3D打印增材制造技術(shù)

3D打?。ㄔ霾闹圃欤?-----現(xiàn)在與未來什么是3D打?。?D打印，即快速成形技術(shù)，它是一種以數(shù)字模型文件為基礎(chǔ)，運(yùn)用粉末狀金屬或塑料等可粘合材料，通過逐層打印的方式來構(gòu)造物體的技術(shù)。過去其常在模具制造、工業(yè)設(shè)計(jì)等領(lǐng)域被用于制造模型，現(xiàn)正逐漸用于一些產(chǎn)品的直接制造，意味著這項(xiàng)技術(shù)正在普及。

《經(jīng)濟(jì)學(xué)人》雜志曾評(píng)價(jià)：“偉大發(fā)明所能帶來的影響，在當(dāng)時(shí)那個(gè)年代都是難以預(yù)測(cè)的，1750年的蒸汽機(jī)如此，1450年的印刷術(shù)如此，1950年的晶體管也是如此。而今，我們?nèi)匀粺o法預(yù)測(cè)，3D打印將在漫長的時(shí)光里如何改變這個(gè)世界。”3D打印現(xiàn)有關(guān)鍵工藝要有先進(jìn)的設(shè)計(jì)軟件及數(shù)字化工具打印設(shè)備必須高精度、高穩(wěn)定性原材料必須能夠液化、粉末化、絲化3D打印技術(shù)需要依托多個(gè)學(xué)科領(lǐng)域的尖端技術(shù)，主要包括以下方面：

信息技術(shù)精密機(jī)械材料科學(xué)3D打印主要優(yōu)勢(shì)制造復(fù)雜物品（目前已顯現(xiàn)）產(chǎn)品多樣化不增加成本生產(chǎn)周期短（最大的優(yōu)點(diǎn)）零技能制造（不需要特殊技能）不占空間、便攜制造（戰(zhàn)場(chǎng)、災(zāi)區(qū)）節(jié)省材料（相對(duì)于傳統(tǒng)加工方式）主要內(nèi)容一、原理與方法二、發(fā)展現(xiàn)狀三、應(yīng)用研究四、研究發(fā)展五、發(fā)展趨勢(shì)六、未來暢想莫比烏斯帶

一、原理與方法一、原理與方法3D打印---為什么能夠制造快速復(fù)雜結(jié)構(gòu)O、原理與方法3D打印---過程一、原理與方法工藝方法的大變革ΔM＜0（減材）材料去除（車、銑、磨）ΔM＝0（等材）材料成形（鑄、鍛、焊）ΔM＞0（增材）材料累加（3D打印、快速成型、快速制造、復(fù)材鋪層工藝）信息化制造的代表全數(shù)字化制造全柔性制造：任意形狀與內(nèi)部結(jié)構(gòu)控形控性：材料與外形一體化高度自動(dòng)化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化一、原理與方法增材制造（AdditiveManufacturing，AM）ASTM（美國材料與試驗(yàn)協(xié)會(huì)）定義：三維CAD數(shù)據(jù)自動(dòng)化分層連接材料制造物體。技術(shù)名稱的變化材料累加制造MaterialIncreseManufacturing快速原型技術(shù)RapidPrototyping,RP分層制造LayeredManufacturing1990年代2000年代2010年代增材制造

AdditiveManufacturing3D打印3DPrinting快速成形制造RapidPrototyping&Manufacturing自由實(shí)體制造SolidFree-formFabrication一、原理與方法增材制造工藝過程示意圖一、原理與方法3D打印機(jī)一、原理與方法3D打印機(jī)--多種工藝方法激光固化（SL）-紫外光熔絲堆積（FDM）-電熱選擇燒結(jié)（SLS）-CO2，固體激光器3D打?。?DP）-粘接劑粘接金屬直接成形：金屬粉、絲激光（CO2、固體、光纖激光器）電子束、離子束、電弧材料與工藝特點(diǎn)劃分一、原理與方法主要工藝方法光固法：SL—Stereolithography材料：光固化樹脂特點(diǎn)：精度高價(jià)格：高光固化法簡介光固化成型工藝過程原理圖光固化法簡介光固化法簡介因?yàn)闃渲牧系母哒承?，在每層固化之后，液面很難在短時(shí)間內(nèi)迅速流平，這將會(huì)影響實(shí)體的精度。采用刮板刮切后，所需數(shù)量的樹脂便會(huì)被十分均勻地凃敷在上一疊層上，這樣經(jīng)過激光固化后可以得到較好的精度，使產(chǎn)品表面更加光滑和平整。

光固化法簡介吸附式涂層結(jié)構(gòu)光固化法簡介

成型過程自動(dòng)化程度高光固化成型技術(shù)的特點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：

尺寸精度高SLA系統(tǒng)非常穩(wěn)定，加工開始后，成型過程可以完全自動(dòng)化，直至原型制作完成。SLA原型的尺寸精度可以達(dá)到±0.1mm。

優(yōu)良的表面質(zhì)量雖然在每層固化時(shí)側(cè)面及曲面可能出現(xiàn)臺(tái)階，但上表面仍可得到玻璃狀的效果。

可以制作結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜的模型

可以直接制作面向熔模精密鑄造的具有中空結(jié)構(gòu)的消失型光固化法簡介

制件易變形缺點(diǎn)：

設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)及維護(hù)成本較高液態(tài)樹脂材料和激光器的價(jià)格較高

使用的材料較少目前可用的材料主要為感光性的液態(tài)樹脂材料

液態(tài)樹脂有氣味和毒性，并且需要避光保護(hù)，以防止提前發(fā)生聚合反應(yīng)，選擇時(shí)有局限性。成型過程中材料發(fā)生物理和化學(xué)變化

需要二次固化經(jīng)快速成型系統(tǒng)光固化后的原型樹脂并未完全被激光固化。

較脆，易斷裂性能尚不如常用的工業(yè)塑料光固化法簡介光固化快速原型的工藝過程：光固化快速原型的制作一般可以分為前處理、原型制作和后處理三個(gè)階段。光固化法簡介a)CAD三維原始模型

b)CAD模型的STL數(shù)據(jù)模型

c)模型的擺放方位

d)模型施加支撐

光固化快速原型前處理光固化法簡介光固化成型的支撐結(jié)構(gòu)光固化法簡介主要工藝方法疊層法：LOM—LaminatedObjectManufacturing沒落的快速成型工藝材料：紙、塑料特點(diǎn)：精度低價(jià)格：高（退出市場(chǎng)）疊層法簡介主要工藝方法熔融沉積法：FDM(FusedDepositionModeling)材料：熱塑性塑料特點(diǎn)：精度低價(jià)格：低熔融沉積法簡介熔融沉積工藝的基本原理

熔融沉積又叫熔絲沉積，它是將絲狀的熱熔性材料加熱熔化，通過帶有一個(gè)微細(xì)噴嘴的噴頭擠噴出來。噴頭可沿著X軸方向移動(dòng)，而工作臺(tái)則沿Y軸方向移動(dòng)。如果熱熔性材料的溫度始終稍高于固化溫度，而成型部分的溫度稍低于固化溫度，就能保證熱熔性材料擠噴出噴嘴后，隨即與前一層面熔結(jié)在一起。一個(gè)層面沉積完成后，工作臺(tái)按預(yù)定的增量下降一個(gè)層的厚度，再繼續(xù)熔噴沉積，直至完成整個(gè)實(shí)體造型。熔融沉積法簡介熔融沉積法簡介主要工藝方法激光選區(qū)燒結(jié)法：SLS—SelectiveLaserSintering材料：塑料、砂、金屬特點(diǎn)：精度低價(jià)格：高激光選區(qū)燒結(jié)法簡介激光選區(qū)燒結(jié)法簡介主要增材制造工藝三維噴射法，又稱三維印刷(3DP)（狹義）－高速多彩的快速成型工藝材料：塑料、陶瓷特點(diǎn)：精度低價(jià)格：低三維印刷(3DP)工藝是美國麻省理工學(xué)院EmanualSachs等人研制的。3DP工藝與SLS工藝類似，采用粉末材料成形，如陶瓷粉末，金屬粉末。所不同的是材料粉末不是通過燒結(jié)連接起來的，而是通過噴頭用粘接劑(如硅膠)將零件的截面“印刷”在材料粉末上面。用粘接劑粘接的零件強(qiáng)度較低，還須后處理。具體工藝過程如下：上一層粘結(jié)完畢后，成型缸下降一個(gè)距離（等于層厚：0.013～0.1mm）,供粉缸上升一高度，推出若干粉末，并被鋪粉輥推到成型缸，鋪平并被壓實(shí)。噴頭在計(jì)算機(jī)控制下，按下一建造截面的成形數(shù)據(jù)有選擇地噴射粘結(jié)劑建造層面。鋪粉輥鋪粉時(shí)多余的粉末被集粉裝置收集。如此周而復(fù)始地送粉、鋪粉和噴射粘結(jié)劑，最終完成一個(gè)三維粉體的粘結(jié)。未被噴射粘結(jié)劑的地方為干粉，在成形過程中起支撐作用，且成形結(jié)束后，比較容易去除。制作大型鑄件的快速成型工藝無模鑄型制造技術(shù)（PCM，PatternlessCastingManufacturing）是由清華大學(xué)激光快速成形中心開發(fā)研制。該將快速成形技術(shù)應(yīng)用到傳統(tǒng)的樹脂砂鑄造工藝中來。首先從零件CAD模型得到鑄型CAD模型。由鑄型CAD模型的STL文件分層，得到截面輪廓信息，再以層面信息產(chǎn)生控制信息。造型時(shí)，第一個(gè)噴頭在每層鋪好的型砂上由計(jì)算機(jī)控制精確地噴射粘接劑，第二個(gè)噴頭再沿同樣的路徑噴射催化劑，兩者發(fā)生膠聯(lián)反應(yīng)，一層層固化型砂而堆積成形。粘接劑和催化劑共同作用的地方型砂被固化在一起，其他地方型砂仍為顆粒態(tài)。固化完一層后再粘接下一層，所有的層粘接完之后就得到一個(gè)空間實(shí)體。O、原理與方法金屬燒結(jié)：材料：金屬粉特點(diǎn)：精度較高

尺寸小價(jià)格：高一、原理與方法金屬熔覆材料：金屬粉特點(diǎn)：精度較高

尺寸大價(jià)格：高一、原理與方法電子束成形：材料：金屬粉特點(diǎn)：精度較高

效率高

尺寸小價(jià)格：很高概念驗(yàn)證和呈現(xiàn)工業(yè)設(shè)計(jì)交易會(huì)/展覽會(huì)投標(biāo)組合包裝設(shè)計(jì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)驗(yàn)證和測(cè)試設(shè)計(jì)驗(yàn)證/分析反復(fù)設(shè)計(jì)和優(yōu)化成型、裝配和功能性測(cè)試生產(chǎn)與制造直接制造金屬零件制造陶瓷或復(fù)合材料零件制模和二次操作熱成型砂型鑄造金屬鍍層EDM加工小批量生產(chǎn)、大批量生產(chǎn)失蠟鑄造吹塑制模塑料擠塑環(huán)氧制模主要應(yīng)用一、原理與方法可能引發(fā)生產(chǎn)方式和社會(huì)生活變革適應(yīng)個(gè)性化產(chǎn)品趨勢(shì)將一個(gè)車間簡化為一個(gè)設(shè)備中國未來競爭的出路富士康公司---產(chǎn)業(yè)特點(diǎn)不開放產(chǎn)品代工生產(chǎn)利潤來源：降低成本負(fù)面問題：勞工利益中國企業(yè)發(fā)展普遍模式能持續(xù)下去嗎？出路---自主研發(fā)產(chǎn)品二、發(fā)展現(xiàn)狀3D打印技術(shù)發(fā)展及廠商3D打印技術(shù)發(fā)展及廠商3D打印技術(shù)發(fā)展及廠商3D打印技術(shù)發(fā)展及廠商3D打印技術(shù)發(fā)展及廠商3D打印技術(shù)發(fā)展及廠商3D打印技術(shù)發(fā)展及廠商3D打印技術(shù)發(fā)展及廠商3D打印技術(shù)發(fā)展及廠商3D打印技術(shù)發(fā)展及廠商3D打印技術(shù)發(fā)展及廠商3D打印技術(shù)發(fā)展及廠商3D打印技術(shù)發(fā)展及廠商3D打印技術(shù)發(fā)展及廠商3D打印技術(shù)發(fā)展及廠商3D打印技術(shù)發(fā)展及廠商二、發(fā)展?fàn)顩r行業(yè)發(fā)展報(bào)告二、發(fā)展?fàn)顩r行業(yè)發(fā)展報(bào)告WohlersReport—國際增材制造行業(yè)發(fā)展報(bào)告2013年全球直接產(chǎn)值--30億美元2013年增長率34.9%特點(diǎn)：服務(wù)超過設(shè)備產(chǎn)值二、發(fā)展?fàn)顩r全球發(fā)展歷年發(fā)展發(fā)展預(yù)測(cè)：2021年—預(yù)計(jì)100多億美元設(shè)備服務(wù)

USD（Million)二、發(fā)展?fàn)顩r技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域---2013年報(bào)告消費(fèi)商品和電子：23.7%→20.3%→21.8%航空器：9.9%→12.1%→10.2%醫(yī)學(xué)：：13.6%→15.1%→16.4%車輛飛行器工業(yè)/商用機(jī)器消費(fèi)電子產(chǎn)品醫(yī)療/口腔醫(yī)學(xué)學(xué)術(shù)研究政府/軍事建筑其他二、發(fā)展?fàn)顩r

應(yīng)用功能直接生產(chǎn)零件：14.9%→19.2%→28.1%展示模型功能模型裝配實(shí)驗(yàn)視覺教具其他研究教育直接生產(chǎn)零件模具零件鑄造模型模具原型增材制造設(shè)備的數(shù)量比例一定程度上表現(xiàn)了國家的經(jīng)濟(jì)活力與創(chuàng)新能力中國

6.5%→8.6%美國41.1%→38.3%

二、發(fā)展現(xiàn)狀1988－2011主要國家與地區(qū)的AM設(shè)備量二、發(fā)展現(xiàn)狀最新發(fā)展個(gè)人三維打印機(jī)2011年增長290%二、發(fā)展現(xiàn)狀日常生活與日常生活結(jié)合創(chuàng)新更加簡單人人可以做到二、發(fā)展現(xiàn)狀日常生活新技術(shù)融入日常生活二、發(fā)展現(xiàn)狀日常生活二、發(fā)展現(xiàn)狀設(shè)備小型化低成本工業(yè)品向消費(fèi)品發(fā)展二、發(fā)展現(xiàn)狀產(chǎn)品創(chuàng)新二、發(fā)展現(xiàn)狀產(chǎn)品創(chuàng)新二、發(fā)展現(xiàn)狀醫(yī)療領(lǐng)域一、發(fā)展現(xiàn)狀金屬零件二、發(fā)展現(xiàn)狀

科發(fā)與服務(wù)基地快速成形應(yīng)用服務(wù)中心－2000年西安交通大學(xué)－西北生產(chǎn)力促進(jìn)中心華中科技大學(xué)－武漢生產(chǎn)力促進(jìn)中心全國個(gè)省市服務(wù)中心寧波溫州河南新疆深圳貴州二、發(fā)展現(xiàn)狀寧波合創(chuàng)服務(wù)中心產(chǎn)品開發(fā)周期時(shí)間縮短1/3～1/10費(fèi)用比傳統(tǒng)方法節(jié)約30%～50%已服務(wù)當(dāng)?shù)仄髽I(yè)800余家，服務(wù)百強(qiáng)企業(yè)80余家，共計(jì)做件12萬多件，其中服務(wù)：二、發(fā)展現(xiàn)狀

問題企業(yè)應(yīng)用應(yīng)用面窄大型企業(yè)：逐漸增加運(yùn)用汽車企業(yè)，航空企業(yè)中小企業(yè)：應(yīng)用程度高南方企業(yè)：活躍技術(shù)發(fā)展新技術(shù)與新產(chǎn)品不足3DPrinter2005年：增長35%高性能制件與材料金屬直接成型精度與材質(zhì)二、發(fā)展現(xiàn)狀

研發(fā)基地西安交通大學(xué)制造系統(tǒng)工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室快速制造國家工程研究中心華中科技大學(xué)材料成形與模具技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 清華大學(xué)先進(jìn)成形制造教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室北京隆源公司北京航空航天大學(xué)－金屬直接制造西北工業(yè)大學(xué)－金屬直接制造湖南華曙高科二、發(fā)展現(xiàn)狀

我們工作應(yīng)用發(fā)展－高附加值應(yīng)用復(fù)雜零件制造－發(fā)動(dòng)機(jī)空冷葉片生物醫(yī)療航空領(lǐng)域－飛機(jī)風(fēng)洞模型研究發(fā)展－新技術(shù)低成本－LED金屬直接成形陶瓷材料成形復(fù)合材料成形研究應(yīng)用三、應(yīng)用研究3D打印技術(shù)的研究方向快速鑄造生物醫(yī)療風(fēng)洞模型3D打印技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域3D打印技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域3D打印應(yīng)用領(lǐng)域工業(yè)制造：產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)、原型制作、產(chǎn)品評(píng)審、功能驗(yàn)證；制作模具原型或直接打印模具，直接打印產(chǎn)品。3D打印的小型無人飛機(jī)、小型汽車等概念產(chǎn)品已問世。3D打印的家用器具模型，也被用于企業(yè)的宣傳、營銷活動(dòng)中。文化創(chuàng)意和數(shù)碼娛樂：形狀和結(jié)構(gòu)復(fù)雜、材料特殊的藝術(shù)表達(dá)載體?？苹妙愲娪啊栋⒎策_(dá)》運(yùn)用3D打印塑造了部分角色和道具，3D打印的小提琴接近了手工藝的水平。航空航天、國防軍工：復(fù)雜形狀、尺寸微細(xì)、特殊性能的零部件、機(jī)構(gòu)的直接制造。生物醫(yī)療：人造骨骼、牙齒、助聽器、假肢等。消費(fèi)品：珠寶、服飾、鞋類、玩具、創(chuàng)意DIY作品的設(shè)計(jì)和制造。建筑工程：建筑模型風(fēng)動(dòng)試驗(yàn)和效果展示，建筑工程和施工（AEC）模擬。教育：模型驗(yàn)證科學(xué)假設(shè)，用于不同學(xué)科實(shí)驗(yàn)、教學(xué)。在北美的一些中學(xué)、普通高校和軍事院校，3D打印機(jī)已經(jīng)被用于教學(xué)和科研。個(gè)性化定制：基于網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)下載、電子商務(wù)的個(gè)性化打印定制服務(wù)。3D打印技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域3D打印部分實(shí)例3D打印技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域3D打印部分實(shí)例3D打印技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域3D打印應(yīng)用實(shí)例——槍支威斯康星州工程師、業(yè)余槍械師邁克爾·格斯林克(MichaelGuslick)日前使用Stratasys3D打印機(jī)以及從網(wǎng)絡(luò)上下載的設(shè)計(jì)圖，成功打印出了AR-15步槍的下機(jī)匣，并把它變成了一支槍，他還在博客上對(duì)此進(jìn)行了分享。3D打印技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域3D打印應(yīng)用實(shí)例——賽車比利時(shí)的16名工程師利用3D打印機(jī)制造了一輛全尺寸賽車，名為“阿里翁”，時(shí)速從零提升至60英里(約合每小時(shí)96公里)只需要短短4秒鐘，最高時(shí)速可達(dá)到141公里。在德國的霍根海姆賽道，這輛3D打印賽車成功完成測(cè)試。3D打印技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域3D打印應(yīng)用實(shí)例——胎兒模型日本公司Fasotec和HirooLadies診所合作推出了胎兒3D打印服務(wù)“天使的形狀”，可通過母親軀干的CT或MRI掃描圖打印出胎兒的3D樹脂模型。打印這個(gè)大約7盎司(約200克)重的3D模型，大約需要支付10萬日元(約8100元)。3D打印技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域3D打印應(yīng)用實(shí)例——建筑模型建筑/土木工程/結(jié)構(gòu)領(lǐng)域使用ZCorp3D打印技術(shù)

使用3D打印的模型部件作為設(shè)計(jì)過程的一個(gè)步驟：

a.早期概念模型

b.城市景觀

c.復(fù)雜建筑外嵌和內(nèi)陷的研究學(xué)習(xí)

d.增強(qiáng)設(shè)計(jì)者與客戶之間的交流世界上首款3D打印比基尼。內(nèi)衣輪廓由彼此相連的圓形貼片“編織”而成，最薄處僅為0.7毫米。由于采用了尼龍12材料，質(zhì)地非常柔軟而且不易破裂。據(jù)制造者稱，這款內(nèi)衣在浸濕之后穿戴起來非常清爽舒服。3D打印技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域3D打印應(yīng)用實(shí)例——服飾荷蘭設(shè)計(jì)師愛麗絲

赫本（Iris

Van

Herpen）使用3D打印機(jī)來為比約克和Lady

GaGa進(jìn)行時(shí)尚設(shè)計(jì)。Freedom

OfCreation公司和NaimJosefi公司使用3D打印機(jī)制作的華麗高跟鞋，能讓凱莉?布拉德心動(dòng)不已。ContinuumFashion使用MakerBot公司的Replicator打印機(jī)創(chuàng)造了第一款3D打印版比基尼和眼鏡，成為2012年時(shí)裝周上的佳話。3D打印應(yīng)用實(shí)例——醫(yī)用3D打印技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域隱適美牙箍的制造商Align

Technology公司，基于已掃描的牙齒數(shù)據(jù)，使用3D打印機(jī)打印牙齒矯正工具，營業(yè)額接近5億美元。和傳統(tǒng)的戴金屬牙箍不同，這種方式是打印出一系列稍微不同的透明牙箍，而且解決了以往微笑時(shí)露出金屬牙箍的問題。3D打印版的關(guān)節(jié)和骨頭現(xiàn)在正在幫助大約三萬名病人正常行走，而一千萬人正使用3D打印版適合自己的助聽器，在不遠(yuǎn)的將來，3D打印機(jī)還可以打印藥物處方。3D打印——航空領(lǐng)域3D打印技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域這個(gè)飛機(jī)是由美國弗吉尼亞大學(xué)工程系學(xué)生研制的，它的機(jī)翼寬6.5英尺，是由打印零件裝配構(gòu)成。今年8月和9月初，研究小組在弗吉尼亞州米爾頓機(jī)場(chǎng)附近進(jìn)行了4次飛行測(cè)試，這是迄今第三架用于建造飛行的3D打印飛機(jī)，巡航速度可達(dá)到45英里/小時(shí)。美國弗吉尼亞大學(xué)工程師大衛(wèi)-舍弗爾稱，五年前為了設(shè)計(jì)建造一個(gè)塑料渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)需要兩年時(shí)間，成本大約25萬美元。但是使用3D技術(shù)，我們?cè)O(shè)計(jì)和建造這架3D飛機(jī)僅用4個(gè)月時(shí)間，成本大約2000美元。3D打印——火箭零件3D打印技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域NASA的工程師正在嘗試用3D激光打印系統(tǒng)制造下一代空間發(fā)射系統(tǒng)（SpaceLaunchSystem,SLS）火箭上復(fù)雜的金屬件；這種3D激光打印系統(tǒng)使用的是選擇性激光熔融技術(shù)（selectivelasermelting,SLM），可以以大大的降低制造工藝難度，并極大的降低生產(chǎn)成本。NASA用來激光熔融的原型機(jī)是德國HoffmanInnovationGroupofLichtenfels旗下ConceptLaser生產(chǎn)的M2CusingMachine。M2看起來和一般激光熔融3D打印機(jī)一樣，但打印的材料不是聚合物，而是不銹鋼、鋁、鈦和鎳合金等金屬。M2的光纖激光器有200W。這種高能激光金屬熔融技術(shù)生產(chǎn)零件的靈活性相當(dāng)強(qiáng)，可以直接從設(shè)計(jì)圖紙生產(chǎn)出零件來，而且有很好的加工精度和機(jī)械性能。這次NASA用M2來打印的是J-2X引擎的零件，這些零件如果通過結(jié)構(gòu)測(cè)試和耐火測(cè)試的話，也許有一天能更多的載人登月甚至火星等。美國的下一代空間發(fā)射系統(tǒng)預(yù)計(jì)在2017年底試飛。3D打印——再造完美鷹鉤3D打印技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域2005年，名為“美麗”的白頭海雕被一名偷獵者用槍擊中面部，喙部受傷嚴(yán)重，不能自己進(jìn)食。動(dòng)物救援人員發(fā)現(xiàn)時(shí)，它已奄奄一息。猛禽專家簡·芬克·康特威爾聯(lián)合動(dòng)力工程集團(tuán)的機(jī)械工程師內(nèi)特·卡爾文等科學(xué)家設(shè)計(jì)出一種將完全替代“美麗”失去的上頜的尼龍聚合物喙?？栁南扔?D模擬程式研發(fā)出這種新喙，然后用3D打印機(jī)把它打印出來。艱巨的修復(fù)手術(shù)后，“美麗”現(xiàn)在已經(jīng)可以靠自己吃食、喝水和整理羽毛了。三、應(yīng)用研究方向－快速鑄造技術(shù)陶瓷型鑄造鑄型外殼、內(nèi)芯和漿料包裹層一體化設(shè)計(jì)為許多帶內(nèi)腔復(fù)雜件提供技術(shù)途徑陶瓷型鑄造空心渦輪葉片－東方氣輪機(jī)廠,西安航空發(fā)動(dòng)機(jī)公司日本三菱進(jìn)口，價(jià)格極高（一個(gè)葉片＝一個(gè)奧迪車）一級(jí)葉輪：90多個(gè)三、應(yīng)用研究方向－快速鑄造技術(shù)無需鑄型型芯和型殼的裝配保證相對(duì)精度：壁厚位置精度三、應(yīng)用研究方向－快速鑄造技術(shù)陶瓷型鑄造空心渦輪葉片－東方氣輪機(jī)廠鑄造：西安航空發(fā)動(dòng)機(jī)公司三、應(yīng)用研究方向－快速鑄造技術(shù)陶瓷型鑄造空心渦輪葉片－東方氣輪機(jī)廠三、應(yīng)用研究方向－快速鑄造技術(shù)快速精鑄技術(shù)光固化原型精鑄三、應(yīng)用研究方向－快速鑄造技術(shù)快速精鑄技術(shù)光固化原型精鑄燒蝕工藝－TGA曲線－確定鑄型燒蝕工藝參數(shù)熱解速度在375.71℃時(shí)達(dá)到峰值在553.94℃時(shí)，殘留物僅為0.2066％三、應(yīng)用研究方向－快速鑄造技術(shù)快速精鑄技術(shù)嘉陵集團(tuán):摩托車發(fā)動(dòng)機(jī)缸頭研制數(shù)量：2件材料：ZL101A時(shí)間周期：10天傳統(tǒng)：鑄型多次組合新技術(shù)：一次完成三、應(yīng)用研究方向－快速鑄造技術(shù)快速鑄造技術(shù)光固化原型與砂型結(jié)合鑄造技術(shù)綿陽新晨動(dòng)力機(jī)械有限公司－新型四缸柴油發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋CAD數(shù)據(jù)原型三、應(yīng)用研究方向－快速鑄造技術(shù)快速鑄造技術(shù)光固化原型與砂型結(jié)合鑄造技術(shù)綿陽新晨動(dòng)力機(jī)械有限公司－新型四缸柴油發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋制芯缸體三、應(yīng)用研究方向－快速鑄造技術(shù)壓蠟?zāi)＞呖焖僦圃煨∨烤T技術(shù)－增材制造原型直接制造蠟型模具傳統(tǒng)金屬模具3萬元，1－2個(gè)月增材制造模具0.8萬元，2天壽命：30件無損傷三、應(yīng)用研究方向－快速鑄造技術(shù)壓蠟?zāi)＞呖焖僦圃煅芯苛怂淞鞯赖脑O(shè)計(jì)規(guī)范水流道模型截面圓：半徑4.5mm四流道溫度場(chǎng)對(duì)比溫度點(diǎn)4溫度點(diǎn)3三、應(yīng)用研究方向－快速鑄造技術(shù)壓蠟?zāi)＞呖焖僦圃旖⒘藢?shí)驗(yàn)系統(tǒng)三、應(yīng)用研究方向－生物醫(yī)療骨替代物制造－頜面修復(fù)首例定制化修復(fù)圖象處理CT圖象輪廓數(shù)據(jù)提取頜面外科定制化骨骼設(shè)計(jì)與制造個(gè)體化頜面替代物三維數(shù)據(jù)構(gòu)造病變區(qū)設(shè)計(jì)（1）三維結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（1）切除病變區(qū)數(shù)據(jù)個(gè)體化頜面替代物三維結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（2）右側(cè)數(shù)據(jù)右側(cè)數(shù)據(jù)鏡像映射到左側(cè)（病變區(qū)）設(shè)計(jì)（2）三維結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（3）主體結(jié)構(gòu)連接翼板假牙樁位個(gè)體化頜面替代物加工數(shù)據(jù)處理制造（1）快速成型制造出模型個(gè)體化頜面替代物鑄造出的鈦合金替代骨制造（2）個(gè)體化頜面替代物病人術(shù)后20天的情況康復(fù)個(gè)體化頜面替代物二、應(yīng)用研究方向－生物醫(yī)療骨替代物制造－優(yōu)化設(shè)計(jì)應(yīng)力屏蔽－影響骨生長0.001～0.0015處于骨平衡狀態(tài)0.0015～0.005之間促進(jìn)骨增加0.005以上骨損傷，生成編織骨0.03則引起骨斷裂*彈性結(jié)構(gòu)*DucanRLTurnerCHMechanotransductionandthefunctionalresponseofbonetomechanicalstrainCalcifTissueInt199557344~358三、應(yīng)用研究方向－生物醫(yī)療骨替代物制造－半關(guān)節(jié)置換定制化鈦合金半膝關(guān)節(jié)假體復(fù)合大段骨移植患者，男性，14歲，再診單位：第四軍醫(yī)大學(xué)西京醫(yī)院骨科。

膝關(guān)節(jié)整體裝配

圖術(shù)后一周X光片

患者股骨CT數(shù)據(jù)

術(shù)后12月三、應(yīng)用研究方向－生物醫(yī)療人工骨支架制造基于光固化原型的支架制作-TCP材料光固化快速成形制備負(fù)型樹脂原型填充生物材料800℃去模可控微管道結(jié)構(gòu)支架微管道負(fù)型結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)二、應(yīng)用研究方向－生物醫(yī)療人工骨支架制造輪廓算術(shù)平均偏差Ra＝2.16輪廓最大高度Ry＝18.47Ra值在0.30～6.66范圍內(nèi)有利三、應(yīng)用研究方向－生物醫(yī)療人工骨支架制造快速原型主管＋造孔球TCP燒結(jié)制備的支架結(jié)構(gòu)三、應(yīng)用研究方向－生物醫(yī)療人工骨支架制造－臨床應(yīng)用研究定制化人工脛骨半關(guān)節(jié)大段骨重建術(shù)患者：女性，14歲，左脛骨上端骨肉瘤內(nèi)管道髓腔鈦合金定制化設(shè)計(jì)制作復(fù)合結(jié)構(gòu)TCP：微結(jié)構(gòu)三、應(yīng)用研究方向－生物醫(yī)療骨-軟骨支架制造骨－軟骨支架設(shè)計(jì)界面設(shè)計(jì)多孔復(fù)合流道骨支架設(shè)計(jì)軟骨/骨梯度組織工程支架三、應(yīng)用研究方向－生物醫(yī)療骨-軟骨支架制造陶瓷直接快速成形SPS450B陶瓷激光光固化激光光固化β-TCP生物陶瓷坯體多孔+界面三、應(yīng)用研究方向－生物醫(yī)療骨-軟骨支架制造-動(dòng)物實(shí)驗(yàn)

(a)(b)(c)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物6月取材大體標(biāo)本(a)復(fù)合支架組，(b)Ⅰ型膠原支架組，(c)β-TCP支架組

新生軟骨彈性模量檢測(cè)試驗(yàn)裝置軟骨應(yīng)力-應(yīng)變曲線取曲線接近于直線的應(yīng)變10%處為研究對(duì)象，計(jì)算軟骨彈性模量。結(jié)果顯示，新生軟骨的彈性模量為2.43MPa，自然軟骨的彈性模量為1.33MPa。

三、應(yīng)用研究方向－生物醫(yī)療骨-軟骨支架制造-彈性模量三、應(yīng)用研究方向－生物醫(yī)療肝組織支架制造微結(jié)構(gòu)－血管分布的規(guī)律肝臟內(nèi)血管間的夾角呈正態(tài)分布，平均夾角約為78°13425BloodinBloodout

78

三、應(yīng)用研究方向－生物醫(yī)療肝組織支架制造雙結(jié)構(gòu)系統(tǒng)制造壓?。鞴艿览鋬龈稍铮圃鞚B透孔三、應(yīng)用研究方向－生物醫(yī)療肝組織支架制造體外培養(yǎng)與生物反應(yīng)器養(yǎng)分的供給生物反應(yīng)器生物反應(yīng)器系統(tǒng)在培養(yǎng)箱內(nèi)運(yùn)行三、應(yīng)用研究方向－生物醫(yī)療肝組織支架制造體外動(dòng)態(tài)培養(yǎng)微流道內(nèi)肝細(xì)胞可保持長久活性

1天4天8天三、應(yīng)用研究方向－生物醫(yī)療肝組織支架制造仿生流道+定向多孔結(jié)構(gòu)促進(jìn)肝細(xì)胞向支架內(nèi)生長區(qū)域1區(qū)域2區(qū)域3區(qū)域4三、應(yīng)用研究方向－生物醫(yī)療肝組織支架制造—細(xì)胞打印+壓印仿生流道+定向多孔結(jié)構(gòu)促進(jìn)肝細(xì)胞向支架內(nèi)生長針頭式噴頭多孔支架三、應(yīng)用研究方向－生物醫(yī)療肝組織支架制造工程化肝臟的體內(nèi)構(gòu)建支架/細(xì)胞復(fù)合體在體內(nèi)細(xì)胞種植密度、體外培養(yǎng)時(shí)間對(duì)體內(nèi)工程化肝臟影響研究支架/細(xì)胞復(fù)合體用于修復(fù)肝缺損的有效性大鼠肝臟支架細(xì)胞復(fù)合體體內(nèi)植入三、應(yīng)用研究方向－生物醫(yī)療肝組織支架制造工程化肝臟的體內(nèi)構(gòu)建血管的形成血管三、應(yīng)用研究方向－飛機(jī)風(fēng)洞模型

形狀復(fù)雜外形曲面，薄壁內(nèi)部測(cè)壓孔制造速度快難點(diǎn)材料強(qiáng)度復(fù)合結(jié)構(gòu)光固化原型＋鍍鎳強(qiáng)度提高3倍10％40％60％85％一體化鍍鎳樹脂模型工藝流程圖設(shè)計(jì)階段制造階段鍍鎳復(fù)合工藝附著力強(qiáng)化研究鍍鎳工藝研究三、應(yīng)用研究方向－飛機(jī)風(fēng)洞模型一體化測(cè)壓模型制造工藝成型性研究最佳成型孔道尺寸孔道設(shè)計(jì)變半徑設(shè)計(jì)布局設(shè)計(jì)多層布局共用流道最佳成型孔道尺寸孔道類型流道長度L/mm推薦最小設(shè)計(jì)半徑/mm等半徑設(shè)計(jì)L＝00.20-0.400<L≤500.4050<L≤1500.45L>1500.50變半徑設(shè)計(jì)流道半徑≥0.500.30變半徑設(shè)計(jì)變半徑孔道設(shè)計(jì)測(cè)壓孔道布局三、應(yīng)用研究方向－飛機(jī)風(fēng)洞模型三、應(yīng)用研究方向－飛機(jī)風(fēng)洞模型氣動(dòng)彈性風(fēng)洞試驗(yàn)?zāi)Ｐ兔蓝硖祭w維制造－難度大－國內(nèi)無法制造我們的方法－增材制造三、應(yīng)用研究方向－飛機(jī)風(fēng)洞模型優(yōu)勢(shì)實(shí)踐表明：測(cè)力－時(shí)間縮短30－50％，成本降低10－30％測(cè)壓－時(shí)間縮短60－70％，成本降低40－50％時(shí)間優(yōu)勢(shì)成本優(yōu)勢(shì)復(fù)雜結(jié)構(gòu)成型優(yōu)勢(shì)

模型越復(fù)雜，增材制造的優(yōu)勢(shì)越明顯三、應(yīng)用研究方向－創(chuàng)意產(chǎn)品開發(fā)

創(chuàng)意產(chǎn)品新產(chǎn)業(yè)的發(fā)展點(diǎn)藝術(shù)＋技術(shù)《滿城盡帶黃金甲

》藝術(shù)模型建筑模型部分參展單位：RURRUR事務(wù)所

BIAD事務(wù)所

CrystalDesign事務(wù)所

ZahaHadidArchitects事務(wù)所四、研究發(fā)展低成本設(shè)備金屬直接成形陶瓷直接制造復(fù)合材料制造四、研究發(fā)展－LED紫外成形系統(tǒng)UV-LED光源的優(yōu)點(diǎn)—綠色光源能源利用率高、耗電量低、體積小、成本低可瞬時(shí)開關(guān)，壽命長單色性好，與CPS樹脂匹配光譜主要集中在365nm;CPS樹脂感光波段：325nm與365nm;UV-LED激光器紫外汞燈LED耗電功率（W）50003002光功率（mW）500300250光斑功率（mW）3503.88能源利用率0.1%0.1%12.5%壽命（h）20000300040000~100000價(jià)格（美元）300003000150表：激光器、紫外汞燈與LED的性價(jià)比對(duì)比四、研究發(fā)展－LED紫外成形系統(tǒng)聚焦鏡的設(shè)計(jì)聚焦鏡的設(shè)計(jì)尺寸86mm×?31mm6塊球面透鏡組成的透鏡組聚焦鏡的聚焦效果光斑大0.44mm光暈分布范圍大且強(qiáng)——主要問題LED光學(xué)系統(tǒng)光斑與暈環(huán)聚焦鏡結(jié)構(gòu)閥體葉輪大雁塔海豚四、研究發(fā)展－LED紫外成形系統(tǒng)四、研究發(fā)展－金屬直接制造建立了制造系統(tǒng)四、研究發(fā)展－金屬直接制造建立多層激光直接成形的自穩(wěn)定機(jī)制利用粉末負(fù)離焦制造的薄壁側(cè)面平均粗糙度約Ra=10.04μm掃描速度(mm/s)送粉量(g/min)激光功率(W)粉末負(fù)離焦(mm)△Z載氣量(l/min)6-108.8250-200-20.08-0.18葉片高度:70mm;壁厚:0.80mm;總層數(shù):840

負(fù)離焦負(fù)離焦b8mm四、研究發(fā)展－金屬直接制造空心葉片掃描路徑的設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)掃描路徑的規(guī)劃STL數(shù)據(jù)CAD模型RPData/Magics切片輪廓PMR/SLC路徑信息激光金屬成形設(shè)備激光金屬直接成形數(shù)據(jù)流程法算徑路空心葉片掃描路徑設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)研究輪廓+光柵(方向優(yōu)化)+分區(qū)→掃描復(fù)雜空心葉片分區(qū)的優(yōu)點(diǎn)：每層掃描時(shí)間從930s降到650-850s減少激光器光閘開關(guān)次數(shù)，延長激光壽命空行程減少，節(jié)約粉末四、研究發(fā)展－金屬直接制造①②③④四、研究發(fā)展－金屬直接制造高溫合金葉片制作140mm(L)×120（H）四、研究發(fā)展－金屬直接制造空心葉片定向晶組織控制液氮控制冷卻梯度液氬冷卻實(shí)驗(yàn)臺(tái)

液氬冷卻噴嘴

鈦合金關(guān)節(jié)柄制造可以根據(jù)需要制造多孔表面三、研究發(fā)展－金屬直接制造鈦合金定制化膝關(guān)節(jié)制造時(shí)間：32小時(shí)四、研究發(fā)展－金屬直接制造帶工藝支撐的膝關(guān)節(jié)四、研究發(fā)展－激光燒結(jié)設(shè)備雙激光器選區(qū)激光燒結(jié)加工尺寸1200*800*800效率高單工作箱，可移動(dòng)表面加熱四、研究發(fā)展－激光燒結(jié)設(shè)備雙激光器選區(qū)激光燒結(jié)三、研究發(fā)展面曝光光固化設(shè)備逐層面光照固化大幅度提高效率四、研究發(fā)展－激光燒結(jié)設(shè)備為醫(yī)院定制的專用成形機(jī)四、研究發(fā)展－陶瓷零件制造成形原理及設(shè)備成形原理示意圖（下圖）光固化成型機(jī)（右上）陶瓷樹脂鋪層裝置（右下）磁力攪拌再涂層刮刀：聚四氟乙烯四、研究發(fā)展－陶瓷零件制造陶瓷固化特性研究單線固化厚度及寬度固化層厚光敏樹脂單線固化斷面形態(tài)陶瓷樹脂單線固化斷面形態(tài)固化厚度隨工藝參數(shù)的變化規(guī)律四、研究發(fā)展－陶瓷零件制造光固化直接制造陶瓷鑄型四、研究發(fā)展－陶瓷零件制造光子晶體制造工藝研究熱重與差熱分析（右上）陶瓷零件后處理升溫工藝（右下）燒結(jié)所得光子晶體零件（下圖）四、研究發(fā)展－陶瓷零件制造缺陷光子晶體制造面缺陷光子晶體及其傳輸性能分析單面缺陷樣件雙缺陷樣件光子晶體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與帶寬變化漸變半徑光子晶體的可控帶隙性質(zhì)為制造寬帶隙調(diào)控提供結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與制造方法四、研究發(fā)展－陶瓷零件制造光子晶體變結(jié)構(gòu)r/α比變化到0.28、0.26和0.24r:單胞半徑，a:晶格尺寸實(shí)驗(yàn)結(jié)果四、研究發(fā)展－陶瓷零件制造負(fù)折射三維全介質(zhì)超材料---隱身用途全介質(zhì)可有效避免金屬材料在高頻段的色散和損耗三維結(jié)構(gòu)復(fù)雜，傳統(tǒng)工藝難以制造實(shí)驗(yàn)使用材料及試樣結(jié)構(gòu)Ba0.5Sr0.5TiO3,ε=750；模板結(jié)構(gòu)為14120樹脂，ε=3.5諧振單元（下左），三維超材料（下右）負(fù)折射三維全介質(zhì)超材料三維圓柱交叉超材料的能量分布測(cè)試結(jié)果在10.6到10.625之間觀察到了負(fù)折射現(xiàn)象在10.6G處的能量分布如下圖所示，折射角

=13.3四、研究發(fā)展－陶瓷零件制造根據(jù)Snell定律：nsin=n0sinn，分別為超材料結(jié)構(gòu)的折射率和入射角，n0，分別為在空氣中的折射率和折射角。得出：折射率n=-0.73負(fù)折射測(cè)試實(shí)驗(yàn)臺(tái)負(fù)折射測(cè)試實(shí)驗(yàn)圖四、研究發(fā)展－復(fù)合材料制造

碳化硅復(fù)合材料基于載荷的組織設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)手段－支撐結(jié)構(gòu)中組織的變化根據(jù)承載設(shè)計(jì)組織載荷－組織匹配克服均質(zhì)材料的不足四、研究發(fā)展－復(fù)合材料制造

碳化硅復(fù)合材料光固化原型－>制作碳化硅復(fù)合材料零件傳統(tǒng)思想－先制材料－后成型陶瓷材料難以加工我們的設(shè)想－先成型－宏觀結(jié)構(gòu)與微觀組織－轉(zhuǎn)化材料光固化原型－碳支架－碳硅反應(yīng)－碳化硅復(fù)合構(gòu)件控制微結(jié)構(gòu)SiC/C比例控制強(qiáng)韌性五、發(fā)展趨勢(shì)第三次工業(yè)革命-----標(biāo)志？正在重塑全球制造業(yè)競爭格局美國《時(shí)代》周刊將3D打印列為“美國十大增長最快的工業(yè)”英國《經(jīng)濟(jì)學(xué)人》雜志則認(rèn)為它將“與其他數(shù)字化生產(chǎn)模式一起推