先進制造技術——課程結業(yè)(論 文).doc

精品文檔 先進制造技術課程結業(yè)（論 文） 設計(論文)題目： 3D打印技術第三次工業(yè)革命的重要標志 學生姓名： 班級： 學號： I歡迎下載。精品文檔目 錄摘要II1 緒論12 什么是3D打印23 3D打印的基本原理34 3D打印的歷史發(fā)展45 3D打印的應用65.1 醫(yī)療行業(yè)65.2 科學研究65.3 產(chǎn)品模型75.4汽車制造業(yè)75.5建筑模型85.6 食品行業(yè)85.7 工藝品制造96 3D打印的優(yōu)點107國內(nèi)3D技術的發(fā)展118國外3D技術的發(fā)展129 我國3D打印面臨的挑戰(zhàn)139.1 材料的限制139.2 機器的限制139.3 知識產(chǎn)權的憂慮139.4 道德的挑戰(zhàn)139.5 花費的承擔1410 3D打印對我們生活產(chǎn)生的影響1511 結論16參考文獻17II歡迎下載。精品文檔3D打印技術第三次工業(yè)革命的重大標志 摘要因為快速成型技術在市場上占據(jù)主導地位，3D打印機在生產(chǎn)應用方面有著巨大的潛力。3D打印技術在珠寶首飾、鞋類、工業(yè)設計、建筑、汽車、航天、牙科及醫(yī)療方面都能得到廣泛的應用。本文就以什么是3D打印、3D打印的基本原理、3D打印的發(fā)展歷史、3D打印的應用、3D打印的優(yōu)勢、我國3D打印面臨的問題及3D打印對我們生活的影響等方面來探討3D打印。關鍵詞：3D打印 基本原理 應用 優(yōu)勢 面臨的問題IIII歡迎下載。精品文檔1 緒論今年4月，英國經(jīng)濟學人刊文認為，3D打印技術將與其他數(shù)字化生產(chǎn)模式一起，推動第三次工業(yè)革命的實現(xiàn)。傳統(tǒng)制造技術是“減材制造技術”，3D打印則是“增材制造技術”，它具有制造成本低、生產(chǎn)周期短等明顯優(yōu)勢，被譽為“第三次工業(yè)革命最具標志性的生產(chǎn)工具”。11歡迎下載。精品文檔2 什么是3D打印3D 打印是增材制造技術的一種形式，在增材制造技術中三維對象是通過連續(xù)的物理層創(chuàng)建出來的。3D打印機相對于其他的增材制造技術而言，具有速度快，價格便宜，高易用性等優(yōu)點。3D打印機就是可以“打印”出真實3D物體的一種設備，功能上與激光成型技術一樣，采用分層加工、迭加成形，即通過逐層增加材料來生成3D實體，與傳統(tǒng)的去除材料加工技術完全不同。稱之為“打印機”是參照了其技術原理，因為分層加工的過程與噴墨打印十分相似。過去其常在模具制造、工業(yè)設計等領域被用于制造模型，現(xiàn)正逐漸用于一些產(chǎn)品的直接制造，意味著這項技術正在普及。如圖 1919歡迎下載19歡迎下載19歡迎下載19歡迎下載19歡迎下載19歡迎下載19歡迎下載19歡迎下載19歡迎下載19歡迎下載19歡迎下載。精品文檔 機器的上半部分是個半透明的罩子，有一排控制按鈕，旁邊是一臺電腦。掀起罩子，左邊立著四盒不同顏色的墨水，右邊的工作區(qū)擺放研磨得很細的石膏粉末。工作時，這些粉末會一層層地被液態(tài)連接體也就是特殊膠水粘合，按照不同的橫截面圖案固化，一層層疊加，感覺像是在做蛋糕那樣創(chuàng)建三維實體。3 3D打印的基本原理3D打印機原理很簡單，每一層的打印過程分為兩步。首先在需要成型的區(qū)域噴灑一層特殊膠水，膠水液滴本身很小，且不易擴散。然后是噴灑一層均勻的粉末，粉末遇到膠水會迅速固化黏結，而沒有膠水的區(qū)域仍保持松散狀態(tài)。這樣在一層膠水一層粉末的交替下，實體模型將會被“打印”成型，打印完畢后只要掃除松散的粉末即可“刨”出模型，而剩余粉末還可循環(huán)利用。打印耗材由傳統(tǒng)的墨水、紙張轉變?yōu)槟z水、粉末，當然膠水和粉末都是經(jīng)過處理的特殊材料，不僅對固化反應速度有要求，對于模型強度以及“打印”分辨率都有直接影響。目前的3D打印技術能夠?qū)崿F(xiàn)600dpi分辨率，每層厚度只有0.01毫米，即使模型表面有文字或圖片也能夠清晰打印。當然受到噴打印原理的限制，打印速度勢必不會很快，目前較先進的產(chǎn)品可以實現(xiàn)每小時25毫米高度的垂直速率，相比早期產(chǎn)品有10倍提升，而且可以利用有色膠水實現(xiàn)彩色打印，色彩深度高達24位。由于打印精度高，打印出的模型品質(zhì)自然不錯。除了可以表現(xiàn)出外形曲線上的設計，結構以及運動部件也不在話下。眼下3D打印機有兩種類型，一種是堆疊法，一種是燒結。原理基本都是多層分片打印，而堆疊和燒結只是成型技術的區(qū)別。堆疊只能成型塑料、硅之類的材質(zhì)，對固化反應速度有要求，而燒結可以利用激光的高溫對金屬粉末進行處理加工出金屬材質(zhì)的東西出來，實體可通過打磨、鉆孔、電鍍等方式進一步加工。所以3D打印機和普通打印機，最大的區(qū)別是“墨水”。精品文檔4 3D打印的歷史發(fā)展3D打印技術出現(xiàn)在20世紀90年代中期，實際上是利用光固化和紙層疊等技術的最新快速成型裝置。它與普通打印工作原理基本相同，打印機內(nèi)裝有液體或粉末等“打印材料”，與電腦連接后，通過電腦控制把“打印材料”一層層疊加起來，最終把計算機上的藍圖變成實物。這打印技術稱為3D立體打印技術。1986年，Charles Hull開發(fā)了第一臺商業(yè)3D印刷機。1993年，麻省理工學院獲3D印刷技術專利。1995年，美國ZCorp公司從麻省理工學院獲得唯一授權并開始開發(fā)3D打印機。2005年，市場上首個高清晰彩色3D打印機Spectrum Z510由ZCorp公司研制成功。2010年11月，世界上第一輛由3D打印機打印而成的汽車Urbee問世。 3D打印汽車Urbee2011年6月6日，發(fā)布了全球第一款3D打印的比基尼。2011年7月，英國研究人員開發(fā)出世界上第一臺3D巧克力打印機。2011年8月，南安普敦大學的工程師們開發(fā)出世界上第一架3D打印的飛機。2012年11月，蘇格蘭科學家利用人體細胞首次用3D打印機打印出人造肝臟組織。2012年7月，在地球上進行低重力拋物線飛行過程中，美國宇航局（NASA）測試了3D打印機。未來的宇航員幾乎可以使用3D打印機按需打印他們所需的任何物品，甚至連金屬材質(zhì)的機器零部件也不在話下。有了這種打印機，他們無需擔心發(fā)射時遺漏物資和設備。2013年10月，全球首次成功拍賣一款名為“ONO之神”的3D打印藝術品。2013年11月，美國德克薩斯州奧斯汀的3D打印公司“固體概念”(SolidConcepts)設計制造出3D打印金屬手槍。精品文檔5 3D打印的應用5.1 醫(yī)療行業(yè)最近，一位83歲的老人由于患有慢性的骨頭感染，因此換上了由3D打印機“打印”出來的下顎骨，這是世界上首位使用3D打印產(chǎn)品做人體骨骼的案例。隨著技術的發(fā)展，甚至可以打印出具有活性的人體組織等。5.2 科學研究美國德雷塞爾大學的研究人員通過對化石進行3D掃描，利用3D打印技術做出了適合研究的3D模型，不但保留了原化石所有的外在特征，同時還做了比例縮減，更適合研究。5.3 產(chǎn)品模型比如微軟的3D模型打印車間，在產(chǎn)品設計出來之后，通過3D打印機打印出來模型，能夠讓設計制造部門更好的改良產(chǎn)品，打造出更出色的產(chǎn)品。5.4汽車制造業(yè)不是說你的車是3D打印機打印出來的(當然或許有一天這也有可能)，而是說汽車行業(yè)在進行安全性測試等工作時，會將一些非關鍵部件用3D打印的產(chǎn)品替代，在追求效率的同時降低成本。5.5建筑模型在建筑業(yè)里，工程師和設計師們已經(jīng)接受了用3D打印機打印的建筑模型，這種方法快速、成本低、環(huán)保，同時制作精美。完全合乎設計者的要求，同時又能節(jié)省大量材料。5.6 食品行業(yè)沒錯，就是“打印”食品。研究人員已經(jīng)開始嘗試打印巧克力了?；蛟S在不久的將來，很多看起來一模一樣的食品就是用食品3D打印機“打印”出來的。當然，到那時可能人工制作的食品會貴很多。5.7 工藝品制造這是最廣闊的一個市場。在未來不管是你的個性筆筒，還是有你半身浮雕的手機外殼，抑或是你和愛人擁有的世界上獨一無二的戒指，都有可能是通過3D打印機打印出來的。甚至不用等到未來，現(xiàn)在就可以實現(xiàn)。精品文檔6 3D打印的優(yōu)點與傳統(tǒng)的制造技術相比，3D打印具有加工成本低、生產(chǎn)周期短、節(jié)省材料等明顯優(yōu)勢，從航空、動力裝備到醫(yī)療、體育、影視等諸多領域，均可大顯身手。以往制作復雜結構的大型制件一般采用分段成形、拼接成整體的方法。不但生產(chǎn)周期長、成本高，制件連接處的強度也較差，而打印機能輕松解決上述問題。由于不需要生產(chǎn)線，它降低了生產(chǎn)成本，也極大地減少了材料的浪費。同時，它還能夠制造特殊形狀的物品，制造大型薄壁件、鈦合金等難加工、易熱成型等零件，而傳統(tǒng)方法卻很難做到。精品文檔7國內(nèi)3D技術的發(fā)展在我國，華中科技大學、西安交通大學、清華大學等高校和科研機構也相繼研發(fā)出多種系列的3D打印機，部分技術已達到世界領先水平。史玉升介紹，一些鑄造企業(yè)應用他們研發(fā)的選擇性激光燒結3D打印機，將復雜鑄件的交貨期由傳統(tǒng)的3個月縮短到10天左右；某發(fā)動機制造商采用他們的設備，把大型六缸柴油發(fā)動機缸蓋砂芯的研制周期，由過去的5個月縮短至1周。目前，他們正在開發(fā)一款1萬塊錢左右的3D打印機，將來向?qū)W校推廣。“3D打印技術可以讓孩子們迅速將自己的創(chuàng)新設計變成實物，有助于提高中小學生的創(chuàng)新、設計和動手能力?！薄敖饘?D打印技術開辟了骨科植入技術的新紀元，使多孔生物學固定表面制造瓶頸迎刃而解?！鄙虾＝煌ù髮W李祥教授說，他們正致力于將此技術運用到臨床醫(yī)學治療中。北京航空制造所基于3D打印技術研發(fā)了國內(nèi)第一臺電子束熔絲沉積成型設備，大幅提升了材料的利用率，減少了銑切量，縮短了制造周期。有專家認為，3D打印作為一項顛覆性的制造技術，誰能夠最大程度地研發(fā)、應用，就意味著掌握了制造業(yè)乃至工業(yè)發(fā)展的主動權。精品文檔8國外3D技術的發(fā)展事實上，在美英等國，3D打印技術已有較為廣泛的應用。大到飛行器、賽車，小到服裝、手機殼，制造廠家借著3D打印的東風，煥發(fā)出新的生命力。由于3D打印制品能實現(xiàn)產(chǎn)品的自然無縫連接，從而達到傳統(tǒng)制造方法遠不可即的結構穩(wěn)固性和連接強度，已成為國外研究空間飛行器的關鍵技術。據(jù)悉，美國國家航空航天局正在研究一項被稱為“未來3D打印宇宙飛船”的技術，希望通過3D打印，制造出“廉價的機器人宇宙飛船”。在美國，價格低、操作簡便的小型家用3D打印機已到了“每4公里范圍內(nèi)有一臺”的普及程度，其購買量不斷攀升。精品文檔9 我國3D打印面臨的挑戰(zhàn)9.1 材料的限制 仔細觀察你周圍的一些物品和設備，你就會發(fā)現(xiàn)3D打印的第一個絆腳石，那就是所需材料的限制。雖然高端工業(yè)印刷可以實現(xiàn)塑料、某些金屬或者陶瓷打印，但目前無法實現(xiàn)打印的材料都是比較昂貴和稀缺的。另外，現(xiàn)在的打印機也還沒有達到成熟的水平，無法支持我們在日常生活中所接觸到的各種各樣的材料。研究者們在多材料打印上已經(jīng)取得了一定的進展，但除非這些進展達到成熟并有效，否則材料依然會是3D打印的一大障礙。9.2 機器的限制 眾所周知，3D打印要成為主流技術(作為一種消耗大的技術)，它對機器的要求也是不低的，其復雜性也可想而知。目前的3D打印技術在重建物體的幾何形狀和機能上已經(jīng)獲得了一定的水平，幾乎任何靜態(tài)的形狀都可以被打印出來，但是那些運動的物體和它們的清晰度就難以實現(xiàn)了。這個困難對于制造商來說也許是可以解決的，但是3D打印技術想要進入普通家庭，每個人都能隨意打印想要的東西，那么機器的限制就必須得到解決才行。 9.3 知識產(chǎn)權的憂慮 在過去的幾十年里，音樂、電影和電視產(chǎn)業(yè)中對知識產(chǎn)權的關注變得越來越多。3D打印技術毫無疑問也會涉及到這一問題，因為現(xiàn)實中的很多東西都會得到更加廣泛的傳播。人們可以隨意復制任何東西，并且數(shù)量不限。如何制定3D打印的法律法規(guī)用來保護知識產(chǎn)權，也是我們面臨的問題之一，否則就會出現(xiàn)泛濫的現(xiàn)象。9.4 道德的挑戰(zhàn) 道德是底線。什么樣的東西會違反道德規(guī)律，我們是很難界定的，如果有人打印出生物器官或者活體組織，是否有違道德?我們又改如何處理呢?如果無法盡快找到解決方法，相信我們在不久的將來會遇到極大的道德挑戰(zhàn)。 9.5 花費的承擔 3D打印技術需要承擔的花費是高昂的，對于普通大眾來說更是如此。例如上面提到第一臺在京東上架的3D打印機的售價為1萬5，又有多少人愿意花費這個價錢來嘗試這種新技術呢?也許只有愛好者們吧。如果想要普及到大眾，降價是必須的，但又會與成本形成沖突。如何解決這個問題，制造商們估計要頭疼了。 每一種新技術誕生初期都會面臨著這些類似的障礙，但相信找到合理的解決方案3D打印技術的發(fā)展將會更加迅速，就如同任何渲染軟件一樣，不斷地更新才能達到最終的完善。精品文檔10 3D打印對我們生活產(chǎn)生的影響對普通民眾來說，3D打印似乎是突然“從天而降”的“神一般的存在”。對于行業(yè)來說，這其實就是未來會有大增長的民用領域市場。據(jù)悉，國外桌面型3D打印機已進入家庭、小學，國內(nèi)主要是高校、設計師購買；在面向民用市場的個性化定制方面發(fā)展蓬勃，而在國內(nèi)尚屬于起步階段。國內(nèi)首家3D打印體驗館開張后，3D照相最先被大家所熟知，通過彩色三維掃描儀獲取人體全身或頭像的三維數(shù)據(jù)，然后通過彩色3D打印機制作出立體的人物形象。也可定制真人玩偶，把自己的真實頭像和其他的人物形象或游戲動漫形象重新組合成一個全新的形象。這可以說只是個性化定制的一部分，家居生活用品、飾品、禮品，都可以實現(xiàn)個性化定制。家里的燈具不喜歡了，自己設計一款，上傳給3D打印服務商，他們可以幫助你完成打印。精品文檔11 結論這學期在陳老師的帶領下我們學習了先進制造技術這門課，這門課的學習不同于以往專業(yè)課的學習，陳老師為了讓我們能夠更加清楚的