3D打印技术论文

打印技术 3D 3D 打印的概念及原理 1 1.1. 3D 打印的概念 打印技术，是一种以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可 3D 打印 机则出现在上世纪 3D 粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。年代 中期，即一种利用光固化和纸层叠等技术的快速成型装置。它与普通打 90 与电 脑连接后，打印机内装有液体或粉末等“印材料” ，印机工作原理基本相同，通 过电脑控制把“打印材料”一层层叠加起来，最终把计算机上的蓝图变成实汽车、 物。如今这一技术在多个领域得到应用，人们用它来制造服装、建筑模型、 巧 克力甜品等。 打印的原理 1.2 3D 胶每一层的打印过程分为两步， 首先在需要 成型的区域喷洒一层特殊胶水，粉末遇到胶水会迅然后是喷洒一层均匀的粉末， 且不易扩散。水液滴本身很小， 这样在一层胶水一层粉末的交而没有胶水的区域 仍保持松散状态。速固化黏结，出替下，实体模型将会被“打印” ”成型，打印 完毕后只要扫除松散的粉末即可“刨 模型，而剩余粉末还可循环利用。见图 1 所示。图1 3D打印过程2. 3D 打印的优缺点 打印的优点2.1 3D 一是 节省原材料和人工。由于采用“添加制造技术” ，它的用料只有原来的倍。同时 因省去生产线和一部分组装过程，可降低 4，打印速度却快 1/3 到1/2 只要电脑 可以设计第二个优点是可以制作形态各异的物品。 理论上，人工成本。 打印汽车 年在加拿大展出的3D出的造型，3D打印机都可以打印出来，2011 Urbee，即以 其时尚前卫的流线型外观吸引了众多关注。 2.2 3D 打印的缺点 3D打印技术具有局限性，具体主要体现在材料上，目前打印材料主要只有塑料、 树脂和金属，骨骼等有机原料。3. 3D 打印的应用3D打印机的应用对象可以是任何行业，只要这些行业需要模型和原型。以色列 的Objet公司认为，3D打印机7需求量较大的行业包括政府、航天和国防、医 疗设备、高科技、教育业以及制造业。行业比例份额见图2。打印的行业比例份额 2 3D 图 岁的老人由于患有慢性的骨头感染，因此换上了医疗行业。最近，一位 83打印 产品做人体骨这是世界上首位使用 3D由3D打印机“打印”出来的下颚骨， 骼 的案例。3D3D扫描，利用科学研究。美国德雷塞尔大学的研究人员通过对化石 进行模型，不但保留了原化石所有的外在特征，同时 3D打印技术做出了适合研 究的 还做了比例缩减，更适合研究。3D模型打印车间，在产品设计出来之后， 通过产品原型。比如微软的3D打造出更出色的产能够让设计制造部门更好的改 良产品，打印机打印出来模型， 品。博物馆里常常会用很多复杂的替代品来保 护原始作品不受环境或文物保护。 最近史密意外事件的伤害， 同时复制品也能将 艺术或文物的影响更多更远的人。所以博物馆用森尼博物馆就因为原始的托马 斯杰弗逊要放在弗吉尼亚州展览， 了一个巨大的3D打印替代品放在了原来雕 塑的位置。 打印机打印的建筑设计。 在建筑业里， 工程师和设计师们已经接受了 用3D建筑模型，这种方法快速、成本低、环保，同时制作精美。完全合乎设计 者的要 求，同时又能节省大量材料。速度打印无论是在成本、打印产品，因为 3D制造业。制造业也需要很多3D打印技术本身非常适合大规模生产，3D和精确 度上都要比传统制造好很多。而 技术能带来很多好处，甚至连质量控制都不再 是个问题。所以制造业利用3D研究人员已经开始尝试打印巧克力了。 “打印”食 品。食品产业。没错，就是打印机“打印”或许在不久的将来，很多看起来一模 一样的食品就是用食品 3D 出来的。当然，到那时可能人工制作的食品会贵很多 倍。打印机打印出来的（当然或许有一天这也 3D汽车制造业。不是说你的车是 会将一些非关键部件用而是说汽车行业在进行安全性测试等工作时，有可能） ， 3D打印的产品替代，在追求效率的同时降低成本。配件、饰品。这是最广阔的 一个市场。在未来不管是你的个性笔筒，还是有都有可你半身浮雕的手机外壳， 抑或是你和爱人拥有的世界上独一无二的戒指， 打印机打印出来的。甚至不用 等到未来，现在就可以实现。能是通过 3D 打印的发展前景 4. 3D 3D 打印 的国内发展 4.1 年两会上，全国政协委员、中航工业副总工程师、中国航母舰 载机在 2013 项目率先采用了数字化协同设计理念： -15 总设计师孙聪透露， -15 歼（见图 3）歼冲破五级成熟度管理模式，三维数字化设计改变了设计流程，提 高了试制效率； M100 钛合金和他透露，打印技术关系紧密。 3D 而这与设计和 制造的组织壁垒，钢的 3D 打印技术已应用于新机试制过程， 主要是主承力部分。 模型设计好后， 需要进行长期的 3D 在传统的战斗机制造流程当中， 飞机的打印这种增材制造技 术后，零件的成型速投入来制造水压成型设备，而使用 3D-153D 度、应用速度 得以大幅度提高。如果不是采用打印的增材制造技术，歼，这一条”战斗机至今 能否首飞都很难讲。 “钛合金 3D 打印技术已用于新机研制 M100 消息立刻成为 媒体瞩目的焦点。 京华时报引述孙聪的话说，钛合金和月至年 103D 钢的打 印技术已广泛用于新机设计试制过程。报道称，于 2012 打印技术制造钛合金主 承力部分，包括 3D11 月首飞成功的机型，广泛使用了打印技术刚萌芽时，我们 就进行相关技术研发， “2002 年， 3D 整个前起落架。 通过与北航的合作，目 前已具备一定产业能力。 ” 中国航母舰载机歼 -15 图3 月，金属复合材料生产商银邦股份宣布和无锡安迪利捷年 8此外，在 2012 万元， 银邦股 5000 贸易公司合资成立飞尔康快速制造科技公司，其注册资本为打印的 金属粉末生产和销售。华泰证券点评道，银邦股份 3D份参股45%主营 进军新 领域为投资者提供了充分的想象空间。公打印机的生产者和代理商。 2009年的 杭州铭展网络科技公司是3D成立于打印技术制3D3DSystems部分产品的中国区 代理服务商， 同时也基于开源司是以方便设计师、 目标是批量生产经济型家用打 印机，3D打印机系列，造出了个人”设3D工程师、科技人员甚至普通爱好者的 使用。此外，铭展还建立了“我爱 3D 计作品分享社区，让更多人参与创新分享 打印作品。4.2 . 3D 打印的国际发展20123D打印如今已成制造业中的新兴 战略领域。三年前尚处于技术前沿的打印添 3D在俄亥俄州建立了国家级美国总 统奥巴马拨款3000万美元，年8月，打印，以确保美国制造3D加剂工业研究中 心，并计划第一步投入 5 亿美元用于 2011 打印行业的某家咨询公司表示，业不 继续转移到中国和印度。长期跟踪 3D 37亿美元。亿美元左右，到打印机的市场 规模为172015年该市场将达年，3D,均3DSystems和目前全球有两家三维打印 机制造巨头， 分别为 Stratasys 。在飞机、核 0.02%在美国纳斯达克上市。 不过， 这一数字仅占全球制造市场的传统的焊接和零部件高端精密机械装备上， 电和火 电等行业所使用的重型机械、 打印技术， 出来的产品加固的方法使得部件之间的 连接并不牢固，但是使用3D这在飞机、结构之间的稳固性和连接强度要远远高于传统方法。是自然无缝连接，核电等高端装备制造行业的应用上非常广泛。打印的争议对于5. 3D 三维打印技术对制造业的影响将可与喷墨打印机对文件打有些业内人认为，世纪出现的活字印刷术让手写体变成了印刷体。印刷机同印的影响相媲美。15其但是，那些可以进行大规模生产的机器一样，高效地打印出同一物品的副本， 更廉后来，喷墨打印机使打印变得更便捷、在打印个性化文件时的效率并不高。价、更有个性。如今，尽管传统打印机仍然打印着大量的书籍和报纸等，但更多 的打印任务是由喷墨打印机来承担的，它能按需打印出书籍、标签、照片等。三维打印技术带来的变化或将改变制造业的经济面貌。许多人认为，这项技术将 让商业完全去中心化，逆转伴随着工业化到来的城市化进程，人们将不再需要工 厂，届时，每个村庄都将拥有一个由打印机组成的制造厂，制造所需的物品。但 是，也有人认为，城市的经济和社会利益远远超出吸引工人到装配线上工作的能 力。有人坚持认为，三维打印技术减少了对工厂工人的需求， 削减低成本、低工资国 家的优势，因而会增加发达国家的生产能力。不过，也有人对此表示怀疑，他们 称，亚洲制造商也有能力采用该技术， 而且，即使三维打印技术确实会让生产重 回发达国家，它也无法提供更多的工作机会，因为与标准的制造过程相比，它并 非劳动密集型的技术。而三维打印技术给物流公司带来的威胁是显而易见的，2010年在由中外运敦豪国际航空快递有限公司（DHL）组织的一次大会上，有人就提出了这种可能性： 当公司能够在需求产品的地方打印出急需的零部件时，为什么还会从国外空运 呢？附件一：市场上的3D打印机对比名称公司打印尺寸X/Y分辨率特点层厚价格sk3dPri nterMakerBOTFDM120*120*115小巧0.33600OBJET 30OBJET192.7294 X148.6X600*600dpi曲面精度 高0.02820wEde n350/350VOBJET350 x 350 x200600*600dpi曲面精度 高0.016100wEden260VOBJET260x260x200600*600dpi曲面精度 高0.016100wConnex 350OBJET350 x 350 x200600*601dpi多材料打 印0.016200wDime nsio nEliteStratasys, Inc204*204*3050.08mm溶解式支 撑系统0.17840wFortus 360mcStratasys, Inc355254XX2540.1溶解式支 撑系统0.12790wEWSL35EASYWAY355 x 350 x2500.1光固化0.053Z?prox152152X101 .0254mm铸造效果Dime nsio n uPri ntStratasys, Inc203 x 152X1520.127mm水溶性支 撑0.25420wFORMIGA 100eosx250200X3300.1mmCO2, 30W0.1mmEOSINT P 395eosx 340 x3406200.1CO2, 31W0.1ZPri nter?450 Z-corp254xx2032030.15完全自动化0.08960wProJet? 1500 3D3D system171 x 228 x2030.254彩色、快 速0.1附件二：蜡烛打印机报价单参考文献1 霍晓飞激光三维加工控制系统M.天津：天津大学出版社，2010: 12 吴清一.物流系统工程M.北京：中国物资出版社,20062,2007:6.冶金工业出版社：北京M.工业工程与系统仿真.陈永刚，邬洪迈,程光3