数字建模如何利用三维打印成形技术，实现数字化的

大家好，欢迎来到IT知识分享网。

文/万物知识局

编辑/万物知识局

一、三维打印成形技术的原理和分类

三维打印成形技术的基本原理是将数字模型转化为实际物体。通常，该过程包括以下几个关键步骤：数字建模：使用计算机辅助设计（CAD）软件或三维扫描仪，将实际物体或概念模型转化为数字模型。数字模型可以是几何形状、曲线、曲面或体积数据。

切片：将数字模型切割成薄片，即将三维对象分解为一系列的二维截面。每个切片代表物体在Z轴上的一个薄层。打印路径生成：根据切片图像生成打印路径，确定每一层的打印顺序和填充模式。打印路径可以通过优化算法来实现最佳的打印效果，以减少打印时间和材料浪费。

材料沉积：将材料逐层堆叠或沉积在工作平台上，根据打印路径指导打印机进行精确的材料定位。常用的材料包括塑料、金属、陶瓷、生物材料等。固化和热处理：根据所用材料的特性，通过光固化、热固化或其他方法将材料固化为实体。这一步骤可以使打印的物体具有所需的力学性能和表面质量。

后处理：完成打印后，可能需要进行一些后处理操作，例如去除支撑结构、清洁表面、进行表面处理等，以得到最终的成品。三维打印成形技术根据不同的材料和工作原理可以分为多种分类。以下是一些常见的分类：

光固化技术：光固化技术使用紫外线光源将液体光敏材料（如光敏树脂）逐层固化，形成固体结构。光固化技术通常使用SLA（激光光固化）或DLP（数字光处理）等技术。

熔融沉积技术：熔融沉积技术是最常见的三维打印成形技术之一，它使用熔融态的材料通过喷嘴逐层堆积，形成物体。常见的熔融沉积技术包括FDM（熔融沉积建模）、SLS（选择性激光烧结）和EBM（电子束熔化）等。

粉末烧结技术：粉末烧结技术使用粉末材料，通过热源（激光束或电子束）将粉末逐层烧结，形成实体结构。常见的粉末烧结技术包括SLS（选择性激光烧结）和SLM（选择性激光熔化）等。

喷墨打印技术：喷墨打印技术使用类似喷墨打印机的工作原理，通过喷射细小颗粒的材料逐层构建物体。这种技术通常应用于生物打印和陶瓷打印等领域。纺织打印技术：纺织打印技术将纺织工艺与三维打印技术相结合，可以直接打印出纺织品或纺织品的预制件。

此外，还有其他一些特殊的三维打印成形技术，如多材料打印技术、多光束打印技术、连续液体界面制造技术等，这些技术进一步扩展了三维打印的应用范围。

三维打印成形技术的原理是通过数字模型切片、逐层堆叠材料、固化和后处理等步骤来构建物体。根据材料和工作原理的不同，三维打印成形技术可以分为光固化技术、熔融沉积技术、粉末烧结技术、喷墨打印技术、纺织打印技术等不同分类。

这些分类方法使得三维打印成形技术能够适应不同的应用需求，并在制造业、医疗领域和其他领域发挥重要作用。随着技术的不断创新和发展，三维打印成形技术将在未来呈现出更加广阔的前景和应用潜力。

二、材料方面的新进展

材料是三维打印成形技术的重要组成部分，它直接影响着打印成品的质量、性能和应用范围。随着三维打印技术的发展，材料方面也取得了许多新的进展。本文将重点介绍三维打印成形技术在材料方面的新进展，包括新型材料的开发、多材料打印的实现以及材料性能的优化等。

传统的三维打印成形技术主要使用塑料或金属材料进行打印。然而，近年来，研究人员在材料方面进行了大量的创新和探索，推动了新型材料的开发和应用。以下是一些常见的新型材料：

高性能聚合物：高性能聚合物具有良好的力学性能、化学稳定性和耐热性，适用于各种工程应用。例如，聚酰亚胺、聚酰胺、PEEK（聚醚醚酮）等材料在三维打印中得到广泛应用。生物可降解材料：生物可降解材料在医疗和环境领域具有重要应用价值。例如，PLA（聚乳酸）、PHA（聚羟基脂肪酸酯）等材料可以用于生物医学器械、药物缓释系统和可降解包装材料的制造。

复合材料：复合材料通过将两种或多种材料组合在一起，以提高性能、增加功能性。例如，碳纤维增强复合材料具有轻量化、高强度和高刚度的特点，在航空航天和汽车工业中得到广泛应用。

金属材料：除了传统的金属材料，如钛合金、铝合金等，新型金属材料也被引入到三维打印中。例如，形状记忆合金、高温合金等材料在航空航天、汽车和医疗领域具有重要应用前景。传统的三维打印技术往往只能使用单一材料进行打印，限制了其应用范围。然而，随着多材料打印技术的发展，现在可以实现在同一

打印过程中使用多种材料进行打印，从而在成品中获得更多的功能和性能。以下是一些实现多材料打印的方法：多喷嘴系统：通过在打印头上安装多个喷嘴，每个喷嘴分别供应不同的材料。这种方法可以在同一层或不同层中打印不同材料，实现多材料的堆叠。

混合喷嘴系统：通过将不同的材料混合在一起，然后通过单个喷嘴进行打印。这种方法可以实现材料的混合和共混，从而获得具有特定性质的材料。支持材料和构建材料分离：在打印过程中，使用一个材料作为支撑材料，用于支撑构建材料的打印，完成后可以去除支撑材料，从而实现多材料打印。

多材料打印技术的实现拓宽了三维打印的应用领域。它可以用于制造具有复杂内部结构的物体、打印电子器件和传感器、制造仿生组织和器官等。除了开发新型材料和实现多材料打印，还对现有材料的性能进行了优化。这主要包括以下几个方面：

强度和刚度的提高：通过添加增强剂、纤维增强剂或纳米颗粒等，可以增加材料的强度和刚度，使其适用于更高要求的应用。导电性和导热性的改善：通过添加导电填料或导热填料，可以赋予材料导电性和导热性，使其适用于电子器件、热管理和导电结构等领域。

生物相容性和生物活性的增强：在材料中引入生物相容性的功能基团或添加生物活性物质，可以增强材料与生物体的相容性和相互作用，促进生物医学应用。表面润湿性和抗粘附性的改善：通过表面处理或添加特殊功能材料，可以改善材料的润湿性和抗粘附性，减少材料与周围环境的相互作用。

通过对材料性能的优化，可以使三维打印的成品更加适应特定的应用需求，并开辟出新的应用领域。总结起来，材料方面的新进展在很大程度上推动了三维打印成形技术的发展。新型材料的开发、多材料打印的实现以及材料性能的优化为三维打印提供了更多的可能性和应用前景。随着科学技术的不断进步，我们可以期待三维打印材料领域会有更多的突破和创新，进一步推动三维打印技术的发展。

三、打印机方面的新进展

打印机是三维打印成形技术的核心设备，它直接影响着打印效果、速度和精度。随着三维打印技术的不断发展，打印机方面也取得了许多新的进展。本文将重点介绍三维打印机在硬件、软件和控制系统方面的新进展，包括高速打印、多材料打印、自动化控制和智能化技术等。

传统的三维打印技术通常需要较长的打印时间，限制了其在大规模制造中的应用。为了提高打印速度，研究人员在打印机硬件和打印过程控制方面进行了许多创新。打印头设计的优化：通过改进打印头的结构和喷嘴设计，可以实现更高的打印速度。例如，增加多个喷嘴、优化喷嘴排布和控制喷嘴的喷射速度等方法可以加快打印速度。

光固化技术的改进：光固化技术中使用的激光或光束的功率和扫描速度的提高，可以显著加快光固化过程，从而缩短打印时间。

多工作台系统：通过在打印机中增加多个工作台，可以实现同时进行多个打印任务，从而提高打印效率。这些创新和改进使得三维打印机在打印速度方面取得了显著的进展，为大规模生产和定制化生产提供了更多的可能性。

传统的三维打印机通常只能使用单一材料进行打印，限制了打印成品的多样性和功能性。为了实现多材料打印，研究人员进行了许多创新和改进。多喷嘴系统：通过在打印机中安装多个喷嘴，每个喷嘴供应不同的材料，可以实现多材料的打印。这种方法可以在同一层或不同层中打印不同的材料，从而获得具有多种功能和性能的成品。

混合喷嘴系统：通过将不同的材料混合在一起，然后通过单个喷嘴进行打印，可以实现材料的混合和共混。这种方法可以实现材料的渐变、过渡和复杂结构的打印。材料切换系统：通过引入可切换的喷嘴或材料通道，可以实现在打印过程中切换不同的材料，从而实现多材料的打印。

这些多材料打印的创新使得三维打印机可以在同一打印过程中使用不同材料，从而在成品中获得更多的功能和性能。为了提高打印机的操作效率和准确性，研究人员还开发了许多自动化控制和智能化技术。

自动化校准和调整：通过传感器和反馈机制，打印机可以自动校准和调整打印参数，以确保打印过程的准确性和稳定性。远程监控和控制：通过网络连接和远程控制技术，用户可以远程监控和控制打印机的操作，实现远程打印和管理。

智能化软件：配备智能化软件的打印机可以根据打印需求自动调整参数、优化打印路径和支撑结构，提高打印效率和质量。这些自动化控制和智能化技术使得打印机更加易于操作和管理，并提高了打印的效率和质量。

打印机方面的新进展包括高速打印技术、多材料打印技术以及自动化控制和智能化技术的应用。这些创新和改进使得三维打印机能够更加高效、灵活和智能地应对不同的打印需求，推动了三维打印技术的发展和应用。随着科学技术的不断进步，我们可以期待打印机技术将继续取得新的突破和进展，为三维打印带来更多的可能性。

结论：

本论文综述了三维打印成形技术的新进展，并探讨了其在制造业、医疗领域和可持续发展等方面的应用。随着材料、打印机和软件的不断改进，三维打印成形技术将在未来展现更广阔的发展前景。然而，仍然需要进一步的研究和创新来解决技术面临的挑战，以实现其在各个领域的全面应用。