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1、3D打印技术与未来 组员 万自洋 指导老师 付果喻小眀 2013年5月5日 25岁的德克萨斯大学法律系学生科迪 威尔森首次完全使用3D打印技术制造出一把手枪 并成功发射了子弹 随后他把手枪的设计图纸发布在自己的网站DEFCAD上 自从上传3D打印手枪图纸以来两天 下载量就已超过10万次 来自美国旧金山的DivergentMicrofactories DM 公司推出了世界上首款3D打印超级跑车 刀锋 Blade 此外由于整车质量很轻 整车质量仅为1400磅 约合0 64吨 从静止加速到每小时60英里 96公里 仅用时两秒 轻松跻身顶尖超跑行列 创新 高效 快速 3D打印技术原理和材料 3D技术应
2、用 3D打印技术发展与阻碍 目录 3D打印原理和材料 一 原理 3D打印是利用设计产品的3D数据 采用分层 叠加成形的原理进行打印 其工艺流程一般可分为三维建模 数据分割 打印 后处理四步 三维建模 分割三维数据成二维 打印 后处理 1 三维建模 三维建模是3D打印的基础 即在打印之前需在三维软件中对所制作产品进行建模 因此3D打印需计算机辅助设计 CAD 技术的参与 建模过程可使用AutoCAD Pro e Solidworks等主流软件完成 需注意的是在整个建模过程中产品尺寸要准确无误 打印机是严格根据这些数据来控制产品最终外形的 2 分割三维数据成二维数据 在三维建模完成后 打印机将三维
3、数据分割为二维数据 即把整个三维模型沿水平面 切割 成一定数量的二维薄片 对应每一个薄片生成其平面尺寸数据 此过程是在打印机内部完成的 切成薄片的数量是由制作材料及打印机自身决定的 理论上讲 分割的层数越多 薄片数量越多 将来打印出的产品尺寸也就越接近于原始设计数据 3 打印 现在的3D打印技术大家到百度上查一下都可以有一定的了解 大概就是运用堆积方法 或者是用激光烧结的方法 堆积方法 我知道的就是用塑料融化后 通过机器喷头挤出丝 让挤出的丝一层一层的叠加 最终达到成品的目的激光烧结法 我知道的激光烧结方法包括光敏树脂烧结 和金属烧结 其中光敏树脂是液体状态 用于受到光的作用让其固化达到效果
4、而金属是粉末状态 然后用激光烧结后粘接在一起 实现成品的 效果 4 后处理 打印好的三维产品要经过后处理才能出厂或使用 后处理工艺一般包括剥离 固化 修整 上色等 此类设备在运行时会先在产品底部喷出一定高度的底座来 然后在此基础上打印正式产品 这样做的好处是可避免因产品底部与工作台直接接触在剥离时而成的损坏 因此当打印好后只需将此底座整个拿下并仔细与产品剥离即可 对于使用树脂等材料加工的产品还需进行光固化 固化后在经一定的细节修整和上色等工艺就可完成整个打印过程 总的来说 其原理很简单 每一层的打印过程分为两步 首先在需要成型的区域喷洒一层特殊胶水 胶水液滴本身很小 且不易扩散 然后是喷洒一层
5、均匀的粉末 粉末遇到胶水会迅速固化黏结 而没有胶水的区域仍保持松散状态 这样在一层胶水一层粉末的交替下 实体模型将会被打印成型 完成后 要处理掉物品周围沾满的粉末 这是可以循环利用的 再涂上增强硬度的胶水 STEP1 3D打印概况 和传统打印技术比较 3D打印机 传统打印机 二 主要打印材料 ABS系列材料 ABS稳定的材料特性 有助进行准确的功能性测试 优越的机械性能及热性能材料 能够制作贴近真实产品的3D原型 不同型号材料有不同性能指标 光敏树脂材料 性能和特点接近ABS材料的光敏树脂 表面细节光滑细腻 世界上唯一能够在一个单一的三维打印模型结合不同的成型材料添加剂层制造 软硬胶结合 透明
6、与不透明材料结合 蜡质材料 喷蜡立体打印 表面光滑 蜡模生产系统 用于精密铸造 超越以前纯模型制作与展示功能 可用于标准熔模材料和铸造工艺的熔模铸造应用 是制作珠宝 服饰 医疗器械 机械部件 雕塑 复制品 收藏品进行石蜡模型失蜡铸造工艺 尼龙系列材料 以固体粉末材料直接成型三维实体零件 不受零件形状复杂程度的限制 不需要任何的工装模具 直接将CAD三维模型转换为实体零件 具有杰出的机械性能和耐温性能 常用于功能原型的制作 表面相对来讲比较粗糙 但都能充分满足设计师所要表达样件功能验证效果 高性能复合石膏材料 提供丰富颜色选项目 从64种基本色到无限延伸的颜色组合 满足不同需求 表面相对来讲比较
7、粗糙 但都能满足设计所要表达效果 非常适合制鞋 服装 手袋 建筑模型 玩具设计外观表现效果表达和3D照相馆人像和个性化定制 材料 taulman645 Taulman3D日前宣布推出一款采用1 75mm尼龙聚合物的名为taulman645打印材料 taulman645具有非常高的强度 耐久性和优异的粘连性 Taulman3D官方称目前该款3D打印材料的成型效果甚至与金属材料相媲美 高强度超耐用的注塑材料 3DSystems发布了最新的注塑材料VisiJetM3Black 这种新材料主要提供给ProJet3500 3510professional工业级3D打印机使用 VisiJetM3Black
8、是目前3DSystems推出的最结实和最耐用的材料 它有点类似注塑的材料 能够经受严格的测试与使用 VisiJetM3Black非常适用于各种卡扣结构和强度要求非常高的应用场合 新型弹性材料 知名3D打印服务商Shapeways近日发明一种名为ElastoPlastic的新型弹性3D打印材料 其最大的特点是即使成型之后 仍然具有一定的柔韧性 支持外界用力挤压 扭曲甚至是拉扯等 并且弹性十足 回弹效果十分出色 有趣的是 它还能够防水 可以作为容纳液体的容器使用 据悉这里材料支持3D激光打印机层层烧结成型 不过它并不耐火 高温和不太适合制作细小的物件 目前它还处理测试阶段 材料 Laywood D
9、3 德国Laywood D3丝材是非常常用的打印材料 主要是由PLA和木粉混合制成的 打印出来的物件材质手感很不错 还带有特殊的木质香气 材料硬度不高 容易变形 不适合需要承载高强度应力的应用 超韧性材料 巴黎时装周上模特在T台展示3D打印时装 是由Materialise公司发明的一种新材料 TPU92A 1构成 这种材料超强的物理性能 这种材料拥有非常好的弹性和韧性 能够在受到高强外力的情况下快速恢复原来形状 STEP2 3D打印应用 美国一家儿科医学中心利用3D打印技术成功制造出全球第一颗人类心脏 这颗用塑料打印出的心脏可以像正常人类心脏一样正常跳动 外科医生能够利用3D打印心脏来练习复杂
10、的手术 3D打印血管德国Fraunhoferinstitutes的跨学科研究小组宣布 解开了3D打印血管的奥秘 3D打印骨头Open3DP创新小组向世界宣布3D打印在骨头上的应用 医疗 鞋子 耐克推全球第一款3D打印足球鞋这项新技能的运用意味着耐克能够在更短的时刻内依据靴子的原型作出一些改动 并且这款靴子比曾经的鞋子愈加轻盈且能减缩短跑时刻 纽拜伦利用3D打印技术制造的跑鞋 服饰 3D打印的服装 类似橡胶的新型材料 手镯 面饰 白色尼龙制作出来的胸衣配饰 羽毛状衣服 首款开源微缩模型游戏IllGottenGames团队发明了PocketTactics 口袋战术 首款用3D打印的开源微缩模型游戏
11、 游戏包括了人物小雕像 小棋子 骰子 都可以从Thingiverse下载 然后用MakerBot打印 Tinkercad是一个基于网页的CAD程序 用户可以轻松地扩展和修改游戏 娱乐 诡异 X Cube 魔方由丹麦学生克里斯蒂安森发明 魔方分为多个坐标轴不同种拼接方式 一共有52个可以活动部件 102个小模块组成 拥有1250000的11次方组不同组合 在线定制Android公仔 吉他3DSystems公司以GibsonLesPaul系列作为蓝本的3D打印吉他的身躯 STEP3 3D打印发展与阻碍 STEP3 3D打印发展与阻碍 根据国际快速制造行业权威报告 Woh1erSReport2011
12、 发布的调查结果 全球3D打印产业产值在1988 201O年间保持着26 2 的年均增长速度 报告预期 3D打印产业未来仍将持续较快地增长 12016年 包含设备制造和服务在内的产业总产值将达N31亿美元 2020年将达 152亿美元 3D打印技术要进一步扩展其产业应用空间 目前仍面临着多方面的瓶颈和挑战 一是成本方面 现有3D打印机造价仍普遍较为昂贵 给其进一步普及应用带来了困难 二是打印材料方面 目前3D打印的成型材料多采用化学聚合物 选择的局限性较大 成型品的物理特性较差 而且安全方面也存在一定隐患 三是精度 速度和效率方面 目前3D打印成品的精度还不尽人意 打印效率还远不适应大规模生产的需求 而且受打印机工作原理的限制 打印精度与速度之间存在严重冲突 四是产业环境方面 3D打印技术的普及将使产品更容易被复制和扩散 知识产权将会受到担忧 制造业面对的盗版风险大增 现有知识产权保护机制难以适应产业未来发展的需求 总之 从中长期看来3D打印产业具有较为广阔的发展前景 但目前产业距离成熟阶段尚有较大距离 对于3D打印市场规模的短期发展不宜过分高估 因此 现阶段产业界对3D打印领域的投入应以加强创新研发 技术引进和储备为主 尤其要重视自主知识产权的建设和维护 争取在未来的市场竞争中占据有利地位
