3D打印技术应用.pdf

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1、3D打印技术 1解读火遍全球的 3D打印技术 近几年“ 3D 打印”成了超前科技的代言词，火遍全球。其实3D打印并不能算是一项新 技术， 它早在 20世纪 80年代便已产生， 只是因为成本巨大，在最近几年才进军艺术界和工业 界，用以制造假肢、汽车零部件、家具和珠宝等。由于其迅猛的发展态势，也许在未来的某 一天， 3D打印能够像上帝那样打印出人类。 英国经济学人 杂志认为， 这项技术将与数字化生产模式一起推动实现新的工业革命， 将3D 打印技术列为第三次技术革命范畴；美国时代周刊已将3D打印产业列为“美国十 大增长最快的工业”。仅仅几十年后， 这项技术就得到了长足的发展。但是有些人还是感觉 3D

2、打印离我们太远，不能惠及到我们的生活。那么笔者就为大家全方位、立体式地解读一 下，这项马上可以触手可及的技术。 对于关注打印领域的读者来说，3D打印技术也许并不是什么陌生词了。而普通大众关 注3D 技术， 还要追溯到前年年初上映的詹姆斯卡梅隆的3D大片阿凡达。虽然电影 阿 凡达描绘的美丽景象没有在观众记忆中停留多久，但3D影像技术带给观影者震撼的视觉 冲击，却一直影响着随后电影工业的发展，从阿凡达开始，几乎所有的大制作高成本影 片无不推出 3D版，而前段时间上映的3D影片超凡蜘蛛侠更是叫好又叫座，这说明3D技 术的电影制作已经深入人心，并深受大众喜爱。 得益于 3D技术制作的电影受到好评，现如

3、今3D技术的发展涉及到了各行各业。而在制 造行业，“ 3D 打印技术”的影响正在日益凸显。 你可能觉得 3D打印技术是边缘技术，只有标新立异的人或者是高端设计室才用，但其 实在不经意中，你早就接触到了3D 打印产品。比如在牙科诊所，很多定制的口腔设备现在 都在使用 3D打印机。口腔防护器可调整牙齿的排列，牙科医生扫描了牙齿的位置后就可以 利用软件制作一个塑料模型，带上数月后就可以把牙齿调整到合适的位置。另外利用3D打 印机可以很快的制作出牙齿的模型，牙医可以现场磨制假牙给你换上。 2技术篇 3D打印的工作原理回顶部 技术篇 3D打印的工作原理 说到它的原理， 其实也并不不复杂，其运作原理和传统

4、打印机工作原理基本相同。传统 打印机是只要轻点电脑屏幕上的“打印”按钮，一份数字文件便被传送到一台喷墨打印机 上，它将一层墨水喷到纸的表面以形成一副二维图像。而3D打印机首先将物品转化为一组 3D数据，然后打印机开始逐层分切，针对分切的每一层构建，按层次打印。 MakerBot 公司的 3D打印机 打印时， 粉末耗材会一层一层地打印出来，层与层之间通过特殊的胶水进行粘合，并按 照横截面将图案固定住，最后一层一层叠加起来，就像我们坐在海边用沙子堆砌城堡一样的 程序，最终经过分层打印、层层粘合、逐层堆砌，一个完整的物品就会呈现在我们眼前了。 3D打印机与传统打印机最大的区别在于它使用的“墨水”是实

5、实在在的原材料。 Objet Connex 3D打印机工作原理 堆叠薄层的形式有多种多样。有些 3D打印机使用“喷墨”的方式。例如，一家名为Objet 的以色列 3D打印机公司，使用打印机喷头将一层极薄的液态塑料物质喷涂在铸模托盘上， 此涂层然后被置于紫外线下进行处理。 Objet Connex 3D打印机工作原理 之后铸模托盘下降极小的距离，以供下一层堆叠上来。另外一家总部位于美国明尼阿波 利斯市的公司Stratasys使用一种叫做“熔积成型”的技术，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。 Objet Connex 3D打印机工作原理（点击看大图） 还有一些系统

6、使用粉末微粒作为打印介质。粉末微粒被喷撒在铸模托盘上形成一层极薄的粉 末层，然后由喷出的液态粘合剂进行固化。 Objet Connex 3D打印机工作原理（点击看大图） 它也可以使用一种叫做“激光烧结”的技术熔铸成指定形状。这也正是德国EOS公司在 其叠加工艺制造机上使用的技术。而瑞士的Arcam 公司则是利用真空中的电子流熔化粉末微 粒。以上提到的这些仅仅是许多成型方式中的一部分。 Objet Connex 3D打印机工作原理（点击看大图） 当遇到包含孔洞及悬臂这样的复杂结构时，介质中就需要加入凝胶剂或其他物质以提供 支撑或用来占据空间。这部分粉末不会被熔铸，最后只需用水或气流冲洗掉支撑物便

7、可形成 孔隙。 Objet Connex 3D打印机工作原理（点击看大图） 如今可用于打印的介质种类多样，从繁多的塑料到金属、陶瓷以及橡胶类物质。有些打 印机还能结合不同介质，令打印出来的物体一头坚硬而另一头柔软。 3行情篇 3D打印的发展现状回顶部 行情篇 3D打印的发展现状 3D打印，过去在科研、教学或者制造领域被称为“快速成型技术”。3D打印”这个更 为形象的叫法快速被大众接受和普及。随着材料科学的快速发展，快速成型技术正在各个领 域均有极大延伸，比如打印建筑物、打印汽车、打印人体器官、打印骨骼，而且我们还可以 用3D 打印机打印自己设计的衣服。我们首先用扫描仪对自己的身体进行一下扫描，

8、这样就 能得到我们身材的尺寸，然后通过CAD对扫描数据进行加工和修改，这样我们就可以自己打 印出衣服和裤子。 目前美国的 3D打印技术较为领先，应用范围更广。近期，全美第一家3D打印机耗材专 营店在纽约曼哈顿的NOHO 地区正式开业。据悉，这家商店是由全球3D打印设备领头羊企业 MakerBot 公司开设的。并推出了最新一代也是该公司的第四代3D打印机“ Replicator2”。 该机器具有更加灵巧的外观以及3倍于老款机器的打印精度。据了解，MakerBot 零售店里并 不提供现场 3D打印服务，而且正在销售的3D打印机产品则要价2199美元 (约合 14000元人民 币) 。而据 Make

9、rBot 的未来业务规划显示，该公司还会再明年年初推出第五代机器 Replicator2X，该机器可以满足发烧友和专业人士对打印效果的需要。对此，MakerBot 的 CEO佩蒂斯在早前新闻发布会上说到：“我们所推出的新款打印机制定了桌面3D 印刷的标 准。打印出来的东西再也不会像过去那么粗糙了。如果未来零售业务运行良好的话，那就代 表3D 打印将进入主流消费市场。” MakerBot Replicator? 而在国内，今年1月份，华中科技大学材料科学与工程学院副院长史玉升带领的团队成 功研制出世界上最大的3D立体打印机，并且凭借这一研究成果入选两院院士评选的“2011 年中国十大科技进展”，

10、中国的3D 打印正在快速发展，从工业和制造业应用开始朝个人和 小型化方向发展。 早期一套用于工业设计制造的3D打印设备在 10万美金左右， 近几年价格降低到2万美金 左右，而小型化个人桌面3D打印机售价在1000美金左右，史玉升研制的这款3D立体打印机 UP!3D 官方售价 9999元人民币，这款国产3D打印机已经在美国等国外地区销售。 4应用篇 3D打印早已来到我们身边回顶部 应用篇 3D打印早已来到我们身边 目前， 3D打印使产品供应链的格局和人们的生活方式都发生了转变。而且它的应用范 围之广让人难以置信。今天笔者就列举几项和我们生活密切相关的例子，让大家感受一下3D 打印离我们并不遥远。

11、 食品行业 英国埃克塞特大学研究人员，去年推出世界首台3D巧克力打印机。是了，你没有看错。 研究人员已经开始尝试打印巧克力了。或许在不久的将来，很多看起来一模一样的食品就是 用食品 3D打印机“打印”出来的。当然，到那时可能人工制作的食品会贵很多倍。 建筑设计 在建筑业里，工程师和设计师们已经接受了用3D打印机打印的建筑模型，这种方法快 速、成本低、环保，同时制作精美。完全合乎设计者的要求，同时又能节省大量材料。 医疗行业 最近，一位 83岁的老人由于患有慢性的骨头感染，因此换上了由3D打印机“打印”出 来的下颚骨，这是世界上首例使用3D打印产品做人体骨骼的案例。 汽车制造业 不是说你的车是3

12、D打印机打印出来的（当然或许有一天这也有可能），而是说汽车行业 在进行安全性测试等工作时，会将一些非关键部件用3D打印的产品替代，在追求效率的同 时降低成本。 传统制造业 传统制造业也需要很多3D打印产品，因为3D打印无论是在成本、速度和精确度上都要 比传统制造好很多。而3D打印技术本身非常适合大规模生产，所以制造业利用3D技术能带 来很多好处，甚至连质量控制都不再是个问题。 科学研究 美国德雷塞尔大学的研究人员通过对化石进行3D扫描，利用 3D打印技术做出了适合研 究的 3D模型，不但保留了原化石所有的外在特征，同时还做了比例缩减，更适合研究。 产品原型 比如微软的 3D模型打印车间，在产品

13、设计出来之后，通过3D打印机打印出来模型，能 够让设计制造部门更好的改良产品，打造出更出色的产品。 文物保护 博物馆里常常会用很多复杂的替代品来保护原始作品不受环境或意外事件的伤害，同时 复制品也能将艺术或文物的影响传播给更多的人。最近史密森尼博物馆就因为原始的托马 斯杰弗逊要放在弗吉尼亚州展览，所以博物馆用了一个巨大的3D 打印替代品放在了原来 雕塑的位置。 配件、饰品 这是最广阔的一个市场。在未来不管是你的个性笔筒，还是有你半身浮雕的手机外壳， 抑或是你和爱人拥有的世界上独一无二的戒指，都有可能是通过3D 打印机打印出来的。甚 至不用等到未来，现在就可以实现。 3D打印机可以完成很多在现在

14、看起来匪夷所思的事，从某种角度来说，很多想象的到 的东西，都可以通过3D打印直接得到。在未来3D打印还有可能走进千家万户，融入到我们 的生活中，像电脑一样普及。 5展望篇未来甚至能够打印出人类回顶部 展望篇未来甚至能够打印出人类 在1997年，发生了一件震惊医学界的大事。那就是马萨诸塞州总医院的杰伊瓦康提医 生，成功地让老鼠背上长出一只人的耳朵。瓦康提用可以缓慢降解的材料制做了一个布满小 孔的支架， 他的同事将这个支架植入没有免疫力的小鼠皮肤下，并注入牛的成软骨细胞。发 育的软骨组织渗透进支架，支架降解掉，就得到了一只真正的耳朵。 四年后，这项技术被应用到新领域：他为一个失去1/6 颅骨的孩子

15、修补了颅骨，用这个 孩子自身的成骨细胞成功地再造了骨头，而这一切背后使用的工具，不过是改进过的3D打 印机。 这种 3D打印机和传统的喷墨打印机原理差不多，只是采用了不同的“墨”。它相当于 把一个模型分成许多层“横截面” ，将原料液体或颗粒喷射到指定位置，一层一层地堆叠 起来， 最后得到精确模型。如果给墨盒里装满人体细胞，以打印机的打印精度精确地堆叠这 些细胞， 最终变成了活的人体组织。现在经过测试， 这种从打印机喷嘴发射出来的细胞，成 活率居然高达 95% 以上。 既然骨骼、肌肉和皮肤都能用3D打印机打印出来，在未来，造人可能也只需要获得一 张精确的三维图。也许下一个时代的创世神话是这样开始的：上帝对自己的设计很满意，然 后，他按下了“打印”键。