8937 3d打印技术及应用.doc

3D打印技术及应用摘要3D打印技术作为具有前沿性、先导性的新兴技术，正在使传统生产方式和生产工艺发生深刻变革。3D打印技术将以其革命性的“制造灵活性”和“大幅节省原材料”在制造业掀起一场革命。3D打印技术在工业领域的应用，重点是解决传统制造技术无法解决的高难度、复杂的、个性化设计制造的难题。本文分析了3D打印技术的国内外发展现状以及其主要应用领域，并对3D打印技术大规模应用所面临的问题及今后的发展趋势进行了分析。关键词：3D打印；应用领域；趋势引言近几年来，3D打印技术受到国内外新闻媒体和社会公众的热切关注和追捧，被认为是最近20年来世界制造技术领域的一次重大突破，英国经济学人杂志认为它将与其他数字化生产模式一起推动实现新的工业革命。3D打印技术，又称“三维打印技术”，即快速成型技术的一种，是指通过可以“打印”出真实物体的3D打印机，采用分层加工、叠加成形的方式逐层增加材料来生成3D实体。一、3D打印基本原理3D打印是“增材制造”的主要实现形式。“增材制造”的理念区别于传统的“去除型”制造。传统数控制造一般是在原材料基础上，使用切割、磨削、腐蚀及熔融等办法，去除多余部分，得到零部件，再以拼装、焊接等方法组合成最终产品。而“增材制造”与之截然不同，无需原胚和模具，就能直接根据计算机图形数据，通过叠加材料的方法生成任何形状的物体，简化产品的制造程序，缩短产品的研制周期，提高效率并降低成本。二、3D打印技术的发展现状（一）3D打印技术在国外的发展现状 经过十多年的探索和发展，3D打印技术有了长足的进步，目前已经能够在0. 0lmm的单层厚度上实现600dpi的精细分辨率。目前国际上较先进的产品可以实现每小时25mm厚度的垂直速率，并可实现24位色彩的彩色打印。目前在欧美发达国家，3D打印技术已经初步形成了成功的商用模式。如在消费电子业、航空业和汽车制造业等领域，3D打印技术可以以较低的成本、较高的效率生产小批量的定制部件，完成复杂而精细的造型。另外，3D打印技术获得应用的领域是个性化消费品产业。如纽约一家创意消费品公司Quirky通过在线征集用户的设计方案，以3D打印技术制成实物产品并通过电子市场销售，每年能够推出60种创新产品，年收入达到 100万美元1。（二）3D打印技术在国内的发展现状 随着3D打印技术的巨大潜力在国外各个领域的应用中逐渐显现出来，中国的科研界和工业领域专家也开始逐渐关注并投入到3D打印大军中。从1991年开始，20多年间，国内学术界和制造界对3D打印技术的研究突飞猛进。仅过去一年，中国3D市场的需求量相较2015年有了成倍的增长，“3D打印”这一概念也逐渐推广进入了中国消费者的日常生活中2。然而，3D打印技术依托信息科技、精密机械技术及材料科学等多项国际尖端技术，而中国的3D打印行业在这些技术领域仍存在很多不足之处。首先是材料种类和性能的限制，特别是国内对于金属原料的制造的核心技术还没有完全掌握，使3D打印的大部分产品仍限制在塑料制品的范畴内。其次，3D打印设备的核心零部件如激光扫描仪仍需依靠国外进口，受制于国内有限的工业设计能力和有待提高的自动化控制系统水平，自主研发的打印机器在打印精度、工艺的稳定性等方面仍与国外先进水平存在相当大的差距，这使国内的商用3D打印生产成本持续居高不下，严重阻碍了中国3D打印行业的快速发展。二、3D打印技术的应用领域近年来，3D打印技术发展迅速，在各领域都取得了长足发展，己成为现代模型、模具和零部件制造的有效手段，在航空航天、汽车摩托车、家电、生物医学等领域得到了一定应用，在工程和教学研究等领域也占有独特地位。具体应用领域包括3：（一）工业制造可应用于产品概念设计、原型制作、产品评审、功能验证。制作模具原型或直接打印模具，直接打印产品，3D打印技术制造的小型无人飞机、小型汽车等概念产品已问世，家用器具模型也被用于企业的宣传、营销活动中。对于航空航天和军工领域，可对形状复杂、尺寸微细、性能特殊的零部件、机构进行直接制造。（二）文化创意和数码娱乐可作为形状和结构复杂、材料特殊的艺术表达载体。科幻类电影阿凡达运用3D打印技术塑造了部分角色和道具，3D打印技术制造的小提琴接近了手工艺的水平。 （三）生物医疗对于医学方面，选择3D打印技术合成的毛细血管，有着极佳的的弹性以及与人体相容性外，并且在替换坏死的血管方面有着比较大的应用潜力。3D打印也可以和人造器官相结合，可以在药物研发中减少动物的必要死亡，对生态环境也有着巨大的积极作用。同时也可应用于人造骨骼、牙齿、助听器、假肢等的制作。（四）消费品可应用于珠宝、服饰、鞋类、玩具、创意DIY作品的设计和制造。利用3D打印制作蜡模，通过精密铸造实现首饰和工艺品的快速开发和个性化定制。（五）建筑工程可应用于建筑模型风动实验和效果展示，建筑工程和施工模拟，建筑总体与装修展示评价。利用3D打印技术可实现模型真彩及纹理打印的特点，可快速制造出建筑的设计模型，进行建筑总体布局、结构方案的展示和评价。（六）教育对于教育行业，它的价值就在于它可以得到对事物更直观更理性的研究机会，而恰恰是这种机会在以前可以说是一个不可能完成的任务。对于3D打印技术可以轻易地打印三维立体的物体这种神奇的特性来说，对其的研究为学习活动的开展提供了新的可能。教师在教学过程中利用3D打印制作的教学用具，可以扩展学习者的感觉和知觉增强触觉体验，弥补常态课堂直接经验不足的劣势，同时，教师也将隐性知识和认知结构显性化，使学习资料由抽象化转变成为具体化，具体化转变成为形象化，视觉复杂化转变成为认知简单化。这样就能够强化学生的思路使之更加清晰，强化学生的逻辑思维以及理解能力。从而从根本上实现了教师教学改革.也使得学生的学习效率成倍提升。从市场应用份额看，3D打印技术应用在汽车及零配件领域占37%，在消费品领域占18.2%，应用于航空航天和国防军工占13.7%，在商业机器领域占11.2%，在医疗领域占8. 8 %，在科研方面占8. 6% 。三、3D打印技术大规模应用所面临的问题3D打印技术大规模应用于各领域，还有以下几个很重要的问题需要解决：首先是设计工具需要进一步优化：需要新工具来优化形状和材料性能；二是可用材料需要持续拓宽：目前可适用的材料成熟度跟不上3D打印市场的发展，材料对人体的安全性与对环境的友好性都还存在不少问题；三是生产过程需要加强工艺控制：为提高连贯性、重复性和统一性，需要建立装备认证标准，并对生产过程进行内部件监控和闭环反馈；四是信息不对称、市场认可度低：3D打印作为一种新技术被中国市场认可和接受仍然还有很长一段路要走，需要上下游一起推动，也需要相关政策的支持与鼓励。四、3D打印技术的发展趋势（一）不断扩大产品生产总量占有率近年来3D打印技术持续发展，成本的大幅降低使其已经从研发的小众空间向主流市场进军，发展势头不可阻挡，已经成为社会广泛关注、民用市场迅速崛起的新领域。3D打印制作的模型、礼品、纪念品乃至工艺品的应用，极大吸引了社会关注和投入，发展加速，市场开始呈现量与质的双飞跃。据预测，2023年3D打印成品将占产品生产总量的50%4。（二）不断扩大在图形艺术领域的应用随着3D打印技术的不断突破，新材料的日益改善，3D打印的速度、尺寸在不断提高，其技术在不断优化，应用领域在不断扩展，特别是在图形艺术领域的潜力，三维的概念模型能更好地传达制作者的想法或解决方案，一张图可以胜过几百甚至上千个文字的描述。专业人士坚信个性化或定制化的3D打印可以将一个所想象的三维模型即时摆在眼前，能够快速改进产品，增长幅度将超过想象，将会改变社会各种应用的未来。结语目前，3D打印产业规模逐步扩大，行业分布越发密集化，整体显现良好的发展趋势。3D打印技术作为前沿性、先导性的新兴技术，打破了传统工艺和行业制造的限制，因其而发展起来的节约资源、低成本、高精度的新兴制造工艺具有传统工艺无可比拟的优势，具有十分广阔的前景。参考文献1Gartner Inc，上海市科学学研究所.新兴技术的炒作周期曲线R. 2011.2古丽萍.蓄势待发的3D打印机及其发展J.数码印刷，2011，(10)3刘厚才，莫健华，刘海涛.三维打印快速成形技术及其应用J.机械科学与技术,2008 , ( 9 ).4陈步庆，林柳兰，陆齐，等.三维打印技术及系统研究J.机电一体化.2005 . ( 4 ).