淺析增材制造技術(shù)

1、    淺析增材制造技術(shù)    陳玉蓮 吳敏嬌摘 要：圍繞3d打印，從技術(shù)層面上概要介紹了其發(fā)展歷史，分析了其優(yōu)劣和應(yīng)用。主要包括3d打印的歷史、原理、流程、特點(diǎn)和應(yīng)用等方面，為廣大新手和愛(ài)好者揭開(kāi)3d打印的神秘面紗。關(guān)鍵詞：3d打印;略議;格式3d打印目前被炒的“火熱”，認(rèn)為其“無(wú)所不能”，可以顛覆傳統(tǒng)毋庸置疑，作為一種黑科技，3d打印會(huì)給我們的未來(lái)帶來(lái)極大的變革，主要有三個(gè)領(lǐng)域：工業(yè)生產(chǎn)（制造業(yè)）、科學(xué)技術(shù)（醫(yī)學(xué)）和生活消費(fèi)（民用化），相信3d打印必然會(huì)成為必需品。本文擬從三個(gè)方面簡(jiǎn)略論述3d打印。1 概述3d打印是近年來(lái)出現(xiàn)的一個(gè)新詞，在專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域有

2、個(gè)好聽(tīng)的名稱(chēng)快速成形技術(shù)或增材制造技術(shù)。通俗的講就是以電腦設(shè)計(jì)（如3dmax、maya、blender等）的三維模型為基礎(chǔ)，區(qū)別于我們所熟知的平面圖形，然后采用塑料、金屬粉末、液態(tài)樹(shù)脂等原料，在3d打印機(jī)中一層一層打印，疊加成一個(gè)立體實(shí)物。1.1 3d打印的歷史3d打印技術(shù)最早是由美國(guó)查爾斯·赫爾（3d打印之父）于1984年首次開(kāi)發(fā)成功。1988年，斯科特·克倫普發(fā)明了熔融沉積快速成型3d打印技術(shù)，即目前最常用的fdm。1995年，3d打印被列為我國(guó)未來(lái)十大模具工業(yè)發(fā)展方向之一。2008年第一款開(kāi)源的桌面級(jí)3d打印機(jī)reprap發(fā)布。2012年，我國(guó)宣布掌握大型結(jié)構(gòu)關(guān)鍵件激

3、光成型3d打印技術(shù)。1.2 3d打印的原理3d打印的原理與傳統(tǒng)打印機(jī)基本相同，不同之處在于材料傳統(tǒng)打印機(jī)用墨水和紙張（平面），3d打印則采用金屬、塑料、陶瓷、粉末、砂等（立體）;技術(shù)上實(shí)現(xiàn)了從液體在平面上噴涂轉(zhuǎn)變到板子上逐層累積疊加成為一個(gè)完整的整體。1.3 3d打印的流程（三步）（1）三維建模，軟件切片。切片的目的是把立體模型分割成許多層（截面），便于3d打印機(jī)打印。（2）3d打印機(jī)逐層打印。（3）后期處理，打磨、上色。去掉模型上的支撐等多余不規(guī)則的部分，拋光、上色、裝配等。1.4 3d打印的技術(shù)種類(lèi)和許多技術(shù)一樣，3d打印機(jī)起初也是用于軍工領(lǐng)域，隨著技術(shù)的成熟，逐漸進(jìn)入工業(yè)和民用領(lǐng)域，目前

4、最常用的有三類(lèi)fdm熔融沉積、sla光固化和sls激光燒結(jié)。2 3d打印的特點(diǎn)傳統(tǒng)制造有等材制造（鑄、鍛、焊）和減材制造（車(chē)、銑、刨、磨），在制造零件時(shí)需要考慮模具。與傳統(tǒng)制造相比，3d打印被稱(chēng)為增材制造，因其成形原理參照了打印機(jī)，采用逐層累加方式，故俗稱(chēng)“3d打印”，不需要刀具、夾具、開(kāi)模等，大大減少了工序，縮短了加工周期，且形狀越復(fù)雜越靈活，效率越高。2.1 3d打印的優(yōu)勢(shì)（1）沒(méi)有邊角料，節(jié)約環(huán)保。（2）無(wú)限創(chuàng)意。（3）私人定制。（4）無(wú)限復(fù)雜。（5）穿越時(shí)空（電影十二生肖、空間站太空打印機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)+等）。（6）按需生產(chǎn)、零庫(kù)存、即打即用。2.2 3d打印的局限（1）3d建模的難題。令大

5、多數(shù)人頭疼，受專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)、軟件本身的難度等的影響，往往局限于少數(shù)專(zhuān)業(yè)人士（建筑、機(jī)械等），盡管可以掃描，但不成熟。（2）材料的局限性。多數(shù)物品是由多種材料混和拼接制成，但3d打印目前能用的材料還不太多。（3）機(jī)器的限制。復(fù)雜性，高穩(wěn)定性、高效率、低成本、低維護(hù)性和易操作性。要成為主流技術(shù)，還有很長(zhǎng)一段路要走。（4）知識(shí)產(chǎn)權(quán)的憂慮。（5）成本的制約。3 3d打印的應(yīng)用3.1 航空航天領(lǐng)域這是3d打印應(yīng)用最早的領(lǐng)域。如有著“中國(guó)激光3d打印帶頭人”的王華明院士，他所研制的技術(shù)已被應(yīng)用到戰(zhàn)斗機(jī)、導(dǎo)彈、衛(wèi)星上。再如美國(guó)國(guó)家宇航局2015年10月建立火星殖民計(jì)劃，將用3d打印技術(shù)。3.2 醫(yī)療領(lǐng)域國(guó)內(nèi)這方

6、面的應(yīng)用真是精彩紛呈。如3d打印骨胳技術(shù)在2013年被正式批準(zhǔn)進(jìn)入臨床應(yīng)用階段，同年劉忠軍教授所帶領(lǐng)的團(tuán)隊(duì)，已經(jīng)成功為50位患者植入3d技術(shù)打印骨骼。3.3 教育領(lǐng)域我國(guó)的傳統(tǒng)教育是應(yīng)試教育，大多數(shù)學(xué)校都沒(méi)有開(kāi)設(shè)學(xué)生創(chuàng)新性培養(yǎng)的課程，純粹的理論學(xué)習(xí)會(huì)使學(xué)生的大腦僵化。而3d打印在教育領(lǐng)域的應(yīng)用，將非常有利于增強(qiáng)學(xué)生的互動(dòng)性和創(chuàng)新性，縮小了虛擬與現(xiàn)實(shí)之間的距離。3.4 生活領(lǐng)域3d打印涉及我們衣（3d打印服裝已經(jīng)不是什么新鮮玩意兒，從紐巴倫的跑步鞋到香奈兒的套裝，3d打印服裝界已經(jīng)出現(xiàn)了一些奪人眼球的產(chǎn)品）、食（只要準(zhǔn)備好原料，就可以像打印文件一樣打印出糕點(diǎn)、糖果、餃子等來(lái)）、?。?015年9月

7、在上海張江高新青浦園區(qū)內(nèi)，用建筑垃圾打印的房屋，就像搭積木一樣）、行（2015年世界首款3d打印電動(dòng)汽車(chē)亮相，其成本只有3000，耗時(shí)44小時(shí)，時(shí)速高達(dá)80公里/小時(shí)）的各個(gè)方面，小到一顆螺絲，大到一幢房子，3d打印似乎“無(wú)所不能”。可以想象，隨著3d打印技術(shù)的成熟和完美，其應(yīng)用領(lǐng)域會(huì)越來(lái)越廣闊。4 3d打印的前景3d打印在短短幾十年間也變化巨大，但基數(shù)小、更新?lián)Q代也相對(duì)慢一些，從1986查爾斯·赫爾發(fā)明光固化打印機(jī)到2008年開(kāi)源的桌面級(jí)3d打印reprap。目前3d打印的發(fā)展可以說(shuō)是“脫胎換骨”，可以預(yù)見(jiàn)，3d打印會(huì)像電腦手機(jī)一樣推陳出新，慢慢進(jìn)入我們尋常百姓家。正如連線前主編渴攀里斯·安德森所言：“3d打印是一件比互聯(lián)網(wǎng)更大的事情！”參考文獻(xiàn)：1walters，p.&davies，k3d printing for artists：research and creative practicej.journal of the norwegian print association，2010.2berman b.3-d printing