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智能制造與3D打印技術(shù)第四講：智能制造的核心技術(shù)

一、

3D打印技術(shù)的概念

3D打印技術(shù)，學(xué)術(shù)上又稱“添加制造”（AdditiveManufacturing,AM）技術(shù)，也稱增材制造或增量制造。根據(jù)美國材料與試驗(yàn)協(xié)會（ASTM）2009年成立的3D打印技術(shù)委員會（F42委員會）公布的定義，3D打印是一種與傳統(tǒng)的材料加工方法截然相反，基于三維CAD模型數(shù)據(jù)，通過增加材料逐層制造的方式。其采用直接制造與相應(yīng)數(shù)學(xué)模型完全一致的三維物理實(shí)體模型的制造方法。3D打印技術(shù)內(nèi)容涵蓋了PLM前端的“快速原型”（RapidPrototyping,RP）和全生產(chǎn)周期的“快速制造”（RapidManufacturing,RM）相關(guān)的所有打印工藝、技術(shù)、設(shè)備類別和應(yīng)用。3D打印涉及的技術(shù)包括CAD建模、測量、接口軟件、數(shù)控、精密機(jī)械、激光、材料等多種學(xué)科的集成。

總之，是以數(shù)字模型為基礎(chǔ)，將材料逐層堆積制造出實(shí)體物品的新興制造技術(shù)，將對傳統(tǒng)的工藝流程、生產(chǎn)線、工廠模式、產(chǎn)業(yè)鏈給合產(chǎn)生深刻影響，是制造業(yè)有代表性的顛覆性技術(shù)。

二、3D打印具有如下特點(diǎn)和優(yōu)勢數(shù)字制造:借助CAD等軟件將產(chǎn)品結(jié)構(gòu)數(shù)字化，驅(qū)動機(jī)器設(shè)備加工制造成器件；數(shù)字化文件還可借助網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳遞，實(shí)現(xiàn)異地分散化制造的生產(chǎn)模式。降維制造（分層制造）:即把三維結(jié)構(gòu)的物體先分解成二維層狀結(jié)構(gòu)，逐層累加形成三維物品。因此，原理上3D打印技術(shù)可以制造出任何復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，而且制造過程更柔性化。堆積制造:“從下而上”的堆積方式對于實(shí)現(xiàn)非勻致材料、功能梯度的器件更有優(yōu)勢。直接制造:任何高性能難成型的部件均可通過“打印”方式一次性直接制造出來，不需要通過組裝拼接等復(fù)雜過程來實(shí)現(xiàn)?？焖僦圃?3D打印制造工藝流程短、全自動、可實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場制造，因此，制造更快速、更高效。三、3D打印技術(shù)特點(diǎn)及發(fā)展歷史3D打印是快速成型技術(shù)的一種，它是一種以數(shù)字模型文件為基礎(chǔ)，運(yùn)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打印通常是采用數(shù)字技術(shù)材料打印機(jī)來實(shí)現(xiàn)的。常在模具制造、工業(yè)設(shè)計(jì)等領(lǐng)域被用于制造模型，后逐漸用于一些產(chǎn)品的直接制造。該技術(shù)在珠寶、鞋類、工業(yè)設(shè)計(jì)、建筑、工程和施工（AEC）、汽車，航空航天、牙科和醫(yī)療產(chǎn)業(yè)、教育、地理信息系統(tǒng)、土木工程、槍支以及其他領(lǐng)域都有所應(yīng)用。3D打印技術(shù)出現(xiàn)在20世紀(jì)90年代中期，實(shí)際上是利用光固化和紙層疊等技術(shù)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(jī)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(jì)算機(jī)上的藍(lán)圖變成實(shí)物。這打印技術(shù)稱為3D立體打印技術(shù)。3D打印流程三、3D打印技術(shù)特點(diǎn)及發(fā)展歷史1986年，美國科學(xué)家CharlesHull開發(fā)了第一臺商業(yè)3D印刷機(jī)。1993年，麻省理工學(xué)院獲3D印刷技術(shù)專利。1995年，美國ZCorp公司從麻省理工學(xué)院獲得唯一授權(quán)并開始開發(fā)3D打印機(jī)。2005年，市場上首個高清晰彩色3D打印機(jī)SpectrumZ510由ZCorp公司研制成功。2010年11月，美國JimKor團(tuán)隊(duì)打造出世界上第一輛由3D打印機(jī)打印而成的汽車Urbee問世。2011年6月6日，發(fā)布了全球第一款3D打印的比基尼。三、3D打印技術(shù)特點(diǎn)及發(fā)展歷史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(jī)。2011年8月，南安普敦大學(xué)的工程師們開發(fā)出世界上第一架3D打印的飛機(jī)。2012年11月，蘇格蘭科學(xué)家利用人體細(xì)胞首次用3D打印機(jī)打印出人造肝臟組織。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(shù)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(shè)計(jì)制造出3D打印金屬手槍。三、3D打印技術(shù)特點(diǎn)及發(fā)展歷史類型累積技術(shù)基本材料擠壓熔融沉積式(FDM）熱塑性塑料，共晶系統(tǒng)金屬、可食用材料線電子束自由成形制造(EBF)幾乎任何合金粒狀直接金屬激光燒結(jié)（DMLS）幾乎任何合金電子束熔化成型（EBM）鈦合金選擇性激光熔化成型(SLM)鈦合金，鈷鉻合金，不銹鋼，鋁選擇性熱燒結(jié)（SHS）熱塑性粉末選擇性激光燒結(jié)（SLS）熱塑性塑料、金屬粉末、陶瓷粉末粉末層噴頭3D打印石膏3D打印(PP)石膏層壓分層實(shí)體制造（LOM）紙、金屬膜、塑料薄膜光聚合立體平板印刷（SLA）光硬化樹脂數(shù)字光處理(DLP)光硬化樹脂3D打印技術(shù)分類四、3D的材料、設(shè)備和分類

四、3D的材料、設(shè)備和分類

四、3D的材料、設(shè)備和分類

四、3D的材料、設(shè)備和分類

四、3D的材料、設(shè)備和分類

五、3D打印技術(shù)的產(chǎn)業(yè)鏈五、3D打印技術(shù)的產(chǎn)業(yè)鏈五、3D打印技術(shù)的產(chǎn)業(yè)鏈六、中國3D打印的環(huán)境分析六、中國3D打印的環(huán)境分析六、中國3D打印的環(huán)境分析七、中國3D行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀七、中國3D行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀七、中國3D行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀七、中國3D行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀七、中國3D行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀七、中國3D行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀八、3D打印技術(shù)應(yīng)用實(shí)例2019年1月14日，美國加州大學(xué)圣迭戈分校首次利用快速3D打印技術(shù)，制造出模仿中樞神經(jīng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的脊髓支架，成功幫助大鼠恢復(fù)了運(yùn)動功能。2019年4月15日，以色列特拉維夫大學(xué)研究人員以病人自身的組織為原材料，3D打印出全球首顆擁有細(xì)胞、血管、心室和心房的“完整”心臟，這在全球尚屬首例（3D打印心臟）3D打印的復(fù)雜零件八、3D打印技術(shù)應(yīng)用實(shí)例3D打印的能發(fā)射真正子彈的手槍咆哮的霸王龍摩托車八、3D打印技術(shù)應(yīng)用實(shí)例3D打印的航空零件3D打印的火箭噴射器3D打印的無人機(jī)樣機(jī)3D打印商業(yè)無人機(jī)八、3D打印技術(shù)應(yīng)用實(shí)例國內(nèi)首臺空間在軌3D打印機(jī)日本研發(fā)的3D打印肝臟模型3D打印的頭蓋骨八、3D打印技術(shù)應(yīng)用實(shí)例3D打印的胸腔北京大學(xué)成功實(shí)施世界首例3D打印脊椎植