材料科学与工程学院
课程论文
课程题目：
作者姓名： 蒋沐阳
班 级： F1205101
学 号： 5120519012
成绩评定：
摘要：
3D打印技术是快速打印技术的一种，是当今科学界最为炙手可热的研究对象之一，号称是第三次工业革命的带头技术。
本文从3D打印的前世今生说起，简略地概括了3D打印的历史与定义，描述了几种基本的3D打印方法，并且阐述了3D打印在目前的几种应用领域，同时，也大致分析了一下3D打印在目前的国际和国内的发展现状。
本文的重点在于描述一种使用3D打印技术制造汽车车身的方案。方案涵盖了材料选择、打印系统的设计、基于STL模型的切片模型的构建、基于PID控制的温控回路的设计以及机械传动的设计，详细地描述了各步骤的要点，绘制了各步骤的框图。
之后，本文讲述了一些影响3D打印表面成型质量的因素，介绍了一种检测模型表面粗糙
程度的方法：光散射法检测技术。通过信号采集、滤波方式和信号处理办法讲述了测量信号的使用办法。最后，本文也总结了一些本方案的不足之处。
关键词：3D打印 汽车车身 FDM技术 切片法 PID控制 光散射法检测
第一章：课题背景
人类的历史，就是一部不断挑战自然、发明新技术以改善生活的故事。从延续几万年的石器时代，到战争的炮火轰开科技大爆炸的种子；从蒸汽机为第一次工业革命吹响号角，到福特汽车流水线上滚滚的长龙。而今距离现代社会的开端仅仅几十年，我们早已沉浸在信息化社会的海洋中。美国著名的经济学家里弗金，早在2008年的一本著作《第三次工业革命》中便写道，以信息、能源、制造、营销、物流的民主化为主要支撑的第三次工业革命已经到来。在这个新的工业时代中，新能源将会和互联网紧密相连，产生分布式的能源网络，而3D打印技术，将以其简单、快捷、廉价的特性为人们实现个人自主制造，即制造的民主化，从而极大地提升我们的社会生产效率。[1]
1.1 3D打印技术概述
3D打印（Three Dimension Printing），顾名思义，就是像将文字打印到平面纸张上（2D打印）一样，通过层层叠加的方式，制造出三维的工件来，这实际上是一种更为通俗的说法。它的许多别称有，增材制造(Additive Manufactory)、快速成型(Rapid Prototyping)、任意成型(Freedom Fabrication)、快速原型/零件制造(Rapid Prototyping/Manufactory)等等[2]。
要使用3D技术来打印一个物体，首先电脑里应当存在一个数字模型，这个模型可以使用计算机辅助设计（CAD）或是其他制作3D模型的软件来完成，也可以使用3D扫描仪来扫描一个真实存在的物体来获得。之后，3D打印机的软件会将这个数字模型转化为切片模型，即将它以模拟的方式切割成许多薄层，在3D打印机的工作流程中，切片模型被转化为打印头的行走轨迹，通过一些特定的材料可以通过物体的形式一层一层地精确打印出来，直至完成一个完整的3D物体[3]。3D打印直接将虚拟的数字化实体模型转变为产品，极大的简化了生产的流程，使得生产任意复杂结构零部件的生产成为可能，也是实现材料微观组织结构和性能的可设计的重要技术手段。
3D打印是一种堆积成型的成型方式，其基础步骤包括了构造三维模型、三维模型的切片与
曲面的近似、薄层打印与叠加、打印后打磨等后处理流程等过程（见图1）。如今已经有十几种切实可行的3D打印技术，不过，几乎所有的技术都基于3种基本方法。[3]
在第一种方法中，3D打印机通过挤压打印喷头来形成铸件或半液体材料。最常见的方法即为不断挤压流出热塑性材料，这种材料能够在离开喷头的时候迅速凝固成型。这里的材料可以汽车碳纤维是融化的金属，也可以是奶酪、巧克力等食品原料，甚至还可以是液态混凝土，想象一下使用3D打印技术将一整栋楼打印出来的场景吧。
第二种方法使用的是感光性树脂，顾名思义，这种液体在暴露于激光或是其他光源中时会发生光聚合反应而固化。3D打印机先是按照打印系统生成的路径进行扫描，喷射出一个单独的液体层与托板相粘结，然后将托板下降一层的距离，同时使用光线将液体固化，这时候，生成的第二层液体牢固地粘结在第一层固体之上，如此类推，直至整个工件打印完毕。
第三种方法，3D打印硬件通过逐层粘合一些精细的材料粉末来制作模型。材料高温熔化成液态后，通过喷嘴挤压出非常细小的球状颗粒。再喷出后，这些颗粒粉末会很快固化，从而在立体空间中紧密地组合排列成实物。这种技术精度非常高，强度也很可观，但是成型
之后表面粗糙度有待处理。
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