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1、3D打印技术发展状况 2012年11月,议题,3D打印技术介绍 3D打印技术应用 3D打印厂商 3D打印技术前景,3D打印技术介绍,什么是3D打印？,三D打印（3D printing），是快速成形技术的一种，它是运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过一层又一层的多层打印方式来制造三维物体。 3D打印是“增材制造”（Additive Manufacturing）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、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
2、能直接根据计算机图形数据，通过增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。,3D打印技术介绍,3D打印相关技术,3D打印需要依托多个学科领域的尖端技术，至少包括以下方面： 信息技术：要有先进的设计软件及数字化工具，辅助设计人员制作出产品的三维数字模型，并且根据模型自动分析出打印的工序，自动控制打印器材的走向。 精密机械：3D打印以“每层的叠加”为加工方式。要生产高精度的产品，必须对打印设备的精准程度、稳定性有较高的要求。 材料科学：用于3D打印的原材料较为特殊，必须能够液化、粉末化、丝化，在打印完成后又能重新结合起来，并具有合格的物理、化学性质
3、。,3D打印技术介绍,3D打印技术优势,3D打印技术最突出的优点是无需机械加工或任何模具，就能直接从计算机图形数据中生成任何形状的零件，从而极大地缩短产品的研制周期，提高生产率和降低生产成本。与传统技术相比，三维打印技术还拥有如下优势： 通过摒弃生产线而降低了成本，大幅减少了材料浪费。 它还可以制造出传统生产技术无法制造出的外形，让人们可以更有效地设计出飞机机翼或热交换器。 在具有良好设计概念和设计过程的情况下，三维打印技术还可以简化生产制造过程，快速有效又廉价地生产出单个物品。 与机器制造出的零件相比，打印出来的产品的重量要轻60，并且同样坚固。,3D打印技术介绍,3D打印工艺分类,一、光固
4、化成型（简称：SLA或AURO）光敏树脂为原料 光固化成形是最早出现的快速成形工艺。其原理是基于液态光敏树脂的光聚合原理工作的。这种液态材料在一定波长(x=325nm)和强度(w=30mw)的紫外光的照射下能迅速发生光聚合反应, 分子量急剧增大, 材料也就从液态转变成固态。 光固化成型是目前研究得最多的方法，也是技术上最为成熟的方法。一般层厚在0.1到0.15mm，成形的零件精度较高。多年的研究改进了截面扫描方式和树脂成形性能，使该工艺的加工精度能达到0.1mm，现在最高精度已能达到0.05mm。 这种方法也有自身的局限性，比如需要支撑、树脂收缩导致精度下降、光固化树脂有一定的毒性等。,3D打
5、印技术介绍,3D打印工艺分类,二、熔融挤出成型（简称FDM）蜡、ABS、PC、尼龙等为原料 熔融挤出成型(FDM)工艺的材料一般是热塑性材料，如蜡、ABS、PC、尼龙等，以丝状供料。材料在喷头内被加热熔化。喷头沿零件截面轮廓和填充轨迹运动，同时将熔化的材料挤出，材料迅速固化，并与周围的材料粘结。每一个层片都是在上一层上堆积而成，上一层对当前层起到定位和支撑的作用。随着高度的增加，层片轮廓的面积和形状都会发生变化，当形状发生较大的变化时，上层轮廓就不能给当前层提供充分的定位和支撑作用，这就需要设计一些辅助结构“支撑”，对后续层提供定位和支撑，以保证成形过程的顺利实现。,3D打印技术介绍,3D打印
6、工艺分类,三、选择性激光烧结（简称SLS）不同材料的粉末为原料 SLS工艺又称为选择性激光烧结，由美国德克萨斯大学奥斯汀分校的C.R. Dechard于1989年研制成功。SLS工艺是利用粉末状材料成形的。将材料粉末铺洒在已成形零件的上表面，并刮平；用高强度的CO2激光器在刚铺的新层上扫描出零件截面；材料粉末在高强度的激光照射下被烧结在一起，得到零件的截面，并与下面已成形的部分粘接；当一层截面烧结完后，铺上新的一层材料粉末，选择地烧结下层截面。,3D打印技术介绍,3D打印工艺分类,四、分层实体制造(LOM)没落的快速成型工艺 LOM工艺称为分层实体制造，由美国Helisys公司的Michael
7、 Feygin于1986年研制成功。LOM工艺采用薄片材料，如纸、塑料薄膜等。片材表面事先涂覆上一层热熔胶。加工时，热压辊热压片材，使之与下面已成形的工件粘接；用CO2激光器在刚粘接的新层上切割出零件截面轮廓和工件外框，并在截面轮廓与外框之间多余的区域内切割出上下对齐的网格；激光切割完成后，工作台带动已成形的工件下降，与带状片材(料带)分离；供料机构转动收料轴和供料轴，带动料带移动，使新层移到加工区域；工作台上升到加工平面；热压辊热压，工件的层数增加一层，高度增加一个料厚；再在新层上切割截面轮廓。如此反复直至零件的所有截面粘接、切割完，得到分层制造的实体零件。,3D打印技术介绍,3D打印工艺分
8、类,五、三维印刷(3DP)高速多彩的快速成型工艺 三维印刷(3DP)工艺是美国麻省理工学院Emanual Sachs等人研制的。3DP工艺与SLS工艺类似，采用粉末材料成形，如陶瓷粉末，金属粉末。所不同的是材料粉末不是通过烧结连接起来的，而是通过喷头用粘接剂(如硅胶)将零件的截面“印刷”在材料粉末上面。用粘接剂粘接的零件强度较低，还须后处理。 具体工艺过程如下：上一层粘结完毕后，成型缸下降一个距离（等于层厚：0.0130.1mm）,供粉缸上升一高度，推出若干粉末，并被铺粉辊推到成型缸，铺平并被压实。喷头在计算机控制下，按下一建造截面的成形数据有选择地喷射粘结剂建造层面。铺粉辊铺粉时多余的粉末被
9、集粉装置收集。如此周而复始地送粉、铺粉和喷射粘结剂，最终完成一个三维粉体的粘结。未被喷射粘结剂的地方为干粉，在成形过程中起支撑作用，且成形结束后，比较容易去除。,3D打印技术介绍,3D打印工艺分类,六、无模铸型制造技术（PCM）制作大型铸件的快速成型工艺 无模铸型制造技术（PCM，Patternless Casting Manufacturing）是由清华大学激光快速成形中心开发研制。该将快速成形技术应用到传统的树脂砂铸造工艺中来。首先从零件CAD模型得到铸型CAD模型。由铸型CAD模型的STL文件分层，得到截面轮廓信息，再以层面信息产生控制信息。造型时，第一个喷头在每层铺好的型砂上由计算机控
10、制精确地喷射粘接剂，第二个喷头再沿同样的路径喷射催化剂，两者发生胶联反应，一层层固化型砂而堆积成形。粘接剂和催化剂共同作用的地方型砂被固化在一起，其他地方型砂仍为颗粒态。固化完一层后再粘接下一层，所有的层粘接完之后就得到一个空间实体。,议题,3D打印技术介绍 3D打印技术应用 3D打印厂商 3D打印技术前景,3D打印技术应用,3D打印应用领域,工业制造：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打印的小型无人飞机、小型汽车等概念产品已问世。3D打印的家用器具模型，也被用于企业的宣传、营销活动中。 文化创意和数码娱乐：形状和结构复杂、材料特殊的艺术
11、表达载体。科幻类电影阿凡达运用3D打印塑造了部分角色和道具，3D打印的小提琴接近了手工艺的水平。 航空航天、国防军工：复杂形状、尺寸微细、特殊性能的零部件、机构的直接制造。 生物医疗：人造骨骼、牙齿、助听器、假肢等。 消费品：珠宝、服饰、鞋类、玩具、创意DIY作品的设计和制造。 建筑工程：建筑模型风动试验和效果展示，建筑工程和施工（AEC）模拟。 教育：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。 个性化定制：基于网络的数据下载、电子商务的个性化打印定制服务。,3D打印技术应用,3D打印部分实例,3D打印技术应用,3D打印部分
12、实例,3D打印技术应用,3D打印应用实例枪支,威斯康星州工程师、业余枪械师迈克尔格斯林克(Michael Guslick)日前使用Stratasys 3D打印机以及从网络上下载的设计图，成功打印出了AR-15步枪的下机匣，并把它变成了一支枪，他还在博客上对此进行了分享。,3D打印技术应用,3D打印应用实例赛车,比利时的16名工程师利用3D打印机制造了一辆全尺寸赛车，名为“阿里翁”，时速从零提升至60英里(约合每小时96公里)只需要短短4秒钟，最高时速可达到141公里。在德国的霍根海姆赛道，这辆3D打印赛车成功完成测试。,3D打印技术应用,3D打印应用实例胎儿模型,日本公司Fasotec和Hir
13、ooLadies诊所合作推出了胎儿3D打印服务“天使的形状”，可通过母亲躯干的CT或MRI扫描图打印出胎儿的3D树脂模型。 打印这个大约7盎司(约200克)重的3D模型，大约需要支付10万日元(约8100元)。,3D打印技术应用,3D打印应用实例建筑模型,建筑/土木工程/结构领域使用ZCorp 3D打印技术使用3D打印的模型部件作为设计过程的一个步骤：a.早期概念模型b.城市景观c.复杂建筑外嵌和内陷的研究学习d.增强设计者与客户之间的交流,世界上首款3D打印比基尼。 内衣轮廓由彼此相连的圆形贴片“编织”而成，最薄处仅为0.7毫米。由于采用了尼龙12材料，质地非常柔软而且不易破裂。据制造者称，
14、这款内衣在浸湿之后穿戴起来非常清爽舒服。,3D打印技术应用,3D打印应用实例服饰,荷兰设计师爱丽丝赫本（IrisVanHerpen）使用3D打印机来为比约克和LadyGaGa进行时尚设计。 FreedomOfCreation公司和NaimJosefi公司使用3D打印机制作的华丽高跟鞋，能让凯莉布拉德心动不已。 ContinuumFashion使用MakerBot公司的Replicator打印机创造了第一款3D打印版比基尼和眼镜，成为2012年时装周上的 佳话。,3D打印应用实例医用,3D打印技术应用,隐适美牙箍的制造商AlignTechnology公司，基于已扫描的牙齿数据，使用3D打印机打印
15、牙齿矫正工具，营业额接近5亿美元。和传统的戴金属牙箍不同，这种方式是打印出一系列稍微不同的透明牙箍，而且解决了以往微笑时露出金属牙箍的问题。,3D打印版的关节和骨头现在正在帮助大约三万名病人正常行走，而一千万人正使用3D打印版适合自己的助听器，在不远的将来，3D打印机还可以打印药物处方。,3D打印航空领域,3D打印技术应用,这个飞机是由美国弗吉尼亚大学工程系学生研制的，它的机翼宽6.5英尺，是由打印零件装配构成。今年8月和9月初，研究小组在弗吉尼亚州米尔顿机场附近进行了4次飞行测试，这是迄今第三架用于建造飞行的3D打印飞机，巡航速度可达到45英里/小时。 美国弗吉尼亚大学工程师大卫-舍弗尔称，
16、五年前为了设计建造一个塑料涡轮风扇发动机需要两年时间，成本大约25万美元。但是使用3D技术，我们设计和建造这架3D飞机仅用4个月时间，成本大约2000美元。,3D打印火箭零件,3D打印技术应用,NASA的工程师正在尝试用3D激光打印系统制造下一代空间发射系统（Space Launch System, SLS）火箭上复杂的金属件；这种3D激光打印系统使用的是选择性激光熔融技术（selective laser melting, SLM），可以以大大的降低制造工艺难度，并极大的降低生产成本。 NASA用来激光熔融的原型机是德国 Hoffman Innovation Group of Lichtenfels旗下Concept Laser生产的M2 Cusing Machine。M2看起来和一般激光熔融3D打印机一样，但打印的材料不是聚合物，而是不锈钢、铝、钛和镍合金等金属。M2的光纤激光器有200W。 这种高能激光金属熔融技术生产零件的灵活性相当强，可以直接从设计图纸生产出零件来，而且有很好的加工精度和机械性能。 这次NASA用M2来打印的是J-2X
