学科前沿体验课课程论文

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1、燕山大学学科前沿体验课课程论文三D打印技术的产生和发展院：机械工程学院专业：材料成形及控制工程班级：成型二班姓名：付有学号：1301010200432014年6月献文 要文论考 摘正结参 1.2.3.4.【摘要】 :主要介绍了三D打印的概念，技术使用实例，原理技术，历史 发展，打印过程，社会评价。并阐述了三D打印技术在实际例子中的应用。3D打 印技术先后进入了牙医、珠宝、医疗行业，未来可应用的范围会越来越广。在不 远的未来，三D打印技术一定能够在社会上产生巨大的影响，成为人们刚品质生 活不可分割的一部分。【正文】:3D打印，即快速成型技术的一种，它是一种以数字模型文件为基础，运用粉 末状金属或

2、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。3D打印 通常是采用数字技术材料打印机来实现的。常在模具制造、工业设计等领域被用 于制造模型，后逐渐用于一些产品的直接制造，已经有使用这种技术打印而成的 零部件。该技术在珠宝、鞋类、工业设计、建筑、工程和施工（AEC）、汽车， 航空航天、牙科和医疗产业、教育、地理信息系统、土木工程、枪支以及其他领 域都有所应用。2. 技术使用实例全球首款3D打印金属壬枪（图片来源：美国媒体）原标题：全球首款3D打印金属手枪问世成功发射50枚子弹据美国CNET网11月8日报道，美国一家公司制造了全球首款3D金属手枪，而 且已经成功发射了50发子弹，这个成绩显

3、然比此前的3D塑料版手枪棒很多!报道称，手枪的设计出自经典的1911式手枪，制作中使用了现成的弹簧和弹 匣。公司还使用了包括激光烧结和研磨金属等多种技术，用33种不锈钢和合金制 成。据悉，制作这支手枪的3D打印机价格在50万美元以上。该公司副总裁称，这 是全球首支利用3D技术打印出来的金属枪。近来，随着3D打印技术的日趋成熟，已经有多种材料的3D打印手枪问世。除了手枪，很多枪械的零件也可使用三D打印技术生产。另外，一些具有复 杂结构的物品使用三D打印会更加简便3D打印枪械3D创平常方法难以达到的结构3D打印汽车模型上图中所示的模型制作也是三D打印技术的一项重要应用。3. 原理技术日常生活中使用

4、的普通打印机可以打印电脑设计的平面物品，而所谓的3D打 印机与普通打印机工作原理基本相同，只是打印材料有些不同，普通打印机的打 印材料是墨水和纸张，而3D打印机内装有金属、陶瓷、塑料、砂等不同的“打印 材料”，是实实在在的原材料，打印机与电脑连接后，通过电脑控制可以把“打 印材料”一层层叠加起来，最终把计算机上的蓝图变成实物。通俗地说，3D打印 机是可以“打印”岀真实的3D物体的一种设备，比如打印一个机器人、打印玩具 车，打印各种模型，甚至是食物等等。之所以通俗地称其为“打印机”是参照了 普通打印机的技术原理，因为分层加工的过程与喷墨打印十分相似。这项打印技 术称为3D立体打印技术。3D打印存

5、在着许多不同的技术。它们的不同之处在于以可用的材料的方式， 并以不同层构建创建部件。3D打印常用材料有尼龙玻纤、耐用性尼龙材料、石膏 材料、铝材料、钛合金、不锈钢、镀银、镀金、橡胶类材料。下面来介绍一些主流技术1. 熔融沉积成型技术(Fused deposition modeling, FDM):有些3D打印机使用 “喷墨”的方式，整个流程是在喷头内熔化塑料，然后通过沉积塑料纤维的方式 才形成薄层。优点：成型精度更高、成型实物强度更高、可以彩色成型，但是成 型后表面粗糙。2、立体平板印刷(Stereo 1 ithography, SLA):网友们可以想象一下把一根黄 瓜切成很薄的薄片再拼成一整

6、根。先由软件把3D的数字模型，“切”成若干个平 面，这就形成了很多个剖面，在工作的时候，有一个可以举升的平台，这个平台 周围有一个液体槽，槽里面充满了可以紫外线照射固化的液体，紫外线激光会从底层做起，固化最底层的，然后平台下移，固化下一层，如此往复，直到最终成优点：精度高，可以表现准确的表面和平滑的效果，精度可以达到每层厚度0.05 毫米到0. 15毫米。缺点则为可以使用的材料有限，并且不能多色成型。3、选择性激光烧结(Selective laser sintering, SLS):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C02激光器 在刚铺的新层上扫描出

7、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，并与下面己成形的部分粘接；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。优点：比SLA要结实的多，通常可以 用来制作结构功能件；激光束选择性地熔合粉末材料：尼龙、弹性体、未来还有 金属；优于SLA的地方：材料多样且性能接近普通工程塑料材料；无碾压步骤因 此Z向的精度不容易保证好；工艺简单，不需要碾压和掩模步骤；使用热塑性塑 料材料可以制作活动较链之类的零件；成型件表面多粉多孔，使用密封剂可以改善并强化零件；使用刷或吹的方法可以轻易地除去原型件上未烧结的粉末材 料。scanranQStereoanUryerw

8、4. 历史发展3D打印技术出现在20世纪90年代中期，实际上是利用光固化和纸层叠等技术 的最新快速成型装置。它与普通打印工作原理基本相同，打印机内装有液体或粉 末等“打印材料”，与电脑连接后，通过电脑控制把“打印材料” 一层层叠加起 来，最终把计算机上的蓝图变成实物。这打印技术称为3D立体打印技术。 1986年，Charles Hull开发了第一台商业3D印刷机。1993年，麻省理工学院获3D印刷技术专利。1995年，美国ZCorp公司从麻省理工学院获得唯一授权并开始开发3D打印机。 2005年，市场上首个高清晰彩色3D打印机Spectrum Z510由ZCorp公司研制成 功。2010年11

9、月，世界上第一辆由3D打印机打印而成的汽车Urbee问世。2011年6月6日，发布了全球第一款3D打印的比基尼。2011年7月，英国研究人员开发出世界上第一台3D巧克力打印机。2011年8月，南安普敦大学的工程师们开发出世界上第一架3D打印的飞机。2012年11月，苏格兰科学家利用人体细胞首次用3D打印机打印出人造肝脏组织。 2013年10月，全球首次成功拍卖一款名为“0N0之神”的3D打印艺术品。2013年11月，美国德克萨斯州奥斯汀的3D打印公司“固体概念”（SolidConcepts） 设计制造出3D打印金属手枪。5. 打印过程1 三维设计三维打印的设计过程是：先通过计算机建模软件建模，

10、再将建成的三维模型 “分区”成逐层的截面，即切片，从而指导打印机逐层打印。2切片处理打印机通过读取文件中的横截面信息，用液体状、粉状或片状的材料将这些 截面逐层地打印出来，再将各层截面以各种方式粘合起来从而制造出一个实体。 这种技术的特点在于其几乎可以造出任何形状的物品。打印机打出的截面的厚度（即Z方向）以及平面方向即X-Y方向的分辨率是 以dpi （像素每英寸）或者微米来计算的。一般的厚度为100微米，即0.1毫米， 也有部分打印机如ObjetConnex系列还有三维Systems ProJet系列可以 打印出16微米薄的一层。而平面方向则可以打印出跟激光打印机相近的分辨率。 打印出来的“墨

11、水滴”的直径通常为50到100个微米。用传统方法制造出一个模 型通常需要数小时到数天，根据模型的尺寸以及复杂程度而定。而用三维打印的 技术则可以将时间缩短为数个小时，当然其是由打印机的性能以及模型的尺寸和 复杂程度而定的。传统的制造技术如注塑法可以以较低的成本大量制造聚合物产品，而三维打 印技术则可以以更快，更有弹性以及更低成本的办法生产数量相对较少的产品。 一个桌面尺寸的三维打印机就可以满足设计者或概念开发小组制造模型的需要。3完成打印三维打印机的分辨率对大多数应用来说已经足够（在弯曲的表面可能会比较 粗糙，像图像上的锯齿一样），要获得更高分辨率的物品可以通过如下方法：先 用当前的三维打印机

12、打出稍大一点的物体，再稍微经过表面打磨即可得到表面光 滑的“高分辨率”物品。有些技术可以同时使用多种材料进行打印。有些技术在打印的过程中还会用 到支撑物，比如在打印出一些有倒挂状的物体时就需要用到一些易于除去的东西 （如可溶的东西）作为支撑物。6. 社会评价社会上对三D打印技术的评价褒贬不一，现在我们就用比较有代表性的几个 评论来总括一下。郭台铭“炮轰” 3D打印郭台铭对媒体表示，3D打印技术是无法应用于大量生产，所以有些专家鼓吹3D打印是第三次工业革命”，这个说法只是个噱头，他甚至还放话：“如果 3D打印真有用，我的郭字倒过来写”。富士康为苹果代工生产iPhone已经多年，郭台铭以3D打印制

13、造的手机为 例，说明3D打印的产品只能看不能用，因为这些产品上不能加上电子元器件， 无法为电子产品量产。郭台铭还说，3D打印即使不生产电子产品，但受材料的限制，可以生产的其 他产品也很少，“即使生产出来的产品，也无法量产，而且一摔就碎。”编辑和你聊聊郭台铭顼测3 D打印发展靠谱么克伦普昨称“3D打印前景看好”由于郭台铭在制造业的影响力，他的说法在3D打印技术行业引起不小反响。 全球最大的3D打印公司Stratasys昨天来北京展示最新的技术和设备，创始人斯 科特克伦普对记者表达了他对3D打印技术的看法。“3D打印的确更适合一些小规模制造，尤其是高端的定制化产品，比如汽车 零部件制造。虽然现在主

14、要材料还是塑料，但未来金属材料肯定会被运用到3D打 印中来，”克伦普说，3D打印技术先后进入了牙医、珠宝、医疗行业，未来可应 用的范围会越来越广。他还指出，目前很多国家都在加大3D打印技术的投资，“以中国来说，我们 的产品在全球73个国家销售，中国的销售增长是最快的。”3D打印设备价格将不断下降3D打印机在工业领域发挥越来越大的作用，但很多消费者并不了解3D打 印。对此克伦普表示，Stratasys近期收购了桌面3D打印设备厂商MakerBot, “收购交易将于今年三季度完成。”他还透錶，MakerBot的收购完成后将推出单价5000美元以下的3D打印机， 拓展普通消费者的市场，“大家看Str

15、atasys的发展历程就可以知道，3D打印设 备的价格一定会不断下降的。”至于如何让普通消费者都能用上3D打印技术，克伦普表示Stratasys将打造 一套硬件和软件结合的生态系统，比如在互联网上设立一个在线平台，用户可以 从网上下载3D打印的内容，在家里就可以打印各种有意思的东西，“这个生态系 统会是一个开放的，就好像谷歌的Andriod平台。”【结论】 :三D打印技术在不断地发展，技术在不断地改进，到目前为止 三D打印技术已经在很多领域得到应用，并表现出其卓越的实用性，虽然它还有 着诸多的限制因素，比如材料的限制，机器的限制，知识产权的忧虑等等，但 是，随着时代的发展，三D打印技术终将得到全世界的认可，被广泛应用于各个 行业。【参考文献】:1（美）胡迪利普森，（美）梅尔芭库曼3D打印：从想象到现实M北 京：中信出版社，2013年.2吴怀宇.3D打印：三维智能数字化创造M.北京：电子工业出版社，2014 年.3钮建伟.Umageware逆向造型技术及3D打印M北京：电子工业出版社， 2014.4. 郭少豪