3D打印技術(shù)的概念特點(diǎn)應(yīng)用

3D打印技術(shù)的概念特點(diǎn)應(yīng)用CONTENTS目錄013D打印技術(shù)的概述023D打印技術(shù)的發(fā)展歷史033D打印的成型原理及成型過程043D打印技術(shù)的限制因素053D打印的發(fā)展趨勢新課導(dǎo)入3D打印是什么？有哪些先進(jìn)技術(shù)？本質(zhì)又是什么？思考PART

ONE3D打印技術(shù)的概述3D打印技術(shù)的概述

3D打印技術(shù)，學(xué)術(shù)上又稱“添加制造”（additivemanufacturing）技術(shù)，也稱為增材制造或增量制造。

3D打印技術(shù)是以計(jì)算機(jī)三維設(shè)計(jì)模型為藍(lán)本，通過軟件分層離散和數(shù)控成型系統(tǒng)，利用激光束、熱熔噴嘴等方式將塑料、金屬粉末、陶瓷粉末、細(xì)胞組織等特殊材料進(jìn)行逐層堆積黏結(jié)，最終疊加成型，制造出實(shí)體產(chǎn)品的制造方法

這種數(shù)字化制造模式不需要復(fù)雜的工藝，不需要龐大的機(jī)床，也不需要眾多的人力，直接由數(shù)字化文件生成任何形狀的零件，使生產(chǎn)制造得以向更廣的生產(chǎn)人群范圍延伸。3D打印技術(shù)的概述3D打印技術(shù)優(yōu)缺點(diǎn)分析對比

當(dāng)今主流的3D打印技術(shù)包括熔融沉積、光固化成型、激光燒結(jié)、分層實(shí)體加工等3D打印技術(shù)及所用材料對比情況如右表PART

TWO3D打印技術(shù)的發(fā)展歷史1984年，CharlesHull發(fā)明了將數(shù)字資源打印成三維立體模型的技術(shù)1986年，ChuckHull發(fā)明了立體光刻工藝，利用紫外線照射將樹脂凝固成形，以此來制造物體，并成立一家名為3DSystems的公司1988年，ScottCrump發(fā)明了另外一種3D打印技術(shù)——熱熔解積壓成形(FDM)，利用蠟、ABS、PC、尼龍等熱塑性材料來制作物體1989年，C．R．Dechard博士發(fā)明了選區(qū)激光燒結(jié)技術(shù)(SLS)，利用離強(qiáng)度激光將尼龍、蠟、ABS、金屬和陶瓷等材料粉來烤結(jié)，直至成形。1993年，麻省理工大學(xué)教授EmanuaISachs創(chuàng)造三維打印技術(shù)(3DP)，將金屬、陶瓷的粉末通過粘接劑粘在一起戍形。

1995年，麻省理工大學(xué)JimBredt和TimAnderson修改了噴墨打印機(jī)方案，變?yōu)榘鸭s束溶劑擠壓到粉末床，而不是把墨水?dāng)D壓在紙張上的方案，隨后創(chuàng)立了現(xiàn)代的三維打印企業(yè)ZCorporation。1996年，3DSystems、Stratasys、ZCorporation分別推出了型號為Actua2100、Genisys、2402的三款30打印譏產(chǎn)品，第一次使用了“3D打印機(jī)”的稱謂。2005年，ZCroooration推出了世界上第一臺離精度彩色3D打印機(jī)一Speum2510，同一年，英國巴恩大學(xué)的AdrianBowyer發(fā)起了開源3D打日機(jī)項(xiàng)目RepRap，目標(biāo)是通過3D打印機(jī)本身，能夠制造出另一臺3D打印機(jī)。2008年，第—個(gè)基于RepRap的30打印機(jī)發(fā)布，代號為“Darwin”，它能夠打印自身50%元件，體積僅—個(gè)箱子大小。3D打印技術(shù)的發(fā)展歷史2010年11月，第一臺用巨型3D打印機(jī)打印出整個(gè)身軀的轎車出現(xiàn)，它的所有外部組件都由3D打印制作完成，包括用Dimension3D打印機(jī)和由Stratasys公司數(shù)字生產(chǎn)服務(wù)項(xiàng)RedEyeonDemand提供的Fortus3D成型系統(tǒng)制作完成的玻璃面板。3D打印技術(shù)的發(fā)展歷史3D打印技術(shù)的發(fā)展歷史

一個(gè)研究組測試了一輛幾乎完全由3D打印的小型賽車，其車速達(dá)到了140千米／小時(shí)。

12月，美國分布式防御組織成功測試了3D打印的槍支彈夾。

2011年8月，世界上第一架3D打印飛機(jī)由英國南安營敦大學(xué)的工程師劍建完成。PART

THREE3D打印的成型原理及成型過程對于大多數(shù)人來說，提到“打印”，首先想到的是能打印文稿或照片等平面內(nèi)容的普通打印機(jī)，事實(shí)上傳統(tǒng)的噴墨打印機(jī)和某些工藝類型的3D打印在技術(shù)上確實(shí)比較接近。3D打印使用特制的設(shè)備將材料一層層地噴涂或熔結(jié)到三維空間中，最后形成所需的實(shí)體，所用設(shè)備即3D打印機(jī)。一般來說，通過3D打印獲得實(shí)體需要經(jīng)歷建模、分層、打印和后期處理四個(gè)主要階段。82%點(diǎn)擊此處添加文本內(nèi)容，如關(guān)鍵詞、部分簡單介紹等。點(diǎn)擊此處添加文本內(nèi)容。3D打印的成型原理及成型過程3D打印的成型原理及成型過程1.三維建模2.分層切割

三維模型通常有兩種途徑獲取，一是通過3D掃描儀獲取對象的三維數(shù)據(jù)，并且以數(shù)字化方式生成三維模型；二是使用三維建模軟件從零開始建立三維數(shù)字化模型。

使用分層軟件進(jìn)行分層，選擇合理的層厚、精度等參數(shù)，獲得二維切片模型數(shù)據(jù)文件3.打印噴涂

由打印機(jī)將打印耗材逐層噴涂或熔結(jié)到三維空間中，根據(jù)工作原理的不同，有多種實(shí)現(xiàn)方法。常見的有光固化方法（SLA）、熔融沉積制造（FDM）、選擇性激光燒結(jié)法（SLS）等。4.后期處理

模型打印完成后一般都會有毛刺或粗糙的截面。這時(shí)需要對模型進(jìn)行后期加工，如固化處理、剝離、修整、上色等，才能最終完成所需要的模型的制造。PART

FOUR3D打印技術(shù)的限制因素耗材是3D打印能否得到廣泛應(yīng)用最關(guān)鍵的因素。目前開發(fā)的3D打印材料主要有塑料、樹脂和金屬等。用于工業(yè)領(lǐng)域的3D打印材料種類仍然缺乏，材料標(biāo)準(zhǔn)有待建立。金屬打印構(gòu)件的力學(xué)性能、組織結(jié)構(gòu)等有待于深入研究。1.3D打印材料

目前，3D打印不具備規(guī)模經(jīng)濟(jì)的優(yōu)勢，價(jià)格方面的優(yōu)勢尚不明顯。打印材料的價(jià)格從幾百元到幾千元不等。對于適合人體特性的金屬材料如鈦合金，進(jìn)口的金屬粉末價(jià)格達(dá)到4000元/kg左右，還要受到外國出口管制等各種因素。此外，3D打印機(jī)的價(jià)格從幾千元到上千萬元不等。但是隨著材料、設(shè)備成本的下降，未來打印品的價(jià)格將明顯下降。2.成本高3D打印技術(shù)的意義不僅在于它能改變資本和工作的分配模式，而且在于它能改變知識產(chǎn)權(quán)的規(guī)則。該技術(shù)的出現(xiàn)使制造業(yè)的成功不再取決于生產(chǎn)規(guī)模，而取決于創(chuàng)意。然而，單靠創(chuàng)意也是很危險(xiǎn)的，模仿者和創(chuàng)新者都能輕而易舉地在市場上快速推出新產(chǎn)品，極有可能像最初的音樂電影和電視領(lǐng)域一樣面臨盜版的威脅。3.知識產(chǎn)權(quán)的保護(hù)3D打印技術(shù)需要依靠數(shù)字模型來進(jìn)行生產(chǎn)，大多數(shù)人不會使用3D打印機(jī)，需要專業(yè)技術(shù)人員來建模，實(shí)現(xiàn)3D數(shù)據(jù)，并由專業(yè)人員來操作打印機(jī)。隨著社會發(fā)展，越來越多的人都將能掌握這項(xiàng)技術(shù)。而且企業(yè)也會提供一些簡單的產(chǎn)品，用戶不必學(xué)會3D設(shè)計(jì)技能就能制作模型，就像傻瓜相機(jī)的發(fā)展一樣。4.生產(chǎn)技能例如：缺少工業(yè)資金來加速3D打印技術(shù)的研發(fā)；相應(yīng)的打印材料和打印成品缺少食品和藥監(jiān)部門的許可。3D生物打印技術(shù)也像20世紀(jì)末的克隆技術(shù)一樣，將帶來生物倫理挑戰(zhàn)。5.政策因素從3D打印自身產(chǎn)業(yè)鏈角度來說，整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈包括上游的打印材料、中游的打印設(shè)備制造及下游的打印服務(wù)。而且每個(gè)應(yīng)用點(diǎn)對應(yīng)不同的材料、設(shè)備和工藝，這樣一個(gè)復(fù)雜龐大的體系必須有個(gè)創(chuàng)新環(huán)境，才能推動3D打印技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展。當(dāng)前，個(gè)人和企業(yè)對3D打印技術(shù)的認(rèn)識度還有待提高，并且缺乏對3D打印技術(shù)的深入了解也限制了3D打印技術(shù)的發(fā)展。6.創(chuàng)新環(huán)境和普及工作PART

FIVE3D打印的發(fā)展趨勢云制造時(shí)代與新能源產(chǎn)業(yè)的融合材料的多元化

3D打印技術(shù)和新型化設(shè)計(jì)將推動“云制造”模式的發(fā)展，即向著小規(guī)模、分布式方向轉(zhuǎn)變?，F(xiàn)行的大規(guī)模制造模式存在投入多、風(fēng)險(xiǎn)大等諸多弊端，而3D打印產(chǎn)業(yè)將會扭轉(zhuǎn)這種局面，將一個(gè)個(gè)的小型制造企業(yè)組成大規(guī)模的分布式集成網(wǎng)絡(luò)，規(guī)模堪比一個(gè)大型的制造企業(yè)。

目前制造業(yè)使用的加工設(shè)備的原動機(jī)多以電能驅(qū)動的方式運(yùn)轉(zhuǎn)，隨著地球資源的枯竭以及環(huán)境污染的壓力，新能源取代傳統(tǒng)能源的趨勢已成必然?？梢岳锰柲?、風(fēng)能、核能等新能源為3D打印設(shè)備提供能源動力，實(shí)現(xiàn)制造業(yè)的能源換代，實(shí)現(xiàn)“綠色、低碳”制造。

就目前而言，3D打印的材料仍局限在很少一部分，與傳統(tǒng)制造業(yè)上可用材料種類相比，3D打印仍有很大的局限性。但是隨著技術(shù)的進(jìn)步，未來適用于3D打印技術(shù)及產(chǎn)業(yè)前景，打印的基礎(chǔ)材料也將會大幅增加，而且會產(chǎn)生多元材料的混合制造，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜物體的制造

增強(qiáng)技術(shù)推廣，多領(lǐng)域交叉融合，帶動制造業(yè)向高技術(shù)密集方向轉(zhuǎn)化，促使相關(guān)產(chǎn)業(yè)鏈逐步形成，推動制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級，同時(shí)也將催生一種全新的商業(yè)模式。未來創(chuàng)意模型將作為一種商品出售，形成一種全新的商業(yè)模式，也將推動制造業(yè)進(jìn)入“全民智造”時(shí)代。3D打印的發(fā)展趨勢

小型化既滿足家庭和辦公的使用，也提供3D打印服務(wù)的打印店內(nèi)實(shí)現(xiàn)很好的應(yīng)用;巨型打印機(jī)可以滿足大型制造工廠諸如航空航天、汽車制造企業(yè)的使用需求。3D打印也向著智能化方向