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1、书山有路 摘要 3D打印 3D 1 3D打印一个时代的开启Printing 技术作为快速成型领域的一种新兴技术 目前 正成为一种迅猛发展的潮流 近一段时间 3D打印技术吸引了国内外新闻媒体和社会公众的热切关注 英国 经济学人 杂志2011年2月刊载封面文章 对3D打印技术的发展作了介绍和展望 文章认为 3D打印技术未来的发展将使大规模的个性化生产成为可能 这将会带来全球制造业经济的重大变革 很多新闻媒体乐观地认为 3D打印产业将成为下一个具有广阔前景的朝阳产业 关键词 3D打印 划时代 发展战略何为3D打印呢 3D打印始于上世纪90年代 基本原理是断层扫描的逆过程 断层扫描是把某个东西切成无数
2、叠加的片 3D打印则是一片一片地打印 然后叠加到一起 成为一个立体物体3D打印机就是可以打印出真实3D物体的一种设备 功能上与激光成型技术一样 采用分层加工叠加成形 即通过逐层增加材料来生成3D实体 与传统的去除材料加工技术完全不同称之为打印机是参照了其技术原理 因为分层加工的过程与喷墨打印十分相似3D打印机又叫快速成型机 3D打印机可支持多种材料 较为普遍的有树脂尼龙石膏塑料等可塑性较强的材料 全球最大最贵的3D打印机 可以用激光烧结直接制造复杂的塑料金属和合金元件3D打印技术的程序是 首先要在电脑屏幕上设计出所要打印物品的蓝图 然后设计出形状以及颜色 最后按下打印按钮即可 你可以看到附近的
3、一台带有喷嘴的机器 将你需要的物品慢慢打印出来 3D打印技术发展历史 书山有路 2 3D打印的发展现状目前在3D打印领域比较著名的公司有3DSystemZ CorporationObjectGeometries等经历十多年的探索和发展后3D打印无论在技术造价还是应用领域方面都有了长足的进步在打印技术方面目前主流打印机能够在0 01mm的单层厚度上实现600dpi分辨率的打印精度较先进的产品已经具备每小时1英寸以上的垂直打印速率并可实现24位色彩的彩色打印 于打印的材料涵盖从石料金属到目前占主流地位的高分子材料甚至是面粉蛋白粉等食品原料目前已经开发出的可打印材料约为14类可混搭出一百多种耗材在造
4、价方面3D打印机的售价正在迅速降低MakerBot公司新推出的低端打印机Replicator2的售价已经下降到2199美元高端的Replicator2X也仅售2799美元预计几年后家用型的3D打印机会降价到100美元以内3D打印的应用领域近年来 3D打印技术发展迅速 在各领域都取得了长足发展 已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 书山有路了一定应用 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 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
5、问世 家用器具模型也被用于企业的宣传营销活动中 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 航空航天国防军工 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 生物医疗 可应用于人造骨骼牙齿 助听器 假肢等的制作 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 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 AEC 模拟 教育 可应用于模型验证科学假设 用于不同学科实验教学 在北美的一些中学 普通高校和军事院校 3D打印机已经被用于教学和科研
6、 个性化定制 可提供基于网络的数据下载电子商务的个性化打印定制服务从市场应用份额看 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 3D打印的最新成果德国 利用3D立体打印技术研制出人造血管德国科学家日前利用3D立体打印技术成功研制出了一种人造血管 该项研究成果将有望被用于人体试验和药物测试随着生物医疗技术的飞速发展 科学家们已经成功制造出了人造肠道和人造气管等小型人体器官 但大型人造器官的制造却频频遭遇瓶颈 其主要原因是缺乏制造毛细血管的相应技术 进而不能给大型人造器官输送
7、必要的养料 也就不能维持其正常存活和运行经过多年的不懈探索 这一难题现在已经被德国弗劳霍夫研究所的科学家们攻克 他们运用化合高分子材料结合能够有效抵抗排异反应的生物分子制作出了一种特殊的印刷墨水 其印制出来的物质经化学反应后能够形成一种有弹性的固体 方便科学家根据人类血管构造将其雕塑成3D立体人造血管实际上 3D立体打印技术的精细度十分惊人 为了制造出相似度最高的人造血管 科学家还运用了双光子聚合技术 利用镭射光刺激人造血管材料分子交联化 之后将成形的血管植入细胞内壁据悉 此项研究成果将有力推动大型人体器官的制造虽然移植人造器官的梦想还很遥远 不过人体器官制造技术的飞速发展可以给人类医学研究带
8、来更有效更人道的实验手段 譬如研发新药物时用人造器官取代动物来做实验 3 书山有路 美国 3D打印皮肤修复伤口利用器官移植治病已有历史 却因为捐赠器官有限而难以满足患者需求 越来越多科研人员因此另辟蹊径 寄希望于人造器官例如 打印皮肤用来修复伤口这听起来不可思议 却并非遥不可及美国韦克福雷斯特再生医学研究所人员正在开发生物打印机 它可以用激光扫描伤口 获得大小形状薄厚等数据 接着根据这些数据释放皮肤细胞 直接喷到伤口 就像喷墨打印机把细小墨滴喷到纸上负责生物打印机研制的安东尼阿塔拉说 可以在实验室里培养和繁殖伤员皮肤细胞 装填进打印机 或许8个星期就能培养出覆盖全身的皮肤细胞老鼠实验显示 打印
9、皮肤可以使伤口愈合时间缩短两星期 研究人员预计3至5年后可以用人体测试打印机的性能 加拿大 3D打印汽车亮相据报道 世界上第一辆打印汽车日前在加拿大亮相 其耐用又环保时尚的特点令许多传统汽车都相形见绌这辆3D打印汽车名叫Urbee 是一辆三轮双座混合动力车它使用电池和汽油作为动力虽然单缸发动机制动功率只有8马力 但由于其小巧轻便 最高时速可达112公里先进的3D立体打印技术不仅使Urbee具 4 书山有路有时尚前卫的流线型外观 还减少了制造过程中对原材料的浪费 可谓是名副其实的环保车型与许多其他奇特的新概念汽车不同 这款汽车将会更加经久耐用 至少能使用30年据估计 Urbee售价可能在5万美元
10、左右 但批量生产后价格会下降该发明团队的负责人吉姆科尔说 可以说 这辆汽车的研发具有里程碑意义吉姆对于Urbee的前景充满了信心 他说 运用3D立体打印技术设计和制造车辆彻底改变了我对车辆制造业未来远景的展望这项技术定将有力推动数码制造业的发展 中国3D打印产业的发展现状自上世纪90年代起 我国的科研机构也已经开始研发自主知识产权的3D打印机清华大学 北京航空航天大学 华中科技大学 西安交通大学等高校都取得了不俗成绩基本与西方发达国家处于同一水平 研制出了多种类型的3D打印装备和材料 其中北京航空航天大学率先研发出飞机钛合金大型复杂整体构件激光成型技术 这是国际上3D打印领域内的重大突破 华中
11、科技大学研发的大型3D打印机可通过激光将原材料制造成复杂的工业零部件或生活用品 2012年底工信部宣布加强顶层设计和统筹规划以推动3D打印产业化并组织制定发展路线和中长期发展战略完善3D打印的技术规范与标准一些中小企业成为国外3D打印设备的代理商 经销全套打印设备成型软件和特种材料还有一些中小企业购买了国内外各类3D打印设备 专门为相关企业的研发生产提供服务其中 广东省工业设计中心杭州先临快速成型技术有限公司等企业 设立了3D打印服务中心 发挥科技人才密集的优势 向国内外客户提供服务 取得了良好的经济效益我国发展3D打印产业的战略意义当前 全球正在兴起新一轮数字化制造浪潮发达国家为解决近年来制
12、造业竞争力下降的难题 大力倡导再工业化再制造化战略 提出智能机器人人工智能3D打印技术是实现数字化制造的关键技术 并希望通过这三大数字化制造技术的突破 巩固和提升制造业的主导权 虽然3D打印等数字化制造的核心技术仍处在发展的初级阶段 产业还不成熟 但在产品设计复杂和特殊产品生产个性化服务等方面已显示其独特优势 所以 我们应充分认识智能制造数字化制造对我国的深刻影响 加快3D打印产业的发展 推动我国由工业大国向工业强国转变 总结 5 书山有路通过以上分析可以看出 目前3D打印技术具有以下特点 美国和欧洲在3D打印技术上占有领先地位 中国3D技术起步较晚 但是发展比较快 具有广阔的发展前景 3D打
13、印应用领域广阔 涉及到了生活的各个方面 在未来的生活里 3D打印产品将占据很大的市场 3D打印作为一个新兴的产业 发展速度迅猛 有很广阔的发展空间 我国应加强对3D打印研究的科研力度 研发自主知识产权 在未来的3D革命新时代占据一席之地 参考文献 1 王灿才 3D打印的发展现状分析 J 丝网印刷 2012 9 37 41 2 王雪莹 3D打印技术与产业的发展及前景分析 J 中国高新技术企业 2012 26 3 5 3 王忠宏 李扬帆 张曼茵 中国3D打印产业的现状及发展思路 2013 1 90 93 4 古丽萍 蓄势待发的3D打印机及其发展 J 数码印刷 2011 10 64 67 5 黄健 姜山 3D打印技术将掀起 第三次工业革命 新材料产业 2013 1 62 67 6 许廷涛 3D打印技术 产品设计新思维 全球IT新浪潮 2012 9 5 7 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 1184 1186 李青 王青 3D打印 一种新兴的学习技术 北京邮电大学 2013 04 29 35 9 蔡恩泽 3D打印颠覆传统制造业 中国中小企业 2012 11 46 47 Walters P landmark developmentstrategy 6
