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1、.,3D打印技术,.,一. 概述,3D打印技术是一种以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。之所以叫“打印机”，是因为它与普通打印机工作原理基本相同，借鉴了打印机的喷墨技术，只不过，普通的打印机是在纸上喷一层墨粉，形成二维(2D)文字或图形，而3D打印喷出的不是墨粉，而是融化的树脂、金属或者陶瓷等“印材料”，打印机内装有液体或粉末等，与电脑连接后，通过电脑控制把“打印材料”一层层叠加起来，则能“打”出三维的立体实物来。,.,一. 概述,一般情况下，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
2、后是喷洒一层均匀的粉末，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。 打印耗材由传统的墨水、纸张转变为胶水、粉末，当然胶水和粉末都是经过处理的特殊材料，不仅对固化反应速度有要求，对于模型强度以及“打印”分辨率都有直接影响。 除了可以表现出外形曲线上的设计，结构以及运动部件也不在话下。如果用来打印机械装配图，齿轮、轴承、拉杆等都可以正常活动，而腔体、沟槽等形态特征位置准确，甚至可以满足装配要求，打印出的实体还可通过打磨、钻孔、电镀等方式进一步加工。同时粉末材料不限于砂型材料，还有弹性伸缩、高性能复合、熔模铸造等其它材料可供选择。,.,二. 3D打印的应用,1. 军事领域应用 3D
3、打印技术在军事战略方面拥有巨大的潜能，许多军用产品是高价值、复杂和少量生产或定制的，需要持续更换零件，如无人驾驶飞行器（无人机）、军人的轻重量装备和盔甲、便携式电源设备、通讯设备、地面机器人等，这些部件将最有机会转化为3D打印制造方式。预计在未来1012年内，军方将会成为3D打印技术的主要使用者之一。,.,一. 3D打印的应用,1. 军事领域应用 例如 美国航空航天国防武器装备使用激光直接沉积增材制造已在武装 直升机、AIM 导弹、波音7X7 客机、F/A-18E/F、F22 战机等方面 均有实际应用。而我国歼-15舰载机等新研制的机型，也广泛使用 了3D打印技术制造钛合金主承力部分，包括整个
4、前起落架。飞机 钛合金主承力结构件，如下图所示。,.,一. 3D打印的应用,1.军事领域应用,飞机钛合金主承力结构件,.,一. 3D打印的应用,1.军事领域应用,飞机钛合金主承力结构件,.,二. 3D打印的应用,1. 军事领域应用 例如 由于工作环境恶劣，飞机结构件、发动机零部件、金属模具等高 附加值零部件往往因磨损、高温气体冲刷烧蚀、高低周疲劳、外 力破坏等因素导致局部破坏而失效。如果这些零部件报废的话， 将使制造、使用方蒙受巨大的经济损失。激光直接沉积技术因激 光的能量可控性、位置可达性高等特点逐渐成为其关键修复技术。 激光直接沉积技术的典型应用，如下图所示。,.,二. 3D打印的应用,1
5、.军事领域应用,激光直接沉积修复,.,二. 3D打印的应用,1. 军事领域应用 例如 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。随后他把手枪的设计图纸 发布在自己的网站DEFCAD上。3D枪支打印图以CAD文件的形式传播， 需要专业软件来阅览，接着便需要3D打印机来一个个打印零件， 组装成手枪。3D打印枪支，如下图所示。,.,二. 3D打印的应用,1. 军事领域应用,.,一. 3D打印的应用,2航空航天领域 航空航天业希望获得重量轻、强度大、可靠性好等苛刻要求又为大幅提升AM技术性能指标提供了很好的客观环境。例如：在航空发动机领域，从
6、购买原材料到最终加工成零部件，如使用传统制造技术材料的利用率有的仅在10%20%，很多贵重金属材料都被切成废屑, 浪费了原材料、 刀具、工时和能源；如使用增材制造技术理论上可以实现材料100%的利用。3D技术可以加工复杂零部件，且更省材料、时间和能源，因此，在航空航天、大型船舰维护等“高精尖”领域很有优势。3D打印的航空发动机燃烧室及燃油喷嘴，如下图所示。,.,二. 3D打印的应用,2航空航天领域,燃烧室及燃油喷嘴,.,二. 3D打印的应用,波音公司的军民项目、无人飞机的研发阶段都采用AM轻量化的高度集成系统和承力部件，如下图所示。,.,二. 3D打印的应用,基于AM的复杂结构性能分析正在成为
7、新的热点研究领域，正在催生一种可用于复杂结构设计和性能预测分析的软件工具。如下图所示这种桁架结构。,.,二. 3D打印的应用,3医疗领域 目前，3D打印已成功应用于定制植入物、假体和组织支架。SLS选区激光烧结、SLM选区激光熔融和EBM电子束熔融三种AM技术在欧洲和美国获得了医用许可。主要有两类医用材料：坚固耐用的塑料和具有生物兼容性的金属材料，如医用级TC4钛合金和Co-Cr合金，如图3-14所示。,医用钛合金,.,二. 3D打印的应用,快速制造具有各种内部复杂结构的人体解剖模型，用于医学教育的直观讲解，如图3-16所示。,.,二. 3D打印的应用,4.车辆制造领域 3D打印在交通工具零部
8、件制造中的使用机会巨大，尤其适用于生产高端的专业级小型汽车零部件。由于可以免去模具等工装制作成本，缩短开发周期，故3D打印技术也非常适合汽车零部件研发过程中小批量产品的制作。 据报道,2014年9月3D打印的汽车,如下图所示，这辆汽车只有40个零部件，建造它花费了44个小时，最低售价1.1万英镑。,.,二. 3D打印的应用,4.车辆制造领域,3D打印汽车,.,二. 3D打印的应用,5. 在建筑领域的应用 据报道,2014年8月21日，采用超大型3D打印机，10幢3D打印建筑在上海张江高新青浦园区内正式交付使用，建筑过程仅花费24小时，如图所示。,3D打印建筑,.,二. 3D打印的应用,6.电子
9、产品 3D电路已经被证明可以实现传统印刷电路板的类似功能。这种环绕在电子产品轮廓外围的3D电路结构，有助于设计产品的最佳造型，不需要再像传统印刷电路板那样为了适应产品的外观而在形状和大小上受限。3D电路，如图所示。,立体电路,.,二. 3D打印的应用,7.珠宝及收藏品 珠宝商将使用3D打印制造限量版产品，目前已经可以用钛合金材料打印吊坠。以激光烧结黄金合金材料打印制作项链的技术也是可行的，而制作这种链子传统上需要复杂而昂贵的机械。 自由成型的特性使得3D打印适用于广泛的消费类产品。3D打印技术制造的艺术品、塑料和金属雕塑、家具、家居饰品以其独特品质，证明了这类产品的市场潜力。如图所示。,.,二. 3D打印的应用,7.珠宝及收藏品,工艺品,.,二. 3D打印的应用,8.食品加工 特殊食品被认为是具有130亿美元潜力的巨大产业。美国康奈尔大学和法国烹饪学院已成功研制将巧克力、奶酪、豆沙和扇贝等食材打印成3D人物、公司徽标、名称和其他对象的技术。,.,二. 3D打印的应用,9.教育和娱乐 在教育领域，可以通过成形模型验证科学假设，用于不同学科的实验和教学。不久的将来会出现价格区间在100150美元的消费类3D打印机，这类3D打印机非常适合用于游戏、教育和娱乐。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。,.,结 束,
