3D打印论文

金陵科技学院机电工程学院 课程（论文）专用纸目 录摘 要 引 言（宋体小四）1一、（宋体小四）2（一）（宋体小四）31（宋体小四）32（宋体小四）4（二）（宋体小四）61（宋体小四）62（宋体小四）7 3（宋体小四）7二、（宋体小四）8（一）（宋体小四）81（宋体小四）82 （宋体小四）10 3 （宋体小四）11（二） （宋体小四）131 （宋体小四）132 （宋体小四）14 3 （宋体小四）15结 论 （宋体小四）16致 谢 （宋体小四）17参考文献 （宋体小四）183D打印及其发展影响摘要3D打印是一种新兴的快速成型技术，近年来广泛传播，备受关注，被誉为“第三次工业革命”核心技术。本文介绍了3D打印原理，深入说明了现阶段3D打印还存在技术不成熟、精度不高、材料受限、消费高等不足问题。但随着3D打印技术的快速发展，它势必对很多行业领域有所冲击，特别是医疗界、食品行业、传统机械加工和模具等必定会受到很大的影响。关键词3D打印 快速成型技术 限制 影响第 I 页 共 I 页引 言从3D打印技术诞生于20世纪80年代后期至今，3D打印技术越来越成熟，被誉为“第三次工业革命”核心技术。特别是近两年，国内开始兴起3D打印热潮，开始了一些关于3D打印研究。如今，国内也有3D打印机生产企业，淘宝也开始售卖3D打印产品。就在本月，南京3D打印研究院通过自主研发的3D食品打印机成功打印出集艺术与口感于一体的巧克力。为了扩大3D打印技术的影响，为了让更多的人了解3D打印最新研究状况以及未来对某些行业的影响，故撰写此文供大家阅读。本文首先对简单介绍了3D打印以及其原理，再分析现身的不足之处，最后在能克服其自身不足的情况下分析了3D打印对各行业的影响。受材料等主要因素的影响，3D打印技术目前存在在很多不足和发展限制，故3D打印的魅力就在于其受到的限制，一旦3D打印技术冲破了这些限制，其潜力也就爆发出来。一、3D打印简介3D打印（3D printing），即快速成型技术的一种，它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黏合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。通俗点讲，3D打印是一种不再需要传统的刀具、夹具和机床就可以打造任意形状，根据零件或物体的三维模型数据，通过成型设备以材料累加的方式制成实物模型的技术。 3D打印，作为一项综合性应用技术较强的还不太成熟的技术，它综合了机电控制技术、材料科学与化学技术、信息技术、数字建模等多多方面前沿技术，科技含量高。3D打印机，作为3D打印打印的核心设备，集机械、控制及计算机等为一体，由数控系统、成型环境和高精度机械系统等组成。目前，3D打印技术主要应用于产品模型、艺术创作等领域，由于技术和材料等一系列条件的限制，3D打印技术还为完全进军机械和医学等行业，随着技术的完善和材料的研发，3D打印必定会以第三次工业革命的领军角色掀起革命热潮。二、3D打印原理3D打印技术是以计算机三维设计模型为蓝本，用软件将其离散分解成若干层平面切片，然后由数控成型系统利用激光束、热熔喷嘴等方式将粉末状、液状或丝状金属、陶瓷、塑料、细胞组织等材料进行逐层堆积黏结，最终叠加成型，制造出实体产品。3、 目前3D打印的不足（1） 、技术不成熟从2010年出现商业3D打印机至今，3D打印技术越见成熟，目前市场上的快速成型技术分为3DP 技术、FDM熔融层积成型技术、SLA立体平版印刷技术、SLS选区激光烧结、DLP激光成型技术和UV紫外线成型技术等，但3D打印技术还没有达到完全成熟阶段。很多快速成型技术有待研发，现有技术有待完善。例如SLS粉体成型之优点是硬度高，但是韧性只有注塑件的十分之一。其次，目前3D打印机打印的产品有一定的整体大小限制并且3D打印机打印产品起连接作用的零部件有一定的厚度限制，当其厚度小到无法承受内应力时，连接部分便会断裂。最后，3D打印技术的推广应用不广泛也是其技术不成熟的表现之一。只有少数企业少数人才掌握了这项新生技术，导致其3D打印的研发工作很难比较全面展开。（2） 、精度有待提高3D打印以“每层叠加”为加工方式，这对打印设备的精准度和稳定性要求极高，一旦有一层出现问题，整个产品就会变形。美国Solidscape公司是全球最大的3D打印技术服务商Stratasys旗下子公司，是全球最高精度3D打印机制造商。其拥有全球最高精度的3d打印机Solidscape。Solidscape最小层厚可以达到6.3m，表面精度达到0.81m，分辨率达到5000*5000*8000dpi。该达到全球最高精度和独有的特性3D打印产品，可以100%实现铸造。但高精度3D打印机只存在于实验产品中，还为完全推出，目前普遍存在于市场的3D打印机的精度只有0.1mm，很难满足某些饰品的精度需求。（3） 、材料受到限制 用于3D打印的原材料较为特殊，必须能够液化、丝化、粉末化，打印后又能重新结合起来，材料工艺要求极高，现有3D打印材料种类较少，故限制了3D打印技术的应用推广。虽然现有各种颜色原材料以丰富产品外观，但依然无透明材料满足产品视觉要求。另外材料的性能要求远远满足不了某些产品的需要，例如航空零配件，即使能够打印出该零配件，但因为材料原因，所得产品的性能远远达不到航空要求。快速成型材料基本上可以分为高分子材料和金属材料两大类，高分子材料如光敏树脂、ABS、PC、尼龙粉、石膏粉、蜡等，是目前主流的快速成型材料。金属材料受快速成型工艺的局限及材料本身的限制，应用并不广泛；未来，金属材料可能会在应用中体现它的优势，可能会有更多的金属加工工艺及金属材料出现。（4） 、3D打印消费高如前面所说，用于3D打印的原材料较为特殊，必须能够液化、丝化、粉末化，打印后又能重新结合起来，材料工艺要求极高，故材料成本很高。相关数据表明，打印一个一次性纸杯大小的产品，整个耗材价格达到100到200元，一般消费者难以承受，从材料成本角度看，3D打印产品难以替代现规模经济生产方式下的产品。目前，全球还为形成比较完成的3包含材料制备、相关软件、工艺、装备、管理及创意服务和应用的相关产业链，能够完成相关服务的企业少之又少！有能力生产3D打印机和3D打印的原材料的企业相对较少，故得花费巨资购进3D打印机和相关材料，但因为设备技术不太成熟，3D打印机罢工成了常有事情，维修3D打印机的人才更少，故维修费之高也影响了3D打印消费。目前，3D打印产品主要为模型和饰品等低消费产品，因为自身种类的限制和价格之高，所以难以通过产品扩大3D打印产品的市场，所以，3D打印主要还是处在实验室进行相关研发工作。四、3D打印发展应用及影响（1） 、进军医疗界在医疗界，3D打印技术主要应用在外科手术中。需器官移植的患者身上，可为其“量身打造”所需器官，无需担心排异反应。而打印一个人体心脏瓣膜，只需要价值10美元的高分子材料。2012年11月，苏格兰科学家利用人体细胞首次用3D打印机打印出人造肝脏组织。2015年5月，国内第一个实用型3D打印假肢诞生，经过反复的设计和试用，最终那位5岁小男孩借助假肢可以完成一些基本动作，目前已经能够控制自行车把手驾驶自行车。牙病是人群中普遍存在的，通过3D打印打印牙齿可以帮助患者正常进食。当前，虽然医疗界中的3D打印技术能给患者带来很大的帮助，但其主要还处于实验阶段。科技在发展，3D打印技术在成熟，3D打印技术迟早会成熟到能到完成各项医疗任务。（二）、深入建筑领域 在建筑行业里，使用3D打印机打印建筑模型是普遍存在的现象，这种方法环保、快速并且成本低，同时制作精美，除了无法达到透视效果，完全合乎工程师和设计师的要求，同时又能节省大量建模材料。因为3D打印机规格和材料的限制，目前我们无法直接打印出一座建筑，也无法打印生产建筑所需的一张一瓦；正因为材料不透明性质的限制，我们在打印建筑模型时无法进行建筑内部打印，模型表面有形，内部空虚，应用价值较低。当3D打印技术克服以上技术困难时，它将完全进入建筑领域。（3） 、3D打印食品 3D食物打印技术与3D打印技术同时发展，它是3D打印技术与食物加工技术结合的产物，综合了机电控制技术、数字建模技术、材料科学与食物制造等方面的先进技术，具有很高的科技含量。 3D食物打印机采用了一种全新的电子蓝图系统，不仅方便打印食物，同时也能帮助人们设计出不同样式的食物。该打印机所使用的“墨水”均为可食用性的原料，如巧克力汁、面糊、奶酪等。一旦人们在电脑上画好食物的样式图并配好原料，电子蓝图系统便会显示出打印机的操作步骤，完成食物的“搭建”工程。这款食物打印机将大大简化食物的制作过程，同时也能够帮助人们制作出更加营养、健康而且有趣地食品，这款3D食物打印机上市后，可供家庭及餐馆等不同场所使用。世界首款 3D 食品打印机Foodini，是西班牙创业公NaturalMachines 研制出的，是一款融“食物、技术、艺术和设计”于一身的家用食品机械，通过多个喷嘴的不同组合，可以制作出种类各异的食物，如披萨、巧克力、意面和汉堡等。Choctory是国内首台能够成熟打印3D立体模型的巧克力打印机，由南京增材制造（3D打印）研究院自主研发所得。目前已进入工业测试阶段。2015年5月12日，3D打印巧克力亮相第二十八届中国国际烘焙展览会。此次展出的众多异形3D打印巧克力就是由该Choctory制作而成。咀嚼和吞咽食物是老年人常见的问题，在医学上称之为“吞咽困难”。3D打印食品可谓是老年人的福音。因为3D食物打印材料的特殊性，食物很容易咀嚼和吞咽，这对于老人来说即使牙齿不全也能吃到自己喜爱的食物。3D食品打印机很可能成为老人护理行业的革新者。健康饮食是21世纪人们比较注重的一个切身健康利益的话题，3D打印技术能够根据不同的人物需求，打印出符合儿童、青少年、孕妇和老人等营养需求的食物，能给肥胖者和患病者（如3高、糖尿病等）带来很大的便利和帮助。3D打印食品外观和味道与原来食品相似，口感更好。目前，3D食物打印技术还处于工业测试阶段，待技术成熟之后将3D食物打印技术商品化，市场必定广阔。（4） 、3D打印产品商业化中国人口众多，假牙市场规模广大，将3D打印技术应用到假牙生产中，不仅将原来需要半年多次手术的周期降低到5个小时，而且将原来需要1到2万的成本降低到5000元左右。3D打印假牙还处于临床试验阶段，当其技术成熟到临床时，可想而知其市场规模会有多大。当前，已有许多淘宝店售卖3D打印产品，但主要以文具等低端产品为主，主要还是技术限制了3D打印产品商业化的发展。如果3D打印技术成熟，材料丰富，3D打印产品走进千家万户并不是梦。 （五）、文物保护2013年，史密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，所以博物馆用了一个巨大的3D打印替代品放在了原来雕塑的位置。这启发了我们将3D打印技术应用到文物保护中。确实，博物馆中需要很多替代品来代替原始作品，保护其不受环境或意外事件的损坏。在考古现场，可能年代久远，文物损坏程度不一，通过3D打印建立虚拟模型，可将文物信息数据化保存，使用不同的材料打印出模型供人们鉴赏。（六）、对机械方面的影响 1、对传统制造业的影响与传统制造业的“减材制造技术”相反，3D打印遵从的是加法原则，即“逐层叠加”原则，提高了原材料和能源的利用率。3D打印技术完全可以离开传统的刀具、夹具和机床，从而大幅降低了生产成本和缩短了加工周期。3D打印无漏油现象，不需要使用冷却液等，因此减少了对环境的影响。相比于传统的车、铣、镗、钻、刨、拉、磨等复杂工艺，而且能加工出的结构有限，3D打印技术能够不仅不需要这些复杂繁琐的加工工艺，并且能实现复杂结构产品的设计制造，成型产品的密度也更加均匀。当前，因为3D打印受到各种限制，其还不足以在传统制造业造成很大的影响。当3D打印技术完成成熟，材料等条件满足要求，3D打印将代替部分传统制造业。 2、对模具制造业的影响模具，作为工业之母，在3D打印技术发展的的冲击下将受到一定的影响。前瞻产业研究院2013-2017年中国模具制造行业产销需求预测与转型升级分析报告分析认为，短期内3D打印不会震撼模具制造业的地位。目前3D打印技术并不适合批量生产，生产一件和生产万件的成本单价基本相等，并且目前3D打印单个产品所需的时间较长。在规模经济效应的影响下，大批量生产中模具在我国占据明显优势，在非批量、精密要求不高的产品制造领域，模具不具备替代性。而在非批量的、精密的和尖端的产品制造中3D打印应用的潜力较大，比如航空航天、医疗器械等领域。从长远来看，随着3D打印技术的发展，未来打印效率的提高及成本的降低，3D技术对模具行业的影响将不容小觑。使用金属材料，通过3D打印机可以快速打印出模具，这不仅减少了模具制造的时间周期，更加减少了人力和物力的投入，3D打印技术很有可能代替现有模具制造技术。3D打印机不仅能够打印出模具，还能打印出由模具生产的产品，但因为相对于模具生产，3D打印单个产品所需的时间较长，所以3D打印技术和模具制造技术有一定的相容互补性。例如，企业在开发新产品时，可以用3D打印技术制造模具，再用传统制造技术进行批量生产。结 论3D打印，作为第三次“工业革命”的核心技术，发展迅速，备受关注。深入了解3D打印，并掌握其一些基本技术，在以后的发展中必能收益。目前，3D打印还存在很多不足，在一定层度上限制了其发展和影响。随着科技的发展，3D打印必能突破材料等因素的限制，在各个领域中造成很大的影响。致 谢感谢哈尔滨工业大学刘晋春等主编的第五版特种加工提供的选题参考以及相关基础知识，感谢百度百科，维基百科等解决了3D打印中的基本常识性问题，感谢南京3D打印研究院近期微博上公布的有关3D食品打印机打印巧克力等相关新闻，特别感谢中国知网提供的相关期刊文献。谢谢！参考文献1 龚炳铮.EDI与电子商务.北京：清华大学出版社，2004年，280297.作者名.书名.版本（如为第一版可以省略），出版地：出版社，出版日期，引用内容所在页码（宋体五号）1 刘晋春,白基成，郭永丰. 特种加工 M. 第五版，北京：机械工业出版社，2014,169178.2 金庆同. 特种加工 M. 北京：航空工业出版社，1988.3 卢清萍. 快速原型制造技术 M. 北京：高等教育出版社，2001.4 梁偲，王雪莹，陈颖健全球趋势2030新技术的影响EB/OL上海科普作家网，(2013-02-27)htpp：/wwwS5 云虹，郭毕佳.快速成型技术的典型方法比较J，武汉纺织工学院学报，1996.6 Objet tango系列类橡胶材EB/OL.2013-11-09.Http:/7 申俊嘉基于战略性新兴产业发展的产学研创新合作研究我国当前产学研究J. 管理科学研究，2009，29 ( 6) : 16.8 盛永祥，孙庆华，吴洁产学研合作组织之间交流方式协调均衡问题的研究J. 软科学,2012，26 ( 8) : 2326.9 许伟. 国内外产学研结合模式发展状况及启示J. 长春理工大学学报: 社会科学版，2008，21 ( 3) : 121124.第 8 页 共 8 页