3D打印作业模板

3D 打印基础与应用作业

(第1次作业)

2017年3月

学生序号：87

3D打印的现状及发展前景

一、历史简介

19世纪末，美国研究出了的照相雕塑和地貌成形技术，随后产生了打印技术的3D打印核心制造思想。

1979年，美国科学家RF Housholder获得类似“快速成型”技术的专利，但没有被商业化。

20世纪80年代中期，SLS被在美国得克萨斯州大学奥斯汀分校的卡尔Deckard博士开发出来并获得专利，项目由DARPA赞助的。

到20世纪80年代后期，美国科学家发明了一种可打印出三维效果的打印机，并已将其成功推向市场。

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状的解决方案，而不是把墨水挤压在纸张上的方案。

2003年德国发布了一款迄今为止最高速的纳米级别微型3d打印机——Photonic Professional GT。

然后是中国华中科技大学与大连理工大学对3D打印的速度与加工尺寸方面做的重大突破。

2013年5月上市了彩印3D打印机新产品“ProJet x60”系列。

2013年11月23日，西安电子科技大学展出3D打印机器人。

二、最新技术发展情况：

国外：①金属3D打印基础性研究获重大突破，美国一研究团队基于3D打印快速加热易导致零部件出现缺陷的问题即将开发出一款软件创建出模型以解决3D打印金属零部件的表面粗糙度、残余应力、孔隙和微裂缝等问题，实现对3D打印更精确的调控。

②Techshot宣称2024年将在太空3D打印活体心脏。该公司希望通过将活体细胞送入太空的方式解决重力影响血管在组织中生长的问题，从而制造出真正的心脏。③

微观生物3D打印领域获新突破。近日，英国谢菲尔德大学（University of Sheffield）的科学家们开发出可以在生物环境中安全地使用的蚕丝微型火箭。这种蚕丝微型火箭能主动在生物液体环境中获取动力且对生物体无害，也是医学方面的一项重大突破。④还有就是在3D打印药物、脑组织、各类电池等方面的进展，在此不详细列举。

国内：①中国金属直接烧结成型3D打印技术获突破，成为世界上第四个掌握直接用激光熔融金属粉末沉积技术的国家。②西安交通大学通过一种基体与导线同步打印的3D打印技术实现了结构电子产品三维空间的任意排布。③西安交通大学克服现有技术中存在的问题，提供一种采用多束激光辅助控温3D打印定向晶零件的装置及方法，通过增加辅助控温光源，利于零件的金属晶体定向生长，能够得到连续的柱晶或单晶组织。④南京航空航天大学提供一种基于SLM成形的铝基纳米复合材料以解决现有的铝基复合材料在成形加工过程存在的几个问题。⑤南京航空航天大学通过调整激光加工过程工艺参数，改善成形模具晶粒粗大问题，从而改善其机械性能。⑥浙江大学利用FDM 三维打印技术制作基底，采用铺粉的方式，来制得微流控芯片。

三、应用市场简括

3D打印的市场主要来源于设备、材料和服务这三大方面。先说设备，激光、软件是3D打印设备的核心技术内容。这两者的开发与更新直接关系到了3D打印市场的发展规模和方向。目前桌面级的3D打印机价格在几千到上万的范围内。主要是打印精度与

稳定性影响了它的价格。而工业级的3D打印机通常要在5万以上，十几几十万的都属常见，主要看用途。打印尺寸越大，精度越高，打印的产品越复杂，打印机的技术含量越高，自然价格也就越高了。目前3D打印设备主要在消费品/电子、医疗、工业设备、交通运输、航天航空等行业应用的比较广泛。再是材料，就目前的技术水平而言，3D 打印的成果绝对是与打印材料分不开的，甚至材料的重要性比机器还高。这里的材料并不是指普通的钢铁、塑料之类的原料，因为3D打印对于材料的要求是十分高的。尤其是工业级的3D打印材料，目前可用的也就十来种。可以说，材料是限制3D打印技术发展的一个主要瓶颈。如此说来，在材料这一块，3D打印技术的市场也是很有潜力的。但这方面对于技术的要求也很高，在短期类未必能取得重大突破，因此研究工具、资金、技术水准都是投资者需要考虑的问题。最后是服务。3D打印技术的开发本就是为了服务于人民以及国家。对于一个人一个家庭来说，3D打印可以做什么呢？我可以用一个人在未来平凡的一天来描述：我在用3D打印出的床上醒来，走进洗漱室，我先刷了刷自己用3D打印技术打印出的假牙，然后看了看自己的左手——这里本来没有手，它在一场车祸中失去了，但3D打印技术重新为我创造了一只左手，几乎和以前没什么区别，我甚至能感觉它的生命。洗漱完之后，我要吃东西了。吃什么呢？我思考了一下，然后想起了五味干丝，于是我向家庭级打印机里装入了原料，然后选择好这道菜的数据模型，打印开始了。没过几分钟我吃上了这道在以前需要准备很久的菜肴。然后我准备出去上班了，驾驶着3D制造的汽车，我穿越街道，看见无数3D打印出的高楼大厦在城市里傲然矗立。然后我过了立交桥——当然，这也是3D打印技术制造出来的。十来分钟后我到达了我的办公室。我是一名航空公司的技术人员，我的工作是建造航空零件的数学模型然后交给别人进行打印，最后再组装。整个流程简单得令人发指，主要的工作内容也集中在我这个部分这一块，处在我这个工作岗位的同事大概有五十来人，建造出一艘航空飞船大概需要一个月左右。工作了大概八个小时后我下班了，我看了一眼渐渐滑

落城市边缘的太阳，心想：又是平凡的一天。

这大概就是不久的将来3D打印技术发展后的人类生活方式。那个世界里3D打印的产品无处不在，潜移默化的改变着人们的生活方式。我也相信3D打印的技术会达到那个程度，但不一定像我描述的那么“恐怖”。但毋庸置疑的是3D打印技术的前景是十分光明的，任何技术上的问题都不是问题。关键是人们对于这项新产品的接纳度。而这也很显然，3D打印可以做到让人依赖它生活就像人们依赖电脑和手机一样，这是我对于3D打印充满信心的最大原因。

至于从国家层面来看3D打印技术，就当前来说，它已经在航空航天、医疗设备、高科技产品、制造业等方面有了较为深入的应用，这些产业都是国家经济的命脉，甚至包括武器的制造研发，该技术也从中发挥了作用，对国防力量的增强也起到的促进作用。3D打印技术是一项辐射许多领域的大技术。

四、关于3D打印技术的两个创想

第一个，从材料来看，我们的材料有这几种使用方式：以固态材料直接粘合，或者是先将固态材材料融为液态，再控制气温等条件重新变为固态，再者就是原本液态的材料直接在光线、气温等条件控制下转变为固态。由此产生想法，能不能使用气态材料通过喷射的方式进行打印，然后在人为控制的条件下迅速转变为固态，起到凝华的效果。这种事如果能做到的话，我觉得会有这些优点：喷射力强，可以克服重力打印，增强打印产品的密度，韧性。但如何控制其喷射时的精度，这则是需要考虑的另一个问题。

第二个，如何提高打印速度。之前曾有人在原理上改变3D打印的方法，从而使3D打印的速度提高了数十倍。但那在打印的产品对象方面要求很高，应用范围不够广阔。那么我想到从机器本身入手改变其结构，提高打印速度。如果打印机的喷头不是一个，而

是许多，十分多，多到直接覆盖整个台面？这么多的喷头紧紧的挨在一起，并不通过喷头的水平平面移动而喷射材料粉末或者液滴，而是在电脑的控制下，只有对应图案下的喷头竖直伸出，喷出材料，形成一层。这样做节省了传统3D打印机由点到线再到面的过程而直接由面到体，可以想象这个过程会缩短多少倍。但面临的问题也很大：如何让许许多多的喷头组合产生平面喷射的效果，而且不太影响打印成品的精度？这可能要求喷头十分细，相互贴得很紧密但又不影响它们的相对移动，这对机器的工艺要求很高。但个人认为应该可以做到。

五、总结

我对于3D打印技术并不算了解，也没有接触过实物的3D打印机，所以关于猜想和认识都只是基于一个人的想象而已，并无太多实际根据。但毕竟有胜于无不是么？科学也许就是在这种“不靠谱”的猜想中前进的呢。