增材制造(3D打印)的流程

Additive Manufacturing Workflow(Chinese).jpg

数字建模阶段

在增材制造工作流程中,该过程始于使用计算机辅助设计(CAD)软件(如AutoCAD或SolidWorks)创建3D数字模型。

该模型完整定义了目标零件的几何结构与尺寸参数,并通常导出为行业通用格式(如 STL、3MF等)。


※ CAD是使用计算机软件创建和编辑包括2D图纸和3D模型的数字设计,它广泛应用于工程和产品设计,在3D打印中,它是创建可打印模型的起点。

格式STLOBJPLYSTEPIGESAMF3MF
数据模型MeshMesh + TexturePoint / MeshB-RepSurfaceXML MeshXML Manufacturing
几何表达方式 三角网格三角网格+贴图点云+多边形NURBS/实体NURBS曲面三角网格+语义三角网格+工艺信息
数据结构简单(仅顶点+法向)文本(.obj + .mtl)文本/二进制EXPRESS(工程模型)文本结构XMLXML(压缩结构)
几何精度★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★
材料信息⚠(MTL)
颜色支持
是否可直接打印
主要用途快速3D打印可视化展示3D扫描工程设计CAD交换多材料打印工业制造标准
典型场景原型验证 / FDM打印渲染 / 产品外观设计点云数据 / 逆向工程CAD建模 / 产品开发老系统数据兼容研究 / 高级制造自动化生产 / 多材料打印

切片阶段

切片软件(如 Cura、PrusaSlicer)将三维模型沿Z轴按预设层厚进行离散化处理。在该过程中,模型被分解为若干二维截面(Layer Slices),并生成对应的打印路径(Toolpath),针对每一层截面,算法生成打印路径,主要包括:外轮廓、内部填充路径以及支撑结构等。最终输出为设备可识别的指令文件(通常为G-code),用于指导打印设备执行具体运动与材料沉积。


打印阶段

在打印阶段,增材制造设备依据切片生成的路径数据,通过逐层材料沉积(Layer-by-Layer Deposition)的方式构建实体结构。

以 Fused Deposition Modeling(FDM)为例,其核心机制包括:热塑性材料(如PLA、ABS、PETG等)在加热端(Hotend)被加热至熔融状态,通过喷嘴(Nozzle)以受控流量挤出并按路径精确堆叠,实现三维实体的逐层成型。


相邻层之间通过热扩散与分子链缠结实现结合,其强度受以下因素影响:

  • 层间温度梯度
  • 挤出速率
  • 冷却速率

后处理阶段

打印完成后,需进行后处理以满足最终性能或外观要求:

  • 支撑去除(Support Removal)
  • 表面处理(Surface Finishing,如打磨、喷砂)
  • 退火处理(Annealing,用于提升结晶度与机械性能)
  • 二次固化(适用于光固化工艺)