3d技術(shù)的發(fā)展綜述

1、3D 打印技術(shù)的進(jìn)展綜述201421060113的代表性技術(shù)之一，越來(lái)越受到社會(huì)的關(guān)注。文章摘要：3D 打印技術(shù)作為第三次工業(yè)對(duì) 3D 打印的技術(shù)的概念和原理進(jìn)行了論述，并介紹了 3D 打印技術(shù)在國(guó)內(nèi)外產(chǎn)業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀，最后對(duì) 3D 打印技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域做了簡(jiǎn)要的闡述。：3D 打印 ；發(fā)展現(xiàn)狀 ；應(yīng)用領(lǐng)域13D 打印技術(shù)簡(jiǎn)介3D 打?。?D Pring）技術(shù)，又稱“添加制造（”Additive Manufacturing）技 術(shù)。根 據(jù)材 料 與 試 驗(yàn)（ASTM）2009 年成立的添加制造技術(shù)子F42的定義“，添加制造”技術(shù)是“一種與傳統(tǒng)的材料去除加工方法相反的，基于三維數(shù)字模型的，通常采用逐層

2、制造方式將材料結(jié)合起來(lái)的工藝，同義詞包括添加成型、添加工藝、添加技術(shù)、添加分層制造、分層制造，以及無(wú)模成型”。不過(guò)，為與現(xiàn)行的“3D”概念相契合，人們又為該技術(shù)起了一個(gè)更通俗的名字“3D 打印”，其內(nèi)容涵蓋了產(chǎn)品生命周期前端的“快速原型（”RaPrototy）、全生產(chǎn)周期的“快速制造（”RaManufacturing），以及其他所有添加工藝、技術(shù)、系統(tǒng)類別和應(yīng)用。自 1984 年 Charles Hull 制作出第一臺(tái) 3D 打印機(jī)以來(lái)，3D 打印技術(shù)歷經(jīng)了近 30 年的發(fā)展，正逐步成為最有生命力的先進(jìn)制造技術(shù)之一，其主要特點(diǎn)有 ：設(shè)計(jì)制造。由三維模型直接驅(qū)動(dòng)，在一定程度上實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)、制造的，

3、這是三維打印技術(shù)的一個(gè)最顯著特點(diǎn)。高度柔性。添加制造技術(shù)不受零件的形狀和結(jié)構(gòu)的任何約束，使復(fù)雜模型的直接制造成為可能?？s短新產(chǎn)品的研制周期，降低研發(fā)成本。三維打印技術(shù)可以自動(dòng)、直接、快速、精確地將設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)換成真實(shí)的產(chǎn)品模型，從而可以對(duì)正處于設(shè)計(jì)階段的產(chǎn)品做出快速評(píng)價(jià)、修改及功能試驗(yàn)，這樣既有效地縮短了產(chǎn)品的研發(fā)周期，又降低了經(jīng)濟(jì)損耗。23D 打印技術(shù)工作原理3D 打印是添加劑制造技術(shù)的一種形式，在添加劑制造技術(shù)中三維對(duì)象是通過(guò)連續(xù)的物理層創(chuàng)建出來(lái)的。3D高易用性等優(yōu)點(diǎn)。3D相對(duì)于其他的添加劑制造技術(shù)而言，具有速度快，價(jià)格便宜，就是可以“打印”出真實(shí) 3D 物體的一種設(shè)備，功能上與激光成型技術(shù)一樣

4、，采用分層加工、迭加成形，即通過(guò)逐層增加材料來(lái)生成 3D 實(shí)體，與傳統(tǒng)的去除材料加工技術(shù)完全不同。稱之為“噴墨打印十分相似。”是參照了其技術(shù)原理，因?yàn)榉謱蛹庸さ倪^(guò)程與每一層的打印過(guò)程分為兩步，首先在需要成型的區(qū)域噴灑一層特殊膠水，膠水液滴本身很小，且不易擴(kuò)散。然后是噴灑一層均勻的粉末，粉末遇到膠水會(huì)迅速黏結(jié)，而沒(méi)有膠水的區(qū)域仍保持松散狀態(tài)。這樣在一層膠水一層粉末的交替下，實(shí)體模型將會(huì)被“打印”成型，打印完畢后只要掃除松散的粉末即可“刨”出模型，而剩余粉末還可循環(huán)利用。打印耗材由傳統(tǒng)的墨水、紙張轉(zhuǎn)變?yōu)槟z水、粉末，當(dāng)然膠水和粉末都是經(jīng)過(guò)處理的特殊材料，不僅對(duì)反應(yīng)速度有要求，對(duì)于模型強(qiáng)度以及“打印”

5、分辨率都有直接影響。目前的 3D 打印技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn) 600dpi 分辨率，每層厚度只有 0.01 毫米，即使模型表面有文字或也能夠清晰打印。當(dāng)然受到噴打印原理的限制，打印速度勢(shì)必不會(huì)很快，目前較先進(jìn)的產(chǎn)品可以實(shí)現(xiàn)每小時(shí) 25 毫米高度的垂直速率，相比早期產(chǎn)品有 10 倍色膠水實(shí)現(xiàn)彩色打印，色彩深度高達(dá) 24 位。，而且可以利用有由于打印精度高，打印出的模型品質(zhì)自然不錯(cuò)。除了可以外形曲線上的設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)以及運(yùn)動(dòng)也不在話下。如果用來(lái)械裝配圖，齒輪、軸承、拉桿等都可以正?；顒?dòng)，而腔體、溝槽等形態(tài)特征位置準(zhǔn)確，甚至可以滿足裝配要求，打印出的實(shí)體還可通過(guò)打磨、鉆孔、電鍍等方式進(jìn)一步加工。同時(shí)粉末材料不限于

6、砂型材料，還有彈性伸縮、高性能復(fù)合、熔模鑄造等其它材料可供選擇。33D 打印技術(shù)及產(chǎn)業(yè)國(guó)際國(guó)內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀3.1 國(guó)際情況經(jīng)過(guò)十多年的探索和發(fā)展，3D 打印技術(shù)有了長(zhǎng)足的進(jìn)步，目前已經(jīng)能夠在 0.01mm 的單層厚度上實(shí)現(xiàn) 600dpi 的精細(xì)分辨率。目前國(guó)際上較先進(jìn)的產(chǎn)品可以實(shí)現(xiàn)每小時(shí) 25mm 厚度的垂直速率，并可實(shí)現(xiàn) 24 位色彩的彩色打印。目前，在全球 3D行業(yè)，3D Systems 和 Stratasys 兩家公司的產(chǎn)品占據(jù)了絕大多數(shù)市場(chǎng)份額。此外，在此領(lǐng)域具有較強(qiáng)技術(shù)實(shí)力和特色的企業(yè)/研發(fā)團(tuán)隊(duì)還有的FabHome 和 Shways、英國(guó)的 Reprap 等。3D Systems 公司是

7、全世界最大的快速成型設(shè)備開(kāi)發(fā)公司。于 2011 年 11 月收購(gòu)了 3D 打印技術(shù)的最早發(fā)明者和最初專利擁有者 Z Corporation 公司之后，3D Systems 奠定了在 3D 打印領(lǐng)域的龍頭地位。Stratasys 公司 2010 年與傳統(tǒng)打印行業(yè)巨頭惠普公司簽訂了 OEM 合作協(xié)議，生產(chǎn) HP 品牌的 3D。繼 2011 年 5 月收購(gòu) Solidsc公司之后，Stratasys 又于 2012年 4 月與以色列著名 3D 打印系統(tǒng)提供商 Objet 宣布合并。當(dāng)前，國(guó)際 3D于迅速的兼并與整合過(guò)程中，行業(yè)巨頭正在加速崛起。制造業(yè)正處目前在歐美發(fā)達(dá)國(guó)家，3D 打印技術(shù)已經(jīng)初步形成

8、了成功的模式。如在消費(fèi)電子業(yè)、航空業(yè)和汽車制造業(yè)等領(lǐng)域，3D 打印技術(shù)可以以較低的成本、較高的效率生產(chǎn)小批量的定制，完成復(fù)雜而精細(xì)的造型。另外，3D 打印技術(shù)獲得應(yīng)用的領(lǐng)域是個(gè)性化消費(fèi)品產(chǎn)業(yè)如紐約一家創(chuàng)意消費(fèi)品公司 Quirky 通過(guò)征集用戶的設(shè)計(jì)方案，以 3D 打印技術(shù)制成實(shí)物產(chǎn)品并通過(guò)電子市場(chǎng)銷售，每年能夠推出 60 種創(chuàng)新產(chǎn)品，年收入達(dá)到 100 萬(wàn)。3.2國(guó)況自 20 世紀(jì) 90 年代以來(lái)，國(guó)內(nèi)多所高校開(kāi)展了 3D 打印技術(shù)的研發(fā)。在現(xiàn)技大學(xué)在分代成型學(xué)理論、分層實(shí)體制造、FDM 工藝等方面都有一定的科研優(yōu)勢(shì)；華層實(shí)體制造工藝方面有優(yōu)勢(shì)，并已推出了 HRP 系列成型機(jī)和成型材料；西安交

9、通大學(xué)研制了三維噴頭，并開(kāi)發(fā)了光成型系統(tǒng)及相應(yīng)成型材料，成型精度達(dá)到 0.2mm；中國(guó)科技大學(xué)自行研制了八噴頭組合噴射裝置，有望在微制造、光電器件領(lǐng)域得到應(yīng)用。但總體而言，國(guó)內(nèi) 3D 打印技術(shù)研發(fā)水平與國(guó)外相比還有較大差距。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)如維示泰克、紫金、江蘇敦超等企業(yè)已實(shí)現(xiàn)了的整機(jī)生產(chǎn)和銷售，這些企業(yè)共同的特點(diǎn)是由海外歸國(guó)團(tuán)隊(duì)建立，規(guī)模較小，產(chǎn)3D品技術(shù)與國(guó)外廠商同類產(chǎn)品相比尚處于。目前，國(guó)產(chǎn) 3D在打印精度、打印速度、打印尺寸和支持等方面還難以滿足的需求，技術(shù)水平有待進(jìn)一步。在服務(wù)領(lǐng)域，我國(guó)東部發(fā)達(dá)城市已普遍有企業(yè)應(yīng)用進(jìn)口 3D 打印設(shè)備開(kāi)展了商業(yè)化的快速成型服務(wù)，其服務(wù)范圍涉及到模具制作、

10、樣品制作、輔助設(shè)計(jì)、復(fù)原等多個(gè)領(lǐng)域。與內(nèi)地相比，我國(guó)港臺(tái)地區(qū) 3D 打印技術(shù)引入起步較早，應(yīng)用更為廣泛，但港臺(tái)主要著重于技術(shù)應(yīng)用，而非研發(fā)。43D 打印技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域食品行業(yè)英國(guó)?？巳卮髮W(xué)研究，去年推出世界首臺(tái) 3D 巧克力。是了，你沒(méi)有看錯(cuò)。研究已經(jīng)開(kāi)始嘗試打印巧克力了?；蛟S在的將來(lái)，很多看起來(lái)一模一樣的食品就是用食品 3D建筑設(shè)計(jì)“打印”出來(lái)的。當(dāng)然，到那時(shí)可能人工制作的食品會(huì)貴很多倍。在建筑業(yè)里，工程師和設(shè)計(jì)師們已經(jīng)接受了用 3D打印的建筑模型，這種方法快速、成本低、環(huán)保，同時(shí)制作精美。完全合乎設(shè)計(jì)者的要求，同時(shí)又能節(jié)省大量材料。醫(yī)療行業(yè)最近，一位 83 歲的老人由于患有慢性的骨頭，因

11、此換上了由 3D“打印”出來(lái)的下顎骨，這是世界上首例使用 3D 打印產(chǎn)品做汽車制造業(yè)骨骼的案例。不是說(shuō)你的車是 3D打印出來(lái)的(當(dāng)然或許有一天這也有可能)，而是說(shuō)汽車行業(yè)在進(jìn)行安全性測(cè)試等工作時(shí)，會(huì)將一些非關(guān)鍵時(shí)降低成本。傳統(tǒng)制造業(yè)用 3D 打印的產(chǎn)品替代，在追求效率的同傳統(tǒng)制造業(yè)也需要很多 3D 打印產(chǎn)品，因?yàn)?3D 打印無(wú)論是在成本、速度和精確度上都要比傳統(tǒng)制造好很多。而 3D 打印技術(shù)本身非常適合大規(guī)模生產(chǎn)，所以制造業(yè)利用 3D 技術(shù)能帶來(lái)很多好處，甚至連質(zhì)量控制都不再是個(gè)問(wèn)題?？茖W(xué)研究大學(xué)的研究通過(guò)對(duì)化石進(jìn)行 3D 掃描，利用 3D 打印技術(shù)做出了適合研究的 3D 模型，不但保留了原化石所有的外在特征，同時(shí)還做了比例縮減，更適合研究。產(chǎn)品原型比如微軟的 3D 模型打印車間，在產(chǎn)品設(shè)計(jì)出來(lái)之后，通過(guò) 3D能夠讓設(shè)計(jì)制造部門更好的改良產(chǎn)品，打造出更出色的產(chǎn)品。保護(hù)打印出來(lái)模型，博物館里常常會(huì)用很多復(fù)雜的替代品來(lái)保護(hù)原始作品不受環(huán)境或意外事件的，同時(shí)品也能將藝術(shù)或的影響給的人。最近尼博物館就因?yàn)樵嫉乃挂旁诟ゼ醽喼菡褂[，所以博物館用了一個(gè)巨大的 3D 打印替代品放在了原來(lái)雕塑的位置。配件、飾品這是最廣闊的一個(gè)市場(chǎng)。在未來(lái)不管是你的個(gè)性筆筒，還是有你