3D打印技術(shù)與未來

3D打印技術(shù)與未來主講人：賀飛揚組員：萬自洋指導(dǎo)老師：付果喻小眀3D打印技術(shù)與未來.x2013年5月5日，25歲的德克薩斯大學(xué)法律系學(xué)生科迪·威爾森首次完全使用3D打印技術(shù)制造出一把手槍，并成功發(fā)射了子彈，隨后他把手槍的設(shè)計圖紙發(fā)布在自己的網(wǎng)站DEFCAD上，自從上傳3D打印手槍圖紙以來兩天，下載量就已超過10萬次。3D打印技術(shù)與未來.x3D打印技術(shù)與未來.x3D打印技術(shù)與未來.x來自美國舊金山的DivergentMicrofactories(DM)公司推出了世界上首款3D打印超級跑車“刀鋒(Blade)”。此外由于整車質(zhì)量很輕，整車質(zhì)量僅為1400磅(約合0.64噸)，從靜止加速到每小時60英里(96公里)僅用時兩秒，輕松躋身頂尖超跑行列。3D打印技術(shù)與未來.x創(chuàng)新高效快速3D打印技術(shù)3Dprintingtechnology3D打印技術(shù)與未來.x3D打印技術(shù)原理和材料3D技術(shù)應(yīng)用3D打印技術(shù)發(fā)展與阻礙目錄3D打印技術(shù)與未來.xSTEP13D打印原理和材料3D打印技術(shù)與未來.x一、原理：3D打印是利用設(shè)計產(chǎn)品的3D數(shù)據(jù)，采用分層、疊加成形的原理進行打印，其工藝流程一般可分為三維建模、數(shù)據(jù)分割、打印、后處理四步：三維建模分割三維數(shù)據(jù)成二維打印后處理3D打印技術(shù)與未來.x1、三維建模三維建模是3D打印的基礎(chǔ)，即在打印之前需在三維軟件中對所制作產(chǎn)品進行建模，因此3D打印需計算機輔助設(shè)計(CAD)技術(shù)的參與。建模過程可使用AutoCAD、Pro/e、Solidworks等主流軟件完成，需注意的是在整個建模過程中產(chǎn)品尺寸要準(zhǔn)確無誤，打印機是嚴(yán)格根據(jù)這些數(shù)據(jù)來控制產(chǎn)品最終外形的。3D打印技術(shù)與未來.x2、分割三維數(shù)據(jù)成二維數(shù)據(jù)在三維建模完成后，打印機將三維數(shù)據(jù)分割為二維數(shù)據(jù)，即把整個三維模型沿水平面“切割”成一定數(shù)量的二維薄片，對應(yīng)每一個薄片生成其平面尺寸數(shù)據(jù)。此過程是在打印機內(nèi)部完成的，切成薄片的數(shù)量是由制作材料及打印機自身決定的，理論上講，分割的層數(shù)越多(薄片數(shù)量越多)，將來打印出的產(chǎn)品尺寸也就越接近于原始設(shè)計數(shù)據(jù)。3D打印技術(shù)與未來.x3、打印現(xiàn)在的3D打印技術(shù)大家到百度上查一下都可以有一定的了解，大概就是運用堆積方法，或者是用激光燒結(jié)的方法。堆積方法：我知道的就是用塑料融化后，通過機器噴頭擠出絲，讓擠出的絲一層一層的疊加，最終達到成品的目的激光燒結(jié)法：我知道的激光燒結(jié)方法包括光敏樹脂燒結(jié)，和金屬燒結(jié)。其中光敏樹脂是液體狀態(tài)，用于受到光的作用讓其固化達到效果。而金屬是粉末狀態(tài)，然后用激光燒結(jié)后粘接在一起，實現(xiàn)成品的效果。3D打印技術(shù)與未來.x4、后處理

打印好的三維產(chǎn)品要經(jīng)過后處理才能出廠或使用，后處理工藝一般包括剝離、固化、修整、上色等。此類設(shè)備在運行時會先在產(chǎn)品底部噴出一定高度的底座來，然后在此基礎(chǔ)上打印正式產(chǎn)品，這樣做的好處是可避免因產(chǎn)品底部與工作臺直接接觸在剝離時而成的損壞，因此當(dāng)打印好后只需將此底座整個拿下并仔細與產(chǎn)品剝離即可。對于使用樹脂等材料加工的產(chǎn)品還需進行光固化，固化后在經(jīng)一定的細節(jié)修整和上色等工藝就可完成整個打印過程。

總的來說，其原理很簡單，每一層的打印過程分為兩步，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，且不易擴散。然后是噴灑一層均勻的粉末，粉末遇到膠水會迅速固化黏結(jié)，而沒有膠水的區(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，實體模型將會被打印成型。完成后，要處理掉物品周圍沾滿的粉末，這是可以循環(huán)利用的，再涂上增強硬度的膠水。3D打印技術(shù)與未來.xSTEP13D打印概況比較類別3D打印傳統(tǒng)打印打印材料工程塑料、樹脂或石膏粉末傳統(tǒng)的墨水和紙張空間三維空間二維空間時間較長，幾天時間較短，幾分鐘實物模型、工具文字和傳統(tǒng)打印技術(shù)比較3D打印機傳統(tǒng)打印機3D打印技術(shù)與未來.x二、主要打印材料ABS系列材料：ABS穩(wěn)定的材料特性，有助進行準(zhǔn)確的功能性測試；優(yōu)越的機械性能及熱性能材料，能夠制作貼近真實產(chǎn)品的3D原型；不同型號材料有不同性能指標(biāo)。光敏樹脂材料：性能和特點接近ABS材料的光敏樹脂，表面細節(jié)光滑細膩;世界上唯一能夠在一個單一的三維打印模型結(jié)合不同的成型材料添加劑層制造（軟硬膠結(jié)合、透明與不透明材料結(jié)合）。3D打印技術(shù)與未來.x蠟質(zhì)材料：噴蠟立體打印，表面光滑；蠟?zāi)Ｉa(chǎn)系統(tǒng)，用于精密鑄造，超越以前純模型制作與展示功能?？捎糜跇?biāo)準(zhǔn)熔模材料和鑄造工藝的熔模鑄造應(yīng)用，是制作珠寶、服飾、醫(yī)療器械、機械部件、雕塑、復(fù)制品、收藏品進行石蠟?zāi)Ｐ褪炶T造工藝。尼龍系列材料：以固體粉末材料直接成型三維實體零件，不受零件形狀復(fù)雜程度的限制，不需要任何的工裝模具，直接將CAD三維模型轉(zhuǎn)換為實體零件。具有杰出的機械性能和耐溫性能，常用于功能原型的制作。表面相對來講比較粗糙，但都能充分滿足設(shè)計師所要表達樣件功能驗證效果。高性能復(fù)合石膏材料：提供豐富顏色選項目，從64種基本色到無限延伸的顏色組合，滿足不同需求；表面相對來講比較粗糙，但都能滿足設(shè)計所要表達效果。非常適合制鞋、服裝、手袋、建筑模型、玩具設(shè)計外觀表現(xiàn)效果表達和3D照相館人像和個性化定制。3D打印技術(shù)與未來.x材料-taulman645Taulman3D日前宣布推出一款采用1.75mm尼龍聚合物的名為taulman645打印材料。taulman645具有非常高的強度，耐久性和優(yōu)異的粘連性。Taulman3D官方稱目前該款3D打印材料的成型效果甚至與金屬材料相媲美。3D打印技術(shù)與未來.x高強度超耐用的注塑材料3DSystems發(fā)布了最新的注塑材料VisiJetM3Black,這種新材料主要提供給ProJet3500/3510professional工業(yè)級3D打印機使用。VisiJetM3Black是目前3DSystems推出的最結(jié)實和最耐用的材料，它有點類似注塑的材料，能夠經(jīng)受嚴(yán)格的測試與使用。VisiJetM3Black非常適用于各種卡扣結(jié)構(gòu)和強度要求非常高的應(yīng)用場合。3D打印技術(shù)與未來.x新型彈性材料知名3D打印服務(wù)商Shapeways近日發(fā)明一種名為ElastoPlastic的新型彈性3D打印材料。其最大的特點是即使成型之后，仍然具有一定的柔韌性，支持外界用力擠壓、扭曲甚至是拉扯等，并且彈性十足，回彈效果十分出色。有趣的是，它還能夠防水，可以作為容納液體的容器使用。據(jù)悉這里材料支持3D激光打印機層層燒結(jié)成型。不過它并不耐火、高溫和不太適合制作細小的物件。目前它還處理測試階段。3D打印技術(shù)與未來.x材料-Laywood-D3德國Laywood-D3絲材是非常常用的打印材料，主要是由PLA和木粉混合制成的。打印出來的物件材質(zhì)手感很不錯，還帶有特殊的木質(zhì)香氣。材料硬度不高，容易變形，不適合需要承載高強度應(yīng)力的應(yīng)用。3D打印技術(shù)與未來.x超韌性材料巴黎時裝周上模特在T臺展示3D打印時裝，是由Materialise公司發(fā)明的一種新材料：TPU92A-1構(gòu)成，這種材料超強的物理性能。這種材料擁有非常好的彈性和韌性，能夠在受到高強外力的情況下快速恢復(fù)原來形狀。3D打印技術(shù)與未來.xSTEP23D打印應(yīng)用3D打印技術(shù)與未來.x美國一家兒科醫(yī)學(xué)中心利用3D打印技術(shù)成功制造出全球第一顆人類心臟，這顆用塑料打印出的心臟可以像正常人類心臟一樣正常跳動。外科醫(yī)生能夠利用3D打印心臟來練習(xí)復(fù)雜的手術(shù)。3D打印血管德國Fraunhoferinstitutes的跨學(xué)科研究小組宣布，解開了3D打印血管的奧秘。3D打印骨頭Open3DP創(chuàng)新小組向世界宣布3D打印在骨頭上的應(yīng)用。醫(yī)療3D打印技術(shù)與未來.x鞋子耐克推全球第一款3D打印足球鞋這項新技能的運用意味著耐克能夠在更短的時刻內(nèi)依據(jù)靴子的原型作出一些改動。并且這款靴子比曾經(jīng)的鞋子愈加輕盈且能減縮短跑時刻。紐拜倫利用3D打印技術(shù)制造的跑鞋3D打印技術(shù)與未來.x服飾3D打印的服裝類似橡膠的新型材料手鐲面飾白色尼龍制作出來的胸衣配飾、羽毛狀衣服3D打印技術(shù)與未來.x首款開源微縮模型游戲IllGottenGames團隊發(fā)明了PocketTactics（口袋戰(zhàn)術(shù)-首款用3D打印的開源微縮模型游戲。游戲包括了人物小雕像、小棋子、骰子-都可以從Thingiverse下載，然后用MakerBot打印。Tinkercad是一個基于網(wǎng)頁的CAD程序，用戶可以輕松地擴展和修改游戲。娛樂詭異

“X-Cube”魔方由丹麥學(xué)生克里斯蒂安森發(fā)明，魔方分為多個坐標(biāo)軸不同種拼接方式，一共有52個可以活動部件，102個小模塊組成，擁有的11次方組不同組合。在線定制Android公仔吉他3DSystems公司以GibsonLesPaul系列作為藍本的3D打印吉他的身軀3D打印技術(shù)與未來.x3D打印技術(shù)與未來.x3D打印技術(shù)與未來.xSTEP33D打印發(fā)展與阻礙3D打印技術(shù)與未來.xSTEP33D打印發(fā)展與阻礙

根據(jù)國際快速制造行業(yè)權(quán)威報告《Woh1erSReport2011》發(fā)布的調(diào)查結(jié)果，全球3D打印產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值在1988~201O年間保持著26．2％的年均增長速度。報告預(yù)期，3D打印產(chǎn)業(yè)未來仍將持續(xù)較快地增長，~12016年，包含設(shè)備制造和服務(wù)在內(nèi)的產(chǎn)業(yè)總產(chǎn)值將達N31億美元，2020年將達~152億美元。3D打印技術(shù)與未來.x

3D打印技術(shù)要進一步擴展其產(chǎn)業(yè)應(yīng)用空間，目前仍面臨著多方面的瓶頸和挑戰(zhàn)：一是成本方面，現(xiàn)有3D打印機造價仍普遍較為昂貴，給其進一步普及應(yīng)用帶來了困難。二是打印材料方面，目前3D打印的成型材料多采用化學(xué)聚合物，選擇的局限性較大，成型品的物理特性較差，而且安全方面也存在一定隱患。三是精度、速度和效率方面，目前3D打印成品的精度還不盡人意，打印效率還遠不適應(yīng)大規(guī)模生產(chǎn)的需求，而且受打印機工作原理的限制，打印精度與速度之間存在嚴(yán)重沖突。四是產(chǎn)業(yè)環(huán)境方面，3D打印技術(shù)的普及將使產(chǎn)品更容易被復(fù)制和擴散，知識產(chǎn)權(quán)將會受到擔(dān)憂，制造業(yè)面對的盜版風(fēng)