钦-3d技术进展综述

1、3D 打印技术的发展综述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，用以制肢、汽车零、家具和珠宝等。3D 打印技术是一种新兴的快速成型技术，近一段时间以来受到了社会的广泛关注。文章对 3D 打印的技术体系和国内外产业发展现状、发展态势作了综合介绍，以国际产业资料为依据对 3D 打印领域未来的产业发展前景和技术发展趋 势作了预见性分析。：3D 打印 ；快速成型 ；智能制造13D 打印技术原理与简介3D 打印是添加剂制造技术的一种形式，在添加剂制造技术中三维对象是通过连续的物理层创建出来的。3D相对于其他的添加剂制造技术而言，具有

2、 速度快，价格便宜，高易用性等优点。3D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。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。然后是喷洒一层均匀的粉末，粉末遇到胶水速黏结，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

3、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 倍，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。除了可以外形曲线上的设计，结构以及运动也不在话下。如果用来械装配图，齿轮、轴承、拉杆等都可以正常活动，而腔体、沟槽等

4、形态特征位置准确，甚至可以满足装配要求，打印出的实体还可通过打磨、钻孔、电镀等方式进一步加工。同时粉末材料不限于砂型材料，还有弹性伸缩、高性能复合、熔模铸造等其它材料可供选择。3D 打印技术是指通过连续的物理层叠加，逐层增加材料来生成三维实体的技术，与传统的去除材料加工技术不同，因此又称为添加制造（AM，AdditiveManufacturing）。作为一种综合性应用技术，3D 打印综合了数字建模技术、机电控制技术、材料科学与化学等诸多方面的前沿技术知识，具有很高摘要：近几年“3D 打印”成了超前科技的代言词，火遍全球。其实 3D 打印的科技含量。3D是 3D 打印的装备。它是集机械、控制及计

5、算机技术等为一体的复杂机电系统，主要由高精度机械系统、数控系统、喷射系统和成型环境等子系统组成。此外，新型打印材料、打印工艺、设计与控制等也是 3D 打印技术体系的重要组成部分。目前，3D 打印技术主要被应用于产品原型、模具制造以及艺术创作、珠宝制作等领域，替代这些领域传统依赖的精细加工工艺。3D 打印可以在很大程度上制作的效率和精密程度。除此之外，在生物工程与医学、建筑、服装等领域，3D 打印技术的引入也为创新开拓了广阔的空间。23D 打印技术国际国内发展现状印”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，快用扫描仪对自己的身体进行一下扫描，这样就能得到身材的尺寸，然后通

6、过CAD 对扫描数据进行加工和修改，这样就可以自己打印出衣服和裤子。目前的 3D 打印技术较为领先，应用范围更广。而在国内中国的 3D 打印由中国电子信息产业发展、中国医疗器械行业、渭南市人民联合主办的“3D 打印与生物医疗器械推进会”披露，国家增材制造产业发 展推进计划 （20142016 年）（征求）目前已制订完成，有望年内正 2.1国际情况经过十多年的探索和发展，3D 打印技术有了长足的进步，目前已经能够在0.01mm 的单层厚度上实现 600dpi 的精细分辨率。目前国际上较先进的产品可以实现每小时 25mm 厚度的垂直速率，并可实现 24 位色彩的彩色打印。目前，在全球 3D行业，3

7、D Systems 和 Stratasys 两家公司的产品占据了绝大多数市场份额。此外，在此领域具有较强技术实力和特色的企业/研发团队还有的 FabHome 和 Shways、英国的 Reprap 等。3D Systems 公司是全世界最大的快速成型设备开发公司。于 2011 年 11 月收购了 3D 打印技术的最早发明者和最初专利拥有者 Z Corporation 公司之后，3D Systems 奠定了在 3D 打印领域的龙头地位。Stratasys 公司 2010 年与传统打印行业巨头惠普公司签订了 OEM 合作协议，生产 HP 品牌的 3D。继 2011式出台。正在快速发展，从工业和制造

8、业应用开始朝个人和小型化方向发展。9 月 25 日，、打印骨骼，而且还可以用 3D打印自己设计的衣服。首先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 打年 5 月收购 Solidsc公司之后，Stratasys 又于 2012 年 4 月与以色列著名 3D打印系统提供商 Objet 宣布合并。当前，国际 3D制造业正处于迅速的兼并与整合过程中，行业巨头正在加速崛起。目前在欧美发达国家，3D 打印技术已经初步形成了成功的模式。如在消费电子业、航空业和汽车制造业等领域，3D 打印技术可以以较低的成本、较高的

9、效率生产小批量的定制，完成复杂而精细的造型。另外，3D 打印技术获得应用的领域是个性化消费品产业如纽约一家创意消费品公司 Quirky 通过征集用户的设计方案，以 3D 打印技术制成实物产品并通过电子市场销售，每年能够推出 60 种创新产品，年收入达到 100万。2.2国况自 20 世纪 90 年代以来，国内多所高校开展了 3D 打印技术的研发。清华大学在现代成型学理论、分层实体制造、FDM 工艺等方面都有一定的科研优势；华技大学在分层实体制造工艺方面有优势，并已推出了 HRP 系列成型机和成型材料；西安交通大学研制了三维喷头，并开发了光成型系统及相应成型材料，成型精度达到 0.2mm；中国科

10、技大学自行研制了八喷头组合喷射装置，有望在微制造、光电器件领域得到应用。但总体而言，国内 3D 打印技术研发水平与国外相比还有较大差距。近年来，国内如维示泰克、紫金立德、江苏敦超等企业已实现了 3D的整机生产和销售，这些企业共同的特点是由海外归国团队建立，规模较小，产品技术与国外厂商同类产品相比尚处于。目前，国产 3D在打印精度、打印速度、打印尺寸和软件支持等方面还难以满足的需求，技术水平有待进一步。在服务领域，我国东部发达城市已普遍有企业应用进口 3D 打印设备开展了商业化的快速成型服务，其服务范围涉及到模具制作、样品制作、辅助设计、复原等多个领域。与内地相比，我国港台地区 3D 打印技术引

11、入起步较早，应用更为广泛，但港台主要着重于技术应用，而非研发。33D 打印产业的未来发展前景根据国际快速制造行业Wohlers Report 2011发布的结果，全球 3D 打印产业产值在 19882010保持着 26.2%的年均增长速度。预期，3D 打印产业未来仍将持续较快地增长，到 2016 年，包含设备制造和服务在内的产业总产值将达到 31 亿，2020 年将达到 52 亿。但 3D 打印技术要进一步扩展其产业应用空间，目前仍着多方面的瓶颈和：一是成本方面，现有 3D造价仍普遍较为昂贵，给其进一步普及应用带来了。二是打印材料方面，目前 3D 打印的成型材料多采用化学聚合物，选择的局限性较

12、大，成型品的物理特性较差，而且安全方面也存在一定隐患。三是精度、速度和效率方面，目前 3D 打印成品的精度还不尽人意，打印效率还远不适应大规模生产的需求，而且受工作原理的限制，打印精度与速度之间存在严重。四是产业环境方面，3D 打印技术的普及将使产品更容易被和扩散，制造业面对的盗版风险大增，现有知识保护机制难以适应产业未来发展的需求。43D 打印技术未来发展的主要趋势未来 3D 打印会朝着两端发展：激光技术适合更复杂的生产，而熔融技术则更适合家用和小规模的制造。总的来 3D 打印的条件已经成熟，未来几年将是市场扩展的“成长期”。可以对 3D 打印的发展趋势做出预见：3D 打印既是制造业，更是服

13、务业。近中期，将会与传统的制造技术形成互补。相较于传统生产方式，3D 打印技术的确是的，但目前和近中期还不具备推动第 三次工业的本领，也不会是传统制造业的终结者。3D 打印技术虽然也许会 重振部分发达国家制造业竞争力，但是短期内还难以整个传统制造业模式。从长期来看，3D 打印技术其实就是性、破坏性的技术。当前，3D 打印技术的应用迄今被局限于利基市场(Niche Market，即高度专门化的需求市场)或细分性技术会不断发展，以低成本满足较高端市场的需要，然后采取“农村包围城市” 的方式逐步夺取天下。尽管 3D 打印主要适用于小批量生产，但是其打印的产品可以远远优于传统制造业生产的产品更轻便、更

14、坚固、定制化、直接组装成型。3D 打印的另一个性特征是：单台机器能创建各种完全不同的产品。而 传统制造方式需要改变流水线才能完成定制生产，其过程需要昂贵的设备投资和长时间的工厂停机。不难想象，未来的工厂可以用同一个车间的 3D既制造茶杯，又制造汽车零和量身定制的医疗产品。3D 打印可以在工业领 域的产品开发水平的同时有助于攻克技术难关，可以提高工业设计能力，可以生产出复杂、特殊、个性化产品，可以形成新的经济增长点，促进就业 3D 打印技术显示出巨大的潜在优势。未来的 3D 打印将在民用和工业应用两方面获得不可思议的进展。未来 3D生产的产品将无孔不入。目前，可应用于 3D 打印的材料种类较少，

15、大量材料的应用潜能也未开发出来。如在未来能解决 3D 打印材料在应用领域的三大突出问题，打印材料可市场(Market Segmenion)，如医疗或模具。但根据的理论，根据目前 3D 打印的现状和其优势以及技术特点，认为：随着智能制造的进一步发展成熟，新的、控制技术、材料技术等不断被广泛应用到制造领域，3D 打印技术也将被推向更高的层面。未来，3D 打印技术的发展将体现出精密化、智能化、通用化以及便捷化等主要趋势。3D打印的速度、效率和精度，开拓并行打印、连续打印、大件打印、多材料打印的工艺方法，提高成品的表面质量、力学和物理性能，以实现直接面向产品的制造；开发更为多样的 3D 打印材料，如智

16、能材料、功能梯度材料、纳米材料、非均质材料及复合材料等，特别是金属材料直接成型技术有可能成为今后研究与应用的又一个热点；3D的体积小型化、桌面化，成本更低廉，操作更简便，更加适应分布化生产、设计与制造的需求以及家庭日常应用的需求；集成化，实现 CAD/CAPP/RP 的，使设计生产控制能够无缝对接，实现设计者直接联网控制的制造；拓展 3D 打印技术在生物医学、建筑、车辆、服装等行业领域的创造性应用。参考文献1234Prme a StradivariusJEconomist，2011-2-10The pred worldJEconomist，2011-2-10Wohlers Assotes In

17、cWohlers Report 2011R2011Sam M. Fuller, MD, Daniel R. Butz, MD, Curt B. Vevang , BS,Makhlouf, MD.Application of 3-Dimenal Pring in Hand Surgery for Production of a NovelBone Reduction Cl. Reconstructive and Cosmetic Surgery University of Illinoisat Chicago. September 20145Bahcall, James K.Using 3-dimenal pring to create presurgical ms forendodontic surgery Midwestern University College of Dental Medicine. 2014-Sep6，刘三维打印快