先进印刷技术课程论文

1、研 究 生 课 程 论 文(2013-2014学年第一学期)浅谈3D打印技术的现状与未来发展研究生：郁智宏 提交日期： 2014年7月12日 研究生签名： 学 号200820115896学 院轻工与食品学院课程编号Z0001052课程名称先进印刷技术学位类别工程硕士任课教师唐宝玲老师教师评语： 成绩评定： 分 任课教师签名： 年 月 日说 明1、课程论文要有题目、作者姓名、摘要、关键词、正文及参考文献。论文题目由研究生结合课程所学内容选定；摘要500字以下，博士生课程论文要求有英文摘要；关键词35个；参考文献不少于10篇，并应有一定的外文文献。2、论文要求自己动手撰写，如发现论文是从网上下载的

2、，或者是抄袭剽窃别人文章的，按作弊处理，本门课程考核成绩计0分。3、课程论文用A4纸双面打印。字体全部用宋体简体，题目要求用小二号字加粗，标题行要求用小四号字加粗，正文内容要求用小四号字；经学院同意，课程论文可以用英文撰写，字体全部用Times New Roman，题目要求用18号字加粗；标题行要求用14号字加粗，正文内容要求用12号字；行距为2倍行距（方便教师批注）；页边距左为3cm、右为2cm、上为2.5cm、下为2.5cm；其它格式请参照学位论文要求。4、学位类别按博士、硕士、工程硕士、MBA、MPA等填写。5、篇幅、内容等由任课教师提出具体要求。浅谈3D打印技术的现状与未来发展郁智宏摘

3、要：3D打印是现下发展比较强劲的一项快速成型技术，它是一种以计算机中的数字模型文件为基础，运用各种不同的材料，如塑料、金属粉末、纤维丝、细胞等，通过逐层打印将材料叠加，构造出各类物体的技术。关键词：3D打印技术；现状；未来发展3D打印是现下发展比较强劲的一项快速成型技术，它是一种以计算机中的数字模型文件为基础，运用各种不同的材料，如塑料、金属粉末、纤维丝、细胞等，通过逐层打印将材料叠加，构造出各类物体的技术。至今为止，3D打印技术已经在珠宝、鞋类、工业设计、建筑、工程和施工、汽车，航空航天、牙科和医疗产业、器官再造、地理信息系统、土木工程、食物制作等领域都有所应用，并且将来随着材料的改进，会涉

4、及到更多的领域。 一、3D打印的历史发展 3D打印并非是现在才发明的新鲜技术，这个思想源自100多年前美国研究的照相雕塑和地貌成形技术，上世纪80年代已有雏形，其学名为“快速成型”。1979年，由RF Housholder取了快速成型的专利，但由于成本过高等原因，该专利没有被商业化。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，麻省理工创造了“三维打印”一词，当时的毕业生Jim Bredt和Tim Anderson修改了喷墨打印机方案，变为把约束溶剂挤压到粉末床的解决方案，而不是把墨水挤压在纸张上的方案。19

5、95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。 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“ONO之神”的3D打印

6、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。2014年，香港首富李嘉诚斥资1000万美元投资了一家可用3D技术打印肉类产品的科技公司，通过3D打印技术在实验室里培养出猪肉、牛肉等畜肉及真皮皮革。二、3D打印原理3D打印技术的实现，主要是依托3D打印机，其与普通打印机的区别是使用打印机就像打印一封信：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。而在3D打印时，软件通过电脑辅助设计技术（CAD）完成一系列数字切片，并将这些切片的信息传送到3D打

7、印机上，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。3D打印机与传统打印机最大的区别在于它使用的“墨水”是实实在在的原材料。堆叠薄层的形式有多种多样。有的3D打印机使用的是“喷墨”方式。比如， 以色列的Objet 3D打印机公司开发出的3D打印机喷头能将一层极薄的液态塑料物质喷涂在铸模托盘上，喷涂后将图层置于紫外线下进行处理。之后铸模托盘下降极小的距离，以供下一层堆叠上来，也即是将材料通过这种叠加的方法成型；另外一家总部位于美国明尼阿波利斯市的公司Stra

8、tasys使用一种叫做“熔积成型”的技术，其开发的3D打印机首先在喷头内熔化塑料，然后通过沉积塑料纤维的方式才形成薄层；还有一些公司开发的3D打印机是使用粉末微粒作为打印介质，先将粉末微粒喷撒在铸模托盘上，使之形成一层极薄的粉末层，然后再喷出液态粘合剂进行固化，如此一层一层叠加成型。以上提到的这些仅仅是许多成型方式中的一部分。当遇到一些复杂的结构，比如孔洞或悬臂时，就需要在介质中加入凝胶剂或其他物质以提供支撑或用来占据空间。这部分材料粉末是不会被熔铸，在最后只需用水或气流冲洗掉支撑物，便可形成孔隙。三、3D打印技术的优点与不足优点：1、制造复杂物品不增加成本。就传统制造而言，物体形状越复杂，制

9、造成本越高。对3D打印机而言，制造形状复杂的物品成本不增加，制造一个华丽的形状复杂的物品并不比打印一个简单的方块消耗更多的时间、技能或成本。制造复杂物品而不增加成本将打破传统的定价模式，并改变我们计算制造成本的方式。3D打印还省去了培训机械师或购置新设备的成本，只需要有不同的数字设计蓝图和一批新的原材料，3D打印机就能打制出种类繁多的物品。2、零时间交付。3D打印机可以按需打印。即时生产减少了企业的实物库存，也即是说企业只需要准备好各类的原材料，当客户下订单后，再使用3D打印机制造出特别的或定制的产品满足客户需求，达到按需生产。如果人们所需的物品按需就近生产，零时间交付式生产能最大限度地减少长

10、途运输的成本。3、无须组装。3D打印能使部件一体化成型。传统的大规模生产建立在组装线基础上，在现代工厂，机器生产出相同的零部件，然后由机器人或工人（甚至跨洲）组装。产品组成部件越多，组装耗费的时间和成本就越多。3D打印机通过分层制造可以同时打印一扇门及上面的配套铰链，不需要组装。省略组装就缩短了供应链，节省在劳动力和运输方面的花费。供应链越短，污染也越少。4、设计空间无限。3D打印机可以突破传统制造技术和工匠制造的局限，能够制作出结构复制的工件。例如，传统的木制车床只能制造圆形物品，轧机只能加工用铣刀组装的部件，制模机仅能制造模铸形状，但这些工序使用3D打印机皆可完成，这就意味着3D打印开辟了

11、巨大的设计空间，甚至可以制作目前可能只存在于自然界的形状。5、适合民用。现在许多3D打印机设计公司都设计出许多民用3D打印机，比如西班牙的Natural Machines公司，所设计的Foodini系列就是专门用来打印食物的，随着3D打印技术的愈趋完善，同时小型3D打印机价格也比较大众，可以预计，不久的将来，3D打印机也将像普通打印机一样，进入到千家万户，而我们也可以足不出户的打印出自己想要的物品。6、零技能制造。传统工匠需要当几年学徒才能掌握所需要的技能，另外传统的制造机器还需要熟练的专业人员对机器进行调节和校准。但是3D打印机是通过设计文件来获得各种指示，在制作同样复杂的物品时，操作3D打

12、印机远比传统机器要简单很多，只需要有一定的计算机知识即可操作。7、不占空间、便携制造。就单位生产空间而言，与传统制造机器相比，3D打印机的制造能力更强。例如，注塑机只能制造比自身小很多的物品，与此相反，3D打印机可以制造和其打印台一样大的物品。3D打印机调试好后，打印设备可以自由移动，打印机可以制造比自身还要大的物品。较高的单位空间生产能力使得3D打印机适合家用或办公使用，因为它们所需的物理空间小。8、减少废弃副产品。与传统的金属制造技术相比，3D打印机制造金属时产生较少的副产品。传统金属加工的浪费量惊人，90的金属原材料被丢弃在工厂车间里。3D打印制造金属时浪费量减少。随着打印材料的进步，“

13、净成形”制造可能成为更环保的加工方式。9、材料无限组合。对当今的制造机器而言，将不同原材料结合成单一产品是件难事，因为传统的制造机器在切割或模具成型过程中不能轻易地将多种原材料融合在一起。随着多材料3D打印技术的发展，我们有能力将不同原材料融合在一起。以前无法混合的原料混合后将形成新的材料，这些材料色调种类繁多，具有独特的属性或功能。缺点：1、不适合制作高硬度的产品。3D打印的产品从性能差，强度、刚度、机械加工性等都远不如传统加工方式。比如说用3D打印机打出的钻头，虽然外表看起来和普通钻头一样，但是由于没有经过热处理，所以在硬度和韧性上远远比不上普通钻头，另外房子、车子固然能“打印”出来，但是

14、否能抵挡得住风雨，是否能在路上顺利跑起来，耐用性又如何？这些都很令人质疑。 2、成型物品精度不足。由于分层制造存在台阶效应，每个层次虽然很薄，但在一定微观尺度下，仍会形成具有一定厚度的一级级“台阶”，如果需要制造的对象表面是圆弧形，那么就会造成精度上的偏差。还有些工艺需二次强化处理，当表面压力和温度同时提升时，3D打印的杰作必然会引起材料的收缩与变形，造成精度降低。四、未来的发展预测随着3D打印技术的完善和3D打印机价格的下降，未来将会有越来越多的人开始使用3D打印技术，带动更多的创新者进入市场，然后继续推动价格下降得更低。根据当下的发展态势，未来五年内，3D打印领域将会有很大可能出现以下出现

15、如下情况：1、3D打印机将越来越大众化。美国是世界上的每所学校都会有3D打印机，家庭3D打印机的拥有率达到40%。我们已经看到教育领域对3D打印机的使用率在上升。Makerbot公司已发出一项倡议，希望将他们的3D打印机推广到全美的每所学校。随着3D打印机价格的下降，以及出现更多的在学习上的应用，3D打印机将成为从3年级到12年级(天工社注：相当于中国的从小学三年级到高三)几乎每一门课程里的主要辅助工具。就像上世纪 80年代和90年代的PC机，3D打印机会先以自己的方式进入每所学校，然后迅速占领每一间教室。对于学生而言，3D打印机能把他们幻想中的东西变成现实，是一个非常强大的培养学生创造力和学

16、习能力的工具。2、未来3D打印的竞争将出现在成型速度、原材料和打印精度上。现在的3D打印机在速度、打印的精度上还有很大的局限，同时成型技术和原材料的问题也导致3D打印机很难打出动态承受很强的物体，所以在未来，3D打印的发展方向会放在高速、高精度上，而3D打印机的制造公司间的竞争也一样会围绕着这三个方面。3、3D生物打印技术将在医疗领域大放光芒。器官的打印、内脏的打印是未来3D打印技术的一个发展方向，就目前的技术研发现状而言，我们离3D打印出这种全功能人类肝脏也只有几年的时间。据了解，Organovo的研究人员已经能够打印出几十种不同的生物细胞，一旦在这些器官内打印血管网络的方法更加完善，大量的

17、创新成果将会喷薄而出。预计在2019年的生物医药领域将会出现天翻地覆的变化。4、4D打印将高速发展所谓的4D打印，比3D打印多了一个“D”也就是时间纬度，人们可以通过软件设定模型和时间，变形材料会在设定的时间内变形为所需的形状。准确地说4D打印是一种能够自动变形的材料，直接将设计内置到物料当中，不需要连接任何复杂的机电设备，就能按照产品设计自动折叠成相应的形状。4D打印最关键是记忆合金。4D打印由MIT与Stratasys教育研发部门合作研发的，是一种无需打印机器就能让材料快速成型的革命性新技术。大小形状可以随时间变化。4D打印不但能够创造出有智慧、有适应能力的新事物，还可以彻底改变传统的工业打印甚至建筑行业，与此前的3D打印相比，它将具有更大的发展前景。4D打印更为智能，物料可自行“创造”，简化了打印过程，但对打印材料有了更高要求。Skylar Tibb