工业设计前沿信息

1、工业设计前沿信息新技术（3D打印技术）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 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。发展历史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

2、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。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

3、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。原理技术日常生活中使用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

4、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”出真实的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。23D打印存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。6 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

5、料。类型累积技术基本材料挤压熔融沉积式（FDM）热塑性塑料，共晶系统金属、可食用材料线电子束自由成形制造（EBF）几乎任何合金直接金属激光烧结（DMLS）几乎任何合金电子束熔化成型（EBM）钛合金粒状选择性激光熔化成型（SLM）钛合金，钻铭合金，不锈钢，铝选择性热烧结（SHS）热塑性粉末选择性激光烧结（SLS）热塑性塑料、金属粉末、陶瓷粉末粉末层喷头3D打印石膏3D打印（PP）石膏层压分层实体制造（LOM）纸、金属膜、塑料薄膜光聚合立体平板印刷（SLA）光硬化树脂数字光处理（DLP）光硬化树脂6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，再将建成的三维模型“分区”成逐

6、层的截面，即切片，从而指导打印机逐层打印。设计软件和打印机之间协作的标准文件格式是STL文件格式。一个STL文件使用三角面 来近似模拟物体的表面。三角面越小其生成的表面分辨率越高。PLY是一种通过扫描产生的 三维文件的扫描器，其生成的VRML或者WRL文件经常被用作全彩打印的输入文件（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

7、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

8、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。限制因素（1）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，但无法实现打印的材料都 是比较昂贵和稀缺的。另外，打印机也还没有达

9、到成熟的水平，无法支持日常生活中所接触 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。（2）机器的限制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。（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 印技术也会涉及到这一问题，

10、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。（4）道德的挑战道德是底线。什么样的东西会违反道德规律是很难界定的，如果有人打印出生物器官和 活体组织，在不久的将来会遇到极大的道德挑战。（5）花费的承担3D打印技术需要承担的花费是高昂的。第一台3D打印机的售价为1万5。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。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。社会评价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。富士康为苹果代工生产iPhone已经多年。郭台铭以3D打印制造的手机 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。3D打印即使不生产电