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1、精选优质文档-倾情为你奉上 先进制造技术课程结业（论 文） 设计(论文)题目： 3D打印技术第三次工业革命的重要标志 学生姓名： 班级： 学号： 专心-专注-专业目 录3D打印技术第三次工业革命的重大标志 摘要因为快速成型技术在市场上占据主导地位，3D打印机在生产应用方面有着巨大的潜力。3D打印技术在珠宝首饰、鞋类、工业设计、建筑、汽车、航天、牙科及医疗方面都能得到广泛的应用。本文就以什么是3D打印、3D打印的基本原理、3D打印的发展历史、3D打印的应用、3D打印的优势、我国3D打印面临的问题及3D打印对我们生活的影响等方面来探讨3D打印。关键词：3D打印 基本原理 应用 优势 面临的问题1
2、绪论今年4月，英国经济学人刊文认为，3D打印技术将与其他数字化生产模式一起，推动第三次工业革命的实现。传统制造技术是“减材制造技术”，3D打印则是“增材制造技术”，它具有制造成本低、生产周期短等明显优势，被誉为“第三次工业革命最具标志性的生产工具”。2 什么是3D打印3D 打印是增材制造技术的一种形式，在增材制造技术中三维对象是通过连续的物理层创建出来的。3D打印机相对于其他的增材制造技术而言，具有速度快，价格便宜，高易用性等优点。3D打印机就是可以“打印”出真实3D物体的一种设备，功能上与激光成型技术一样，采用分层加工、迭加成形，即通过逐层增加材料来生成3D实体，与传统的去除材料加工技术完全
3、不同。称之为“打印机”是参照了其技术原理，因为分层加工的过程与喷墨打印十分相似。过去其常在模具制造、工业设计等领域被用于制造模型，现正逐渐用于一些产品的直接制造，意味着这项技术正在普及。如图 机器的上半部分是个半透明的罩子，有一排控制按钮，旁边是一台电脑。掀起罩子，左边立着四盒不同颜色的墨水，右边的工作区摆放研磨得很细的石膏粉末。工作时，这些粉末会一层层地被液态连接体也就是特殊胶水粘合，按照不同的横截面图案固化，一层层叠加，感觉像是在做蛋糕那样创建三维实体。3 3D打印的基本原理3D打印机原理很简单，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。
4、然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。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，打印完毕后只要扫除松散的粉末即可“刨”出模型，而剩余粉末还可循环利用。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。目前的3D打印技术能够实现600dpi分辨率，每层厚度只有0.01毫米，即使模型表面有文字或图片也能够清晰打印。当然受到喷打印原理的限制，打印速度势必不会很快，目前较先进的产品可以实现每小时25毫米高度的垂直速率，相比早期产品有10
5、倍提升，而且可以利用有色胶水实现彩色打印，色彩深度高达24位。由于打印精度高，打印出的模型品质自然不错。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。眼下3D打印机有两种类型，一种是堆叠法，一种是烧结。原理基本都是多层分片打印，而堆叠和烧结只是成型技术的区别。堆叠只能成型塑料、硅之类的材质，对固化反应速度有要求，而烧结可以利用激光的高温对金属粉末进行处理加工出金属材质的东西出来，实体可通过打磨、钻孔、电镀等方式进一步加工。所以3D打印机和普通打印机，最大的区别是“墨水”。4 3D打印的历史发展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
6、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月，世界上第一辆由3D打印机打印而成的汽车Urbee问世。 3D打印汽车Urbee2011年6月6日，发布了全球第一
7、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。2012年7月，在地球上进行低重力抛物线飞行过程中，美国宇航局（NASA）测试了3D打印机。未来的宇航员几乎可以使用3D打印机按需打印他们所需的任何物品，甚至连金属材质的机器零部件也不在话下。有了这种打印机，他们无需担心发射时遗漏物资和设备。2013年10月，全球首次成功拍卖一款名为“ONO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
8、司“固体概念”(SolidConcepts)设计制造出3D打印金属手枪。5 3D打印的应用5.1 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，这是世界上首位使用3D打印产品做人体骨骼的案例。随着技术的发展，甚至可以打印出具有活性的人体组织等。5.2 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。5.3 产品模型比如微软的3D模型打印车间，在产品设计出来之后，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
9、更出色的产品。5.4汽车制造业不是说你的车是3D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。5.5建筑模型在建筑业里，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。5.6 食品行业没错，就是“打印”食品。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。5.7 工艺品制造这是最广阔的一个市场。在
10、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。6 3D打印的优点与传统的制造技术相比，3D打印具有加工成本低、生产周期短、节省材料等明显优势，从航空、动力装备到医疗、体育、影视等诸多领域，均可大显身手。以往制作复杂结构的大型制件一般采用分段成形、拼接成整体的方法。不但生产周期长、成本高，制件连接处的强度也较差，而打印机能轻松解决上述问题。由于不需要生产线，它降低了生产成本，也极大地减少了材料的浪费。同时，它还能够制造特殊形状的物品，制造大型薄壁件、钛合金等难加工、易热成型等零件
11、，而传统方法却很难做到。7国内3D技术的发展在我国，华中科技大学、西安交通大学、清华大学等高校和科研机构也相继研发出多种系列的3D打印机，部分技术已达到世界领先水平。史玉升介绍，一些铸造企业应用他们研发的选择性激光烧结3D打印机，将复杂铸件的交货期由传统的3个月缩短到10天左右；某发动机制造商采用他们的设备，把大型六缸柴油发动机缸盖砂芯的研制周期，由过去的5个月缩短至1周。目前，他们正在开发一款1万块钱左右的3D打印机，将来向学校推广。“3D打印技术可以让孩子们迅速将自己的创新设计变成实物，有助于提高中小学生的创新、设计和动手能力。”“金属3D打印技术开辟了骨科植入技术的新纪元，使多孔生物学固
12、定表面制造瓶颈迎刃而解。”上海交通大学李祥教授说，他们正致力于将此技术运用到临床医学治疗中。北京航空制造所基于3D打印技术研发了国内第一台电子束熔丝沉积成型设备，大幅提升了材料的利用率，减少了铣切量，缩短了制造周期。有专家认为，3D打印作为一项颠覆性的制造技术，谁能够最大程度地研发、应用，就意味着掌握了制造业乃至工业发展的主动权。8国外3D技术的发展事实上，在美英等国，3D打印技术已有较为广泛的应用。大到飞行器、赛车，小到服装、手机壳，制造厂家借着3D打印的东风，焕发出新的生命力。由于3D打印制品能实现产品的自然无缝连接，从而达到传统制造方法远不可即的结构稳固性和连接强度，已成为国外研究空间飞
13、行器的关键技术。据悉，美国国家航空航天局正在研究一项被称为“未来3D打印宇宙飞船”的技术，希望通过3D打印，制造出“廉价的机器人宇宙飞船”。在美国，价格低、操作简便的小型家用3D打印机已到了“每4公里范围内有一台”的普及程度，其购买量不断攀升。9 我国3D打印面临的挑战9.1 材料的限制 仔细观察你周围的一些物品和设备，你就会发现3D打印的第一个绊脚石，那就是所需材料的限制。虽然高端工业印刷可以实现塑料、某些金属或者陶瓷打印，但目前无法实现打印的材料都是比较昂贵和稀缺的。另外，现在的打印机也还没有达到成熟的水平，无法支持我们在日常生活中所接触到的各种各样的材料。研究者们在多材料打印上已经取得了
14、一定的进展，但除非这些进展达到成熟并有效，否则材料依然会是3D打印的一大障碍。9.2 机器的限制 众所周知，3D打印要成为主流技术(作为一种消耗大的技术)，它对机器的要求也是不低的，其复杂性也可想而知。目前的3D打印技术在重建物体的几何形状和机能上已经获得了一定的水平，几乎任何静态的形状都可以被打印出来，但是那些运动的物体和它们的清晰度就难以实现了。这个困难对于制造商来说也许是可以解决的，但是3D打印技术想要进入普通家庭，每个人都能随意打印想要的东西，那么机器的限制就必须得到解决才行。 9.3 知识产权的忧虑 在过去的几十年里，音乐、电影和电视产业中对知识产权的关注变得越来越多。3D打印技术毫
15、无疑问也会涉及到这一问题，因为现实中的很多东西都会得到更加广泛的传播。人们可以随意复制任何东西，并且数量不限。如何制定3D打印的法律法规用来保护知识产权，也是我们面临的问题之一，否则就会出现泛滥的现象。9.4 道德的挑战 道德是底线。什么样的东西会违反道德规律，我们是很难界定的，如果有人打印出生物器官或者活体组织，是否有违道德?我们又改如何处理呢?如果无法尽快找到解决方法，相信我们在不久的将来会遇到极大的道德挑战。 9.5 花费的承担 3D打印技术需要承担的花费是高昂的，对于普通大众来说更是如此。例如上面提到第一台在京东上架的3D打印机的售价为1万5，又有多少人愿意花费这个价钱来尝试这种新技术
16、呢?也许只有爱好者们吧。如果想要普及到大众，降价是必须的，但又会与成本形成冲突。如何解决这个问题，制造商们估计要头疼了。 每一种新技术诞生初期都会面临着这些类似的障碍，但相信找到合理的解决方案3D打印技术的发展将会更加迅速，就如同任何渲染软件一样，不断地更新才能达到最终的完善。10 3D打印对我们生活产生的影响对普通民众来说，3D打印似乎是突然“从天而降”的“神一般的存在”。对于行业来说，这其实就是未来会有大增长的民用领域市场。据悉，国外桌面型3D打印机已进入家庭、小学，国内主要是高校、设计师购买；在面向民用市场的个性化定制方面发展蓬勃，而在国内尚属于起步阶段。国内首家3D打印体验馆开张后，3
17、D照相最先被大家所熟知，通过彩色三维扫描仪获取人体全身或头像的三维数据，然后通过彩色3D打印机制作出立体的人物形象。也可定制真人玩偶，把自己的真实头像和其他的人物形象或游戏动漫形象重新组合成一个全新的形象。这可以说只是个性化定制的一部分，家居生活用品、饰品、礼品，都可以实现个性化定制。家里的灯具不喜欢了，自己设计一款，上传给3D打印服务商，他们可以帮助你完成打印。11 结论这学期在陈老师的带领下我们学习了先进制造技术这门课，这门课的学习不同于以往专业课的学习，陈老师为了让我们能够更加清楚的学习这门课，帮我们到外面联系公司，带领我们去江宁科技谷参观3D打印中心，还安排企业到学校食堂门口举办展览，
18、让我更加深刻的了解到这个方兴未艾的产业。3D打印的优点在于制造复杂物品不增加成本，产品多样化不增加成本，无须组装，零时间交付，设计空间无限，零技能制造，不占空间、便携制造，精确的实体复制，材料无限组合，减少废弃副产品。3D打印的缺点在于如果以后工厂都用3D打印机那是不是工厂里面都不会用人工了，从而增加了失业率。还有就是以后人人都用3D打印了那是不是随便什么都可以打印，比如手枪、原子弹、飞机大炮以及人体的三维模型那人类的安全问题和隐私问题就堪忧了。所以我觉得3D打印对于传统的制造业来说是有利有弊的，它给人类带来好处的同时也能带来不利的一面。如果人们能好好利用3D打印技术都利用它有利的一面那么3D打印在制造业方面是有很大优势的。参考文献1 古丽萍.蓄势待发的3D打印机及其发展J;数码印刷;2011年10期.2 刘厚才;莫健华;刘海涛;J;机械科学与技术;2008年09期.3 杨小玲;周天瑞;三维打印快速成形技术及其应用J;浙江科技学院学报;2009年03期.4 360百科；3D打印.5 3D打印成第三次工业革命重大标志；人民日报；2013年01月04日