3D打印技術(shù)論文

.........3D打印技術(shù)1．3D打印的概念及原理1.1.3D打印的概念3D打印技術(shù)，是一種以數(shù)字模型文件為基礎(chǔ)，運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)。3D打印機則出現(xiàn)在上世紀(jì)90年代中期，即一種利用光固化和紙層疊等技術(shù)的快速成型裝置。它與普通打印機工作原理基本相同，打印機內(nèi)裝有液體或粉末等“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(lán)圖變成實物。如今這一技術(shù)在多個領(lǐng)域得到應(yīng)用，人們用它來制造服裝、建筑模型、汽車、巧克力甜品等。1.2．3D打印的原理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(jié)，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。見圖1所示。圖1D3打印過程2.3D打印的優(yōu)缺點2.1D3打印的優(yōu)點一是節(jié)省原材料和人工。由于采用“添加制造技術(shù)”，它的用料只有原來的1/3到1/2，打印速度卻快4倍。同時因省去生產(chǎn)線和一部分組裝過程，可降低人工成本。第二個優(yōu)點是可以制作形態(tài)各異的物品。理論上，只要電腦可以設(shè)計出的造型，D3打印機都可以打印出來，2011年在加拿大展出的3D打印汽車Urbee，即以其時尚前衛(wèi)的流線型外觀吸引了眾多關(guān)注。2.23D打印的缺點3D打印技術(shù)具有局限性，具體主要體現(xiàn)在材料上，目前打印材料主要只有塑料、樹脂和金屬，骨骼等有機原料。33.D3打印的應(yīng)用3D打印機的應(yīng)用對象可以是任何行業(yè)，只要這些行業(yè)需要模型和原型。以色列的Objet公司認(rèn)為，3D打印機[7]需求量較大的行業(yè)包括政府、航天和國防、醫(yī)療設(shè)備、高科技、教育業(yè)以及制造業(yè)。行業(yè)比例份額見圖2。圖23D打印的行業(yè)比例份額醫(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?？茖W(xué)研究。美國德雷塞爾大學(xué)的研究人員通過對化石進行3D掃描，利用3D打印技術(shù)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。產(chǎn)品原型。比如微軟的3D模型打印車間，在產(chǎn)品設(shè)計出來之后，通過3D打印機打印出來模型，能夠讓設(shè)計制造部門更好的改良產(chǎn)品，打造出更出色的產(chǎn)品。文物保護。博物館里常常會用很多復(fù)雜的替代品來保護原始作品不受環(huán)境或意外事件的傷害，同時復(fù)制品也能將藝術(shù)或文物的影響更多更遠(yuǎn)的人。最近史密森尼博物館就因為原始的托馬斯·杰弗遜要放在弗吉尼亞州展覽，所以博物館用了一個巨大的3D打印替代品放在了原來雕塑的位置。建筑設(shè)計。在建筑業(yè)里，工程師和設(shè)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(shè)計者的要求，同時又能節(jié)省大量材料。制造業(yè)。制造業(yè)也需要很多3D打印產(chǎn)品，因為3D打印無論是在成本、速度和精確度上都要比傳統(tǒng)制造好很多。而3D打印技術(shù)本身非常適合大規(guī)模生產(chǎn)，所以制造業(yè)利用3D技術(shù)能帶來很多好處，甚至連質(zhì)量控制都不再是個問題。食品產(chǎn)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(dāng)然，到那時可能人工制作的食品會貴很多倍。汽車制造業(yè)。不是說你的車是3D打印機打印出來的（當(dāng)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(guān)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。配件、飾品。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)。4.3D打印的發(fā)展前景4.1．3D打印的國內(nèi)發(fā)展此外，在2012年8月，金屬復(fù)合材料生產(chǎn)商銀邦股份宣布和無錫安迪利捷貿(mào)易公司合資成立飛爾康快速制造科技公司，其注冊資本為5000萬元，銀邦股份參股45%，主營3D打印的金屬粉末生產(chǎn)和銷售。華泰證券點評道，銀邦股份進軍新領(lǐng)域為投資者提供了充分的想象空間。成立于2009年的杭州銘展網(wǎng)絡(luò)科技公司是3D打印機的生產(chǎn)者和代理商。公司是3DSystems部分產(chǎn)品的中國區(qū)代理服務(wù)商，同時也基于開源3D打印技術(shù)制造出了個人3D打印機系列，目標(biāo)是批量生產(chǎn)經(jīng)濟型家用打印機，以方便設(shè)計師、工程師、科技人員甚至普通愛好者的使用。此外，銘展還建立了“我愛3D”設(shè)計作品分享社區(qū)，讓更多人參與創(chuàng)新分享3D打印作品。4.2.3D打印的國際發(fā)展三年前尚處于技術(shù)前沿的3D打印如今已成制造業(yè)中的新興戰(zhàn)略領(lǐng)域。2012年8月，美國總統(tǒng)奧巴馬撥款3000萬美元，在俄亥俄州建立了國家級3D打印添加劑工業(yè)研究中心，并計劃第一步投入5億美元用于3D打印，以確保美國制造業(yè)不繼續(xù)轉(zhuǎn)移到中國和印度。長期跟蹤3D打印行業(yè)的某家咨詢公司表示，2011年，3D打印機的市場規(guī)模為17億美元左右，到2015年該市場將達37億美元。目前全球有兩家三維打印機制造巨頭，分別為Stratasys和3DSystems，均在美國納斯達克上市。不過，這一數(shù)字僅占全球制造市場的0.02%。在飛機、核電和火電等行業(yè)所使用的重型機械、高端精密機械裝備上，傳統(tǒng)的焊接和零部件加固的方法使得部件之間的連接并不牢固，但是使用3D打印技術(shù)，出來的產(chǎn)品是自然無縫連接，結(jié)構(gòu)之間的穩(wěn)固性和連接強度要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)方法。這在飛機、核電等高端裝備制造行業(yè)的應(yīng)用上非常廣泛。5.對于3D打印的爭議有些業(yè)內(nèi)人認(rèn)為，三維打印技術(shù)對制造業(yè)的影響將可與噴墨打印機對文件打印的影響相媲美。15世紀(jì)出現(xiàn)的活字印刷術(shù)讓手寫體變成了印刷體。印刷機同那些可以進行大規(guī)模生產(chǎn)的機器一樣，高效地打印出同一物品的副本，但是，其在打印個性化文件時的效率并不高。后來，噴墨打印機使打印變得更便捷、更廉價、更有個性。如今，盡管傳統(tǒng)打印機仍然打印著大量的書籍和報紙等，但更多的打印任務(wù)是由噴墨打印機來承擔(dān)的，它能按需打印出書籍、標(biāo)簽、照片等。三維打印技術(shù)帶來的變化或?qū)⒏淖冎圃鞓I(yè)的經(jīng)濟面貌。許多人認(rèn)為，這項技術(shù)將讓商業(yè)完全去中心化，逆轉(zhuǎn)伴隨著工業(yè)化到來的城市化進程，人們將不再需要工廠，屆時，每個村莊都將擁有一個由打印機組成的制造廠，制造所需的物品。但是，也有人認(rèn)為，城市的經(jīng)濟和社會利益遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出吸引工人到裝配線上工作的能力。有人堅持認(rèn)為，三維打印技術(shù)減少了對工廠工人的需求，削減低成本、低工資國家的優(yōu)勢，因而會增加發(fā)達國家的生產(chǎn)能力。不過，也有人對此表示懷疑，他們稱，亞洲制造商也有能力采用該技術(shù)，而且，即使三維打印技術(shù)確實會讓生產(chǎn)重回發(fā)達國家，它也無法提供更多的工作機會，因為與標(biāo)準(zhǔn)的制造過程相比，它并非勞動密集型的技術(shù)。而三維打印技術(shù)給物流公司帶來的威脅是顯而易見的，2010年在由中外運敦豪國際航空快遞有限公司（DHL）組織的一次大會上，有人就提出了這種可能性：性：當(dāng)公司能夠在需求產(chǎn)品的地方打印出急需的零部件時，為什么還會從國外空運呢？附件一：市場上的市場上的3D打印機對比名稱公司打印尺寸X/Y分辨率特點層厚價格sk3dPrinterMakerBOTFDM120*120*115小巧0.33600OBJET30OBJET294×192.7×148.6600*600dpi曲面精度高0.02820wEden350/350VOB