3D打印技術(shù)的應(yīng)用課件

3D打印技術(shù)的應(yīng)用13D打印技術(shù)的應(yīng)用15、衣食住行4、生物醫(yī)療3、文化產(chǎn)業(yè)2、建筑設(shè)計1、工業(yè)設(shè)計25、衣食住行4、生物醫(yī)療3、文化產(chǎn)業(yè)2、建筑設(shè)計1、工業(yè)設(shè)計

3D打印所具有的無模具、快速、自由成形的制造特點(diǎn)給工業(yè)產(chǎn)品的設(shè)計思想和制造方法帶來了翻天覆地的變化。工業(yè)設(shè)計33D打印所具有的無模具、快速、自由成形的制造特5、其它工業(yè)設(shè)計4、模具開發(fā)3、家用電器2、汽車制造1、航空航天工業(yè)設(shè)計45、其它工業(yè)設(shè)計4、模具開發(fā)3、家用電器2、汽車制造1、航空航空航天

航空航天產(chǎn)品要求長壽命、高可靠和能適應(yīng)各種環(huán)境、同時要滿足高強(qiáng)度、輕量化的要求，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，使得研發(fā)制造周期較長，3D打印技術(shù)所具有的無模、快速、自由成形的特點(diǎn)有望縮短航空航天產(chǎn)品的研發(fā)和生產(chǎn)周期。5航空航天航空航天產(chǎn)品要求長壽命、高可靠和能適應(yīng)航空航天航空航天飛行器模型和原型的快速一體化制造光固化快速成形飛機(jī)風(fēng)洞模型6航空航天航空航天飛行器模型和原型的快速一體化制造光固化快速成航空航天航空航天飛行器模型和原型的快速一體化制造面向空心渦輪葉片的陶瓷型芯型殼一體化制造方法某種型號航空空心渦輪葉片（西安交通大學(xué)）7航空航天航空航天飛行器模型和原型的快速一體化制造面向空心渦輪航空航天航空航天精密復(fù)雜零件的金屬直接成形激光近成形的葉片（美國Optomec公司）激光選區(qū)熔化制造的整體葉環(huán)（美國Morris公司）薄壁渦輪燃燒室零件（德國EOS公司）8航空航天航空航天精密復(fù)雜零件的金屬直接成形激光近成形的葉片激航空航天航空航天精密復(fù)雜零件的金屬直接成形帶筋壁板的優(yōu)化設(shè)計與制造：整體制造，減少裝配，提高安全性內(nèi)空結(jié)構(gòu)，節(jié)省材料與能耗，是實現(xiàn)綠色航空航天的新手段。9航空航天航空航天精密復(fù)雜零件的金屬直接成形帶筋壁板的優(yōu)化設(shè)計航空航天航空航天精密復(fù)雜零件的金屬直接成形高溫合金空心渦輪葉片樣件（西安交通大學(xué)）航天飛行器的激光近成形一體化制造樣件（西北工業(yè)大學(xué)）10航空航天航空航天精密復(fù)雜零件的金屬直接成形高溫合金空心渦輪葉航空航天航空航天精密復(fù)雜零件的金屬直接成形電子束選區(qū)熔化成形鈦合金渦輪盤及閉合葉輪（西北有色金屬研究院）Ti-Al基合金葉片及組織（西北有色金屬研究院）

11航空航天航空航天精密復(fù)雜零件的金屬直接成形電子束選區(qū)熔化成形航空航天航空航天精密復(fù)雜零件的金屬直接成形層板噴注器和鋁合金葉輪(西北工業(yè)大學(xué))

12航空航天航空航天精密復(fù)雜零件的金屬直接成形層板噴注器和鋁合金航空航天航空航天大型整體金屬結(jié)構(gòu)件激光近成形鈦合金整體加強(qiáng)框梁（Aeromet公司）激光近成形C919飛機(jī)中央翼肋緣條,（a）上緣條；（b）下緣條(西北工業(yè)大學(xué)）13航空航天航空航天大型整體金屬結(jié)構(gòu)件激光近成形鈦合金整體加強(qiáng)框航空航天航空航天金屬結(jié)構(gòu)件的激光成形修復(fù)使用激光成形再制造的鈦合金零件取代原來的鋁合金零件（美國AeroMet公司）(a)成形修復(fù)過程(b)修復(fù)后

發(fā)動機(jī)殼體激光成形修復(fù)（美國Optomec公司）14航空航天航空航天金屬結(jié)構(gòu)件的激光成形修復(fù)使用激光成形再制造的航空航天航空航天金屬結(jié)構(gòu)件的激光成形修復(fù)激光成形修復(fù)的誤加工或有缺陷零件：（a）高溫合金葉片；（b）鈦合金葉片；(c)鈦合金機(jī)匣（西北工業(yè)大學(xué)）15航空航天航空航天金屬結(jié)構(gòu)件的激光成形修復(fù)激光成形修復(fù)的誤加工5、其它工業(yè)設(shè)計4、模具開發(fā)3、家用電器2、汽車制造1、航空航天工業(yè)設(shè)計165、其它工業(yè)設(shè)計4、模具開發(fā)3、家用電器2、汽車制造1、航空汽車制造

3D打印技術(shù)所具有的高度柔性化、個性化的實體自由成形特點(diǎn)，及快速的所見即所得實景展現(xiàn)優(yōu)勢，使其在個性張揚(yáng)的汽車設(shè)計、研發(fā)和零件的快速制造中應(yīng)用日漸廣泛。17汽車制造3D打印技術(shù)所具有的高度柔性化、汽車制造3D打印汽車在車展上亮相汽車整車車身開發(fā)（西安交通大學(xué)）18汽車制造3D打印汽車在車展上亮相汽車整車車身開發(fā)1汽車制造某款城市越野車的車身及綜合檢具（西安交通大學(xué)）19汽車制造某款城市越野車的車身及綜合檢具（西安交通大學(xué)）19汽車制造整車及儀表盤、前后保險杠、發(fā)動機(jī)殼體的快速制造（西安交通大學(xué)）20汽車制造整車及儀表盤、前后保險杠、發(fā)動機(jī)殼體的快速制造（西安汽車制造激光選區(qū)燒結(jié)原型與精密鑄造結(jié)合得到的鋁合金摩托車零部件激光選區(qū)燒結(jié)原型與精密鑄造結(jié)合得到的鋁合金汽車零部件（華中科技大學(xué)）21汽車制造激光選區(qū)燒結(jié)原型與精密鑄造結(jié)合得到的鋁合金摩托車零部汽車制造（a）（b）（c）激光選區(qū)燒結(jié)整體制造的六缸柴油發(fā)動機(jī)缸蓋水套砂型和鑄件：（a）CAD模型；（b）砂型；（c）金屬鑄件（華中科技大學(xué)）22汽車制造（a）（b）（c）激光選區(qū)燒結(jié)整體制造的六缸柴油發(fā)動汽車制造SLM直接制造的免組裝萬向節(jié)(華南理工大學(xué))車輪懸架(EOS)汽車發(fā)動機(jī)油泵（ConceptLaser）23汽車制造SLM直接制造的免組裝萬向節(jié)(華南理工大學(xué))車輪懸5、其它工業(yè)設(shè)計4、模具開發(fā)3、家用電器2、汽車制造1、航空航天工業(yè)設(shè)計245、其它工業(yè)設(shè)計4、模具開發(fā)3、家用電器2、汽車制造1、航空家用電器3D打印技術(shù)能為家電企業(yè)提供新的制造方法、制作工藝，尤其是小批量、定制化的產(chǎn)品，開發(fā)周期和制作費(fèi)用大大降低。為企業(yè)升級轉(zhuǎn)型、提升競爭力提供了有力的支撐。同時，由于家電行業(yè)產(chǎn)品更新速度較快，增材制造技術(shù)為家電行業(yè)提供了新產(chǎn)品定型及檢測的新方法，通過增材制造技術(shù)能迅速縮短產(chǎn)品的研發(fā)周期，使企業(yè)在瞬息萬變的行業(yè)中占領(lǐng)市場。25家用電器3D打印技術(shù)能為家電企業(yè)提供新的制造方法家用電器采用光固化制造的家電產(chǎn)品殼體：(a)黃河機(jī)電25寸多媒體彩電前殼;(b)長虹DVD前面板;(c)阿爾卡特手機(jī)外殼26家用電器采用光固化制造的家電產(chǎn)品殼體：(a)黃河機(jī)電25寸家用電器采用激光選區(qū)熔化技術(shù)制造的復(fù)雜家電零部件：(a)復(fù)雜結(jié)構(gòu)的空調(diào)換熱器（EOS）(b)家電產(chǎn)品電子感應(yīng)器空調(diào)設(shè)計實例手板模型造型設(shè)計與制造（浙江余姚市某公司）27家用電器采用激光選區(qū)熔化技術(shù)制造的復(fù)雜家電零部件：(a)復(fù)5、其它工業(yè)設(shè)計4、模具開發(fā)3、家用電器2、汽車制造1、航空航天工業(yè)設(shè)計285、其它工業(yè)設(shè)計4、模具開發(fā)3、家用電器2、汽車制造1、航空模具開發(fā)

傳統(tǒng)模具制造工藝復(fù)雜、時間長、費(fèi)用高而影響了新產(chǎn)品對于市場的響應(yīng)速度。而傳統(tǒng)的快速模具（例如中低熔點(diǎn)合金模具、電鑄模、噴涂模具等）又由于工藝粗糙、精度低、壽命短，很難完全滿足用戶的要求。另外，為了提高模具的使用壽命并輔助成形工藝，往往需要設(shè)計復(fù)雜的內(nèi)部冷卻流道，傳統(tǒng)方法通常是鉆若干直孔，對于復(fù)雜結(jié)構(gòu)冷卻效果難以達(dá)到最優(yōu)，影響生產(chǎn)效率甚至引起零件變形。因此，應(yīng)用增材制造技術(shù)制造快速模具，在最終生產(chǎn)模具開模之前進(jìn)行產(chǎn)品的試制與小批量生產(chǎn)，可以大大提高產(chǎn)品開發(fā)的一次成功率，有效地節(jié)約開發(fā)時間和費(fèi)用。29模具開發(fā)傳統(tǒng)模具制造工藝復(fù)雜、時間長、費(fèi)用高而影模具開發(fā)等離子噴涂熔射技術(shù)得到的模具（華中科技大學(xué)）：(左)凹模；(右)凸模汽車方向盤電弧噴涂模具（左）與制件（右）（清華大學(xué)）30模具開發(fā)等離子噴涂熔射技術(shù)得到的模具（華中科技大學(xué)）：(左)模具開發(fā)汽車車門內(nèi)板Bi-Sn合金拉延模具凹模（左）與凸模（煙臺泰利公司）金屬噴涂得到的車型模具（西安交通大學(xué)）31模具開發(fā)汽車車門內(nèi)板Bi-Sn合金拉延模具凹模（左）與凸模模具開發(fā)鋁顆粒充填模具及玻璃纖維增強(qiáng)復(fù)合材料制件（美國3DSystems公司）金屬顆粒增強(qiáng)環(huán)氧樹脂換熱片模具及制品（清華大學(xué)）午線輪胎硅膠-陶瓷型橡膠模：(a)輪胎的LOM原型；(b)精密陶瓷型；(c)合金鑄鐵模具（清華大學(xué)）32模具開發(fā)鋁顆粒充填模具及玻璃纖維增強(qiáng)復(fù)合材料制件金屬顆粒增強(qiáng)模具開發(fā)航天飛行器的激光近成形一體化制造樣件（西北工業(yè)大學(xué)）SLS制造的砂芯及鑄件（德國EOS公司）帶有隨形冷卻水道的注塑模具型芯（華中科技大學(xué)）33模具開發(fā)航天飛行器的激光近成形一體化制造樣件（西北工業(yè)大學(xué)）３D

Systems和EOS制造具有隨形冷卻流道模具的案例：（ａ）3DSystems制造的注塑模具（ｂ）EOS制造的高爾夫球模具。34３DSystems和EOS制造具有隨形冷卻流道模具的案例：隨形冷卻流道設(shè)計與冷卻效果模擬EOS模具應(yīng)用效果：冷卻周期從24s減少到7s，縮短68%以上；平均注射溫度從95℃將至68℃，溫度梯度由12℃減少到4℃；缺陷率由60%將至0%；制造效率增加為3件/分鐘。35隨形冷卻流道設(shè)計與冷卻效果模擬EOS模具應(yīng)用效果：355、其它工業(yè)設(shè)計4、模具開發(fā)3、家用電器2、汽車制造1、航空航天工業(yè)設(shè)計365、其它工業(yè)設(shè)計4、模具開發(fā)3、家用電器2、汽車制造1、航空其它工業(yè)設(shè)計SLM直接制造的自由曲面耦合設(shè)計的齒輪手機(jī)外殼造型設(shè)計（引自玩機(jī)Dang）SLM直接制造的扳手尼龍3D打印自行車（引自互動百科）37其它工業(yè)設(shè)計SLM直接制造的自由曲面耦合設(shè)計的齒輪手機(jī)外殼造5、衣食住行4、生物醫(yī)療3、文化產(chǎn)業(yè)2、建筑設(shè)計1、工業(yè)設(shè)計385、衣食住行4、生物醫(yī)療3、文化產(chǎn)業(yè)2、建筑設(shè)計1、工業(yè)設(shè)計建筑模型通常由手工雕塑，精度差強(qiáng)人意，無法完整表達(dá)設(shè)計師思想。3D打印技術(shù)可很快地、準(zhǔn)確地建筑設(shè)計師的設(shè)計理念轉(zhuǎn)為看得見、摸得著的建筑模型，使得建筑設(shè)計的表現(xiàn)更為具化和直接。建筑設(shè)計39建筑模型通常由手工雕塑，精度差強(qiáng)人意，無法完整建筑設(shè)計發(fā)電站水庫大壩模型PietMeijs制造的建筑模型（引自O(shè)bjet公司）增材制造制作的實物模型建筑模型的附屬模型建筑設(shè)計模型40建筑設(shè)計發(fā)電站水庫大壩模型PietMeijs制造的建筑模型建筑設(shè)計造型展示西安大雁塔增材制造縮放實物模型用于裝飾的附屬模型彩色建筑模型（引自Zprinter）41建筑設(shè)計造型展示西安大雁塔增材制造縮放實物模型用于裝飾的附屬重塑建筑業(yè)夢中之屋（iMaterialise公司）3D數(shù)字場館模型（瑞典創(chuàng)新工作室WEDO）

人們使用藍(lán)圖來對新的建筑項目進(jìn)行可視化，有了3D打印設(shè)備，房主可以打印出色彩飽滿的立體新家。而使用3D打印技術(shù)，具有高度細(xì)節(jié)的3D建筑模型被成功打印，虛擬實現(xiàn)的每一個細(xì)節(jié)都將會在實物模型中完美體現(xiàn)。建筑設(shè)計42重塑建筑業(yè)夢中之屋（iMaterialise公司）3D數(shù)字場建筑設(shè)計NASA用蜘蛛3D打印機(jī)微波打印出首個月球基地StoneSprayProject:把沙子變成3D打印建筑的機(jī)器人43建筑設(shè)計NASA用蜘蛛3D打印機(jī)微波打印出首個月球基地Sto建筑設(shè)計輪廓工藝（南加州大學(xué)）44建筑設(shè)計輪廓工藝（南加州大學(xué)）445、衣食住行4、生物醫(yī)療3、文化產(chǎn)業(yè)2、建筑設(shè)計1、工業(yè)設(shè)計455、衣食住行4、生物醫(yī)療3、文化產(chǎn)業(yè)2、建筑設(shè)計1、工業(yè)設(shè)計文化產(chǎn)業(yè)文化創(chuàng)意

3D打印技術(shù)是文化創(chuàng)意產(chǎn)業(yè)廣泛應(yīng)用的基礎(chǔ)性、戰(zhàn)略性工具技術(shù)。包括工程設(shè)計、模具設(shè)計、數(shù)控編程、仿真分析、虛擬現(xiàn)實、展覽展示、影視動漫、地產(chǎn)宣傳片、3D立體畫、電子樓書、教育訓(xùn)練等機(jī)器人模型（北京殷華公司）為倫敦奧運(yùn)會制作的倫敦馬球圖微縮禮品模型《哈利波特與死亡圣器》中的魔法圣器飾品46文化產(chǎn)業(yè)文化創(chuàng)意3D打印技術(shù)是文化創(chuàng)意產(chǎn)業(yè)廣文化產(chǎn)業(yè)工藝美術(shù)品

工藝美術(shù)的靈感來源于人類的生產(chǎn)實踐，反映了時代的先進(jìn)制造技術(shù)水平。中國龍藝術(shù)品（深圳禮品公司）3D陶瓷花瓶（引自Sculpteo）印章模型猛獸燈（北京工業(yè)設(shè)計促進(jìn)中心）47文化產(chǎn)業(yè)工藝美術(shù)品工藝美術(shù)的靈感來源于人類的文化產(chǎn)業(yè)樂器3D打印制造的鋼琴3D打印的二胡演奏3D打印制造的爵士鼓48文化產(chǎn)業(yè)樂器3D打印制造的鋼琴3D打印的二胡演奏3D打印制文化產(chǎn)業(yè)文物重塑電影中的獸首復(fù)制雕塑重塑北齊石獅子模型（引自百度圖片）49文化產(chǎn)業(yè)文物重塑電影中的獸首復(fù)制雕塑重塑北齊石獅子模型（引5、衣食住行4、生物醫(yī)療3、文化產(chǎn)業(yè)2、建筑設(shè)計1、工業(yè)設(shè)計505、衣食住行4、生物醫(yī)療3、文化產(chǎn)業(yè)2、建筑設(shè)計1、工業(yè)設(shè)計生物醫(yī)療體外醫(yī)療模型和醫(yī)療器械的制造

基于生物醫(yī)學(xué)圖像（如CT、MRI等）的生物三維建模，然后轉(zhuǎn)化為個性化的生物體外模型，應(yīng)用于外科整形、手術(shù)規(guī)劃和個性化假肢設(shè)計等領(lǐng)域。體外齒科頭骨模型（清華大學(xué)）熔融沉積制造的患者骨盆模型（北京殷華公司）51生物醫(yī)療體外醫(yī)療模型和醫(yī)療器械的制造基于生物醫(yī)學(xué)生物醫(yī)療體外醫(yī)療模型和醫(yī)療器械的制造我國首例完成的人工仿生骨盆修復(fù)術(shù)（清華大學(xué)）(a)CAD模型；(b)RP模型；(c)鈦合金植入體；(d)手術(shù)完成后的X光照片激光選區(qū)熔化個性化制造股骨上部腫瘤切除術(shù)手術(shù)模板（華南理工大學(xué)）52生物醫(yī)療體外醫(yī)療模型和醫(yī)療器械的制造我國首例完成的人工仿生骨生物醫(yī)療永久植入物的制造

因所制造產(chǎn)品需要植入體內(nèi)發(fā)揮功能，所以對使用的材料要求必須具有良好的生物相容性，并不要求在體內(nèi)環(huán)境中降解。典型應(yīng)用有鈦合金假體定制、人工骨、非降解骨釘、人工外耳、個性化種植牙等。耳軟骨支架（相容、不降解材料）制造工藝（清華大學(xué)）(a)CT掃描與建模；(b)成形耳軟骨支架（FDM工藝成形）；(c)體內(nèi)植入（鼠背部）53生物醫(yī)療永久植入物的制造因所制造產(chǎn)品需要植入體生物醫(yī)療永久植入物的制造Arcam公司制作的鈦合金關(guān)節(jié)窩器件及人工頭蓋骨補(bǔ)片

SLM制造鈷鉻合金義齒（德國EOS公司）54生物醫(yī)療永久植入物的制造Arcam公司制作的鈦合金關(guān)節(jié)窩器生物醫(yī)療組織工程支架的制造

基于增材制造的生物活性骨/軟骨支架（西安交通大學(xué)）(a)水凝膠軟骨支架(b)軟骨/骨支架(c)骨/軟骨修復(fù)

多分支、多層結(jié)構(gòu)組織工程血管支架及犬腹主動脈植入6個月結(jié)果

55生物醫(yī)療組織工程支架的制造基于增材制造的生物活性骨/軟骨生物醫(yī)療組織工程支架的制造人工肝組織支架微管道系統(tǒng)仿生設(shè)計與制造

血管及肝組織在仿生支架的微結(jié)構(gòu)內(nèi)的生長情況

56生物醫(yī)療組織工程支架的制造人工肝組織支架微管道系統(tǒng)仿生設(shè)計與生物醫(yī)療3D直接細(xì)胞打印細(xì)胞組裝機(jī)（右）及其成形的肝細(xì)胞結(jié)構(gòu)體（左）（清華大學(xué)）

三維細(xì)胞受控組裝設(shè)備——多細(xì)胞組裝機(jī)

57生物醫(yī)療3D直接細(xì)胞打印細(xì)胞組裝機(jī)（右）及其成形的肝細(xì)胞結(jié)構(gòu)生物醫(yī)療3D直接細(xì)胞打印激光引導(dǎo)細(xì)胞直寫（美國Minnesota大學(xué)）

立體光固化細(xì)胞打印（美國Clemson大學(xué)）

58生物醫(yī)療3D直接細(xì)胞打印激光引導(dǎo)細(xì)胞直寫（美國Minneso5、衣食住行4、生物醫(yī)療3、文化產(chǎn)業(yè)2、建筑設(shè)計1、工業(yè)設(shè)計595、衣食住行4、生物醫(yī)療3、文化產(chǎn)業(yè)2、建筑設(shè)計1、工業(yè)設(shè)計衣食住行個性化服飾

3D打印制造新款鞋、服飾等，設(shè)計師可在幾個小時內(nèi)做出原型，而不是以往的數(shù)月之久。3D打印新奇的晚禮服60衣食住行個性化服飾3D打印制造新款鞋、服飾等，衣食住行個性化服飾

3D打印制造新款鞋、服飾等，設(shè)計師可在幾個小時內(nèi)做出原型，而不是以往的數(shù)月之久。個性化手套