技术都比较难以实现的 。3DP技术的典型设备，是 3DS旗下zcorp的zprinter 系列，也是3D照相馆使用的 设备，zprinter的z650打 印出来的产品最大可以输出 39万色，色彩方面非常丰富 ，也是在色彩外观方面，打印 产品最接近于成品的3D打印 技术。
3D打印
精品课件

北京闻亭泰科技术发展有限公司
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DLP应用概括
精品课件

北京闻亭泰科技术发展有限公司
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三、现状与前景
这项技术虽然方兴未艾，但已经有了许多非常实用的用途。
汽车
医疗
便据今的了年3解早2美D0些，国1打3将时国能3年印自在D候防够1荷电打21就部在0兰月印动有1已高的，4可汽病通年建第速以车人过建筑一用路被已3成师把D来上植经全打简3制疾入D球开印加造打了驰首始生普人印“的座产·计体鲁金打3超航划器基D属印坚空打官投森枪”专固印。纳入问出用建、斯世生来特筑超的产种。轻下。零颌件
粉末状金属或塑料等可粘合材料一起源及产生各式各样的3d打印机二原理及优缺点把数据和原料放进3d打印机中相关软件通过电脑辅助设计技术cad完成一系列数字切片电脑将这些切片的信息传送到3d打印机上中3d打印机会根据这些数字切片喷涂一层层薄型层用特殊的胶水将连续的薄型层面堆叠起来一个固态物体成型wwwwintechdigitalcomcnwwwwintechdigitalcomcn10北京闻亭泰科技术发展有限公司wwwwintechdigitalcomcn11北京闻亭泰科技术发展有限公司wwwwintechdigitalcomcn12北京闻亭泰科技术发展有限公司wwwwintechdigitalcomcn13北京闻亭泰科技术发展有限公司wwwwintechdigitalcomcn14北京闻亭泰科技术发展有限公司wwwwintechdigitalcomcn15北京闻亭泰科技术发展有限公司wwwwintechdigitalcomcn16北京闻亭泰科技术发展有限公司wwwwintechdigitalcomcn17北京闻亭泰科技术发展有限公司二原理及优缺点生产率高而生产成本低便捷装置可大可小灵活可根据需要打印任何物品二原理及优缺点精密打印的零件更精细轻盈节约材料减少了材料的浪费优点3dp技术的优势与不足3dp技术的优势在于成型速度快无需支撑结构而且能够输出彩色打印产品这是目前其他技术都比较难以实现的