涂浩翰-3d技术进展综述

1、3D 打印技术的发展综述摘要：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 ；智能制造一、3D 打印技术概况3D打印（3Dpring）技术是指通过连续的物理层叠加，逐层增加材料

2、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或增材制造1。3D 打印是“增材制造”（AdditiveManufacturing）的主要实现形式。“增材制造”的理念区别于传统的“去除型”制造。传统数控制造一般是在原材料基础上，使用切割、磨削、腐蚀、熔融等办法，去除多余部分，得到零，再以拼装、焊接等方法组最终产品。而“增材制造”与之截然不同，无需原胚和模具，就能直接根据计算机图形数据，通过增加材料的方法生成任何形状的物体，简化产品的制造程序，缩短产品的研制周期，提高效率并降低成本。3D 打印的技术主要包括 SLA、FDM、SLS、LOM 等工艺，下面我们简单介绍三种主流技

3、术：1、光刻造型技术(SLA)：可以想象一下把一根黄瓜切成很薄的薄片再拼成一整根。先由把 3D 的数字模型，“切”成若干个平面，这就形成了很多个剖面，在工作的时候，有一个可以举升的平台，这个周围有一个液体槽，槽里面充满了可以紫外线照射的液体，紫外线激光会从底层做起，最底层的，然后下移，下一层，如此往复，直到最终成型。其优点是精度高，可以表现准确的表面和平滑的效果，精度可以达到每层厚度0.05 毫米到0.15 毫米。缺点则为可以使用的材料有限，并且不能多色成型。2、熔融沉积成型技术，同样是需要把 3D 的模型薄片化，但是成型的原理不一样。学过高等数学的朋友都知道积分，熔融沉积成型技术，就是把材料

4、用高温熔化成液态，然后通过喷嘴挤压出一个个很小的球状颗粒，这些颗粒在喷出后立即，通过这些颗粒在空间的排列组合形成实物。这种技术成型精度更高、成型实物强度更高、可以彩色成型，但是成型后表面粗糙。3、选择性激光烧结(简称 SLS)不同材料的粉末为原料SLS 工艺又称为选择性激光烧结，由德克萨斯大学分校的 C.R. Dechard 于研制成功。SLS 工艺是利用粉末状材料成形的。将材料粉末铺洒在已成形零件的上表面，并刮平；用高强度的 CO2 激光器在刚铺的新层上扫描出零件截面；材料粉末在高强度的激光照射下被烧结在一起，得到零件的截面，并与下面已成形的部分粘接；当一层截面烧结完后，铺上新的一层材料粉末

5、，选择地烧结下层截面。选择性激光烧结的特点：材料多样且性能接近普通工程材料；无碾压步骤因此 Z 向的精度不容易保证好；工艺简单，不需要碾压和掩模步骤；使用热塑性材料可以制作活动铰链之类的零件；成型件表面多粉多孔，使用密封剂可以改善并强化零件；使用刷或吹的方法可以轻易地除去原型件上未烧结的粉末材料 。每种技术都有各自的优缺点，因而一些公司会提供多种以供选择。一般来说，主要的考虑是打印的速度和成本，三维打印机的价格，物体原型的成本，还有材料以及色彩的选择和成本。可以直接打印金属的价格昂贵。有时候人们会先使用普通的三维打印机来制作模具，然后用这些模具制作金属。二3D 打印技术国际国内发展现状3D 打

6、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、打印骨骼，而且还可以用 3D打印自己设计的衣服。首先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。9 月 25 日，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

7、“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，有望年内正式出台。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，3D 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 Sy

8、stems 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 ZCorporation 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 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

9、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。自 20 世纪 90 年代以来，国内多所高校开展了 3D 打印技术的自主研发。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

10、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、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

11、、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。三、3D打印所需的3D 打印需要依托多个学科领域的尖端技术，至少包括以下方面：1.：要有先进的设计及数字化工具，辅助设计制作出产品的三维数字模型，并且根据模型自动分析出打印的工序，自动控制打印器材的。精密机械：3D 打印以“每层的叠加”为加工方式。要生产度的产品，必须对打印设备的精准程度、稳定性有较高的要求。材料科学：用于3D 打印的原材料较为特殊，必须能够液化、粉末化、丝化，在打印完成后又能重新结合起来，并具有合格的物理、化学性质。四、 3D打印的应用

12、领域3D打印技术具有广泛的运用领域，具体应用领域包括：1工业制造：产品概念设计、原型制作、产品评审、功能验证；制作模具原型或直接打印模具，直接打印产品。3D 打印的小型无人飞机、小型汽车等概念产品已问世。3D 打印的家用器具模型，也被用于企业的宣传、2文化创意和数码体。科幻类活动中。：形状和结构复杂、材料特殊的艺术表达载达运用3D 打印塑造了部分角色和，3D 打印的小提琴接近了手工艺的水平。3航空航天、机构的直接制造。工：复杂形状、尺寸微细、特殊性能的零、4生物医疗：人造骨骼、牙齿、助、假肢等。消费品：珠宝、服饰、鞋类、玩具、创意DIY 作品的设计和制造。建筑工程：建筑模型风动试验和效果展示，

13、建筑工程和施工（AEC）模拟。7教育：模型验证科学假设，用于不同学科实验、教学。在的一些中学、普通高校和军事院校，3D五、3D 打印的发展机遇已经被用于教学和科研。3D 打印将成为第三次工业的技术。学者里夫金在他的新书中称，互联网与新能源的结合，将会产生新一轮工业这将是人类继19 世纪的蒸汽机和20 世纪的电气化之后的第三次“”。而英国：随着生产的数字化，第三次工业现正如火如荼地进行着，新材料、包括 3D 打印技术在内的全新工艺、易于使用的机器人与新式协同生产服务的涌现，使得人们能以更低的劳动力成本灵活地生产少量产品。3D 打印作为打破传统机械化集约生产方式的技术，将在第三次工业中发挥引领的作

14、用，带动全球制造业升级发展。中国作为全球制造业大国，如何加快掌握 3D 打印技术以制造业竞争力，当前所的机遇与并存。中国 3D 打印市场前景将达级。从国外的实践来看，3D 打印不仅能快速制造出密与结构复杂的模具与零产品，还将能替代众多劳动密集型的制造业，包括文教体育用品、工艺美术品、纺织服装、化学、橡胶、制品、家具等（2011 年上述国内产业产值已超过 7元）。随着 3D 打印技术的不断成熟，未来即使只有10%的上述产业被替代，也将形成级的 3D 打印市场。而在不远的未来， 3D将可能与家用电脑一样普遍，孕育出巨大的消费市场。政策支持力度将不断加大。“十二五”时期是我国转变经发展方式、促进升级

15、、实现“信息化与工业化深度融合”的关键时期，智能制造装备是国家重点支持发展的性新兴产业。3D 打印技术作为制造史上的巨大突破，对促进升级、实现“两化深度融合”具有重要意义；3D 打印设备则是智能制造装备的重要组成部分。因此，国家对 3D 打印产业的政策支持力度必将不断加大。亚洲制造业推动组建，中国 3D 打印技术迎来新一轮发展契机。亚洲制造业经过对 3D 打印技术的长期研究，制定了一系列的有针对性发展促进计划。进入 2012 年下半年以来，亚洲制造业首先在国内推动 3D 打印技术的发展。在国家工信部的大力支持下，10 月 15 日联合航空航天大学、华技大学、滨湖机电、高科、宝康隆、紫金等国内主

16、要科研机构及领先企业在发起建立中国 3D 打印技术，处拟设于。利用亚洲制造业的会员网络、资源和企业交流，中国 3D 建打印技术未来将在搭建国内外 3D 打印技术科研机构和企业交流，加强与国家工信部、科技部等部委的对接，推动 3D 打印技术上升为国家，促进中国 3D 打印技术及应用产业的发展等方面发挥巨大作用。在的推动作用下，中国3D 打印技术无疑将迎来新一轮发展契机。结束语3D 打印技术代表制造业发展新趋势，它和其他一些数字化生产模式的涌现，将推动实现第三次工业。随着生产速度和质量的不断以及打印装置和材料的改进，将会有越来越多的 3D 打印新产品不断出现。3D 打印可以完成很多在现在看起来匪夷所思的事，从某种角度来说，很多到的东西，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，融入到的生活中，像电脑一样普及。参考文献1.3D 打印技术及其J.今日科苑，2013，（9）：104-106.2.3D 打印技术的发展分析J.新材料产业，2013，（10）：30-35.3，.3D 打印技术