3D打印技术

课程设计

课程名称工业自动化专题

题目名称 3D打印技术

学生学院____ _ 自动化________

专业班级___ _ _

学号

学生姓名___ _ _

指导教师_____ _____

2013 年 6月 27日

3D打印技术

摘要：介绍了什么是3D打印技术，3D打印技术在工业自动化等领域的应用和现状，其相对于传统设备的优势以及在即将到来的“第三次工业革命”中它的发展趋势和应用。

关键词：3D打印技术、工业自动化领域、优势和应用

一、关于3D打印技术

3D打印技术，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打印机则出现在上世纪90年代中期，即一种利用光固化和纸层叠等技术的快速成型装置。它与普通打印机工作原理基本相同，打印机内装有液体或粉末等“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。 3D打印是“增材制造”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，得到零部件，再以拼装、焊接等方法组合成最终产品。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。

二、3D打印技术的应用领域

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、营销活动中。

2．文化创意和数码娱乐：形状和结构复杂、材料特殊的艺术表达载体。科幻类电影《阿凡达》运用3D打印塑造了部分角色和道具，3D打印的小提琴接近了手工艺的水平。

3．航空航天、国防军工：复杂形状、尺寸微细、特殊性能的零部件、机构的直接制造。

4．生物医疗：人造骨骼、牙齿、助听器、假肢等。

5．消费品：珠宝、服饰、鞋类、玩具、创意DIY作品的设计和制造。

6．建筑工程：建筑模型风动试验和效果展示，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。在北美的一些中学、普通高校和军事院校，3D打印机已经被用于教学和科研。

8．个性化定制：基于网络的数据下载、电子商务的个性化打印定制服务。国内3D打印产业发展现状及问题3D打印机虽然发展迅速，但仍面临缺乏宏观

规划和引导、研发投入不足、产业链缺乏统筹发展、缺乏教育培训和社会推广等一系列问题。

三、3D打印技术的发展现状

无疑，3D打印技术作为当前的高新技术之一，其发展不仅能够推动我们科技的进步，促进人类文明的发展，且慢慢走近人类的生活，也即将到来的新工业革命的重要组成部分。

3D打印技术应用领域正逐步拓展，市场空间广阔。过去几年里，快速制造技术通过与数控加工、铸造、金属冷喷涂、硅胶模等制造手段结合，已成为现代模型、模具和零件制造的强有力手段，在航空航天、汽车摩托车、家电、生物医学等领域得到了广泛应用，对改善制造业的产品设计和制造水平起到了巨大作用，在工程和教学研究等应用领域也占有了独特地位。通常应用在产品试制和试验阶段，比如功能检测和装配检测等环节应用较多。目前3D打印技术在航空器和医学及牙科领域的应用增速最快，2009至2011年的3年间，应用于航空器制造领域的设备市场份额由9.9%上升到了12.1%，医学和牙科的市场份额由13.6%上升到了15.1%。此外，在个人消费领域，3D打印技术让消费者在家里就能直接制作出想要的衣服、首饰、装饰品、玩具、乐器、自行车甚至食品。如同电脑从学院、实验室进入到家庭一样，3D打印技术也逐步改变所有人的生活。和任何其他技术类似，3D打印机迅速地变得越来越便宜，功能却越来越强大。三维打印技术，现在已经处在了人人都用得起的临界点。在美国，5年前一台标准的3D打印机的价格是25000-50000美元，而近期3D Systems和Autodesk推出了1500美元左右的个人用产品，最简单的3D打印机的价格甚至已经达到了800美元。

3D打印技术在过去数十年里取得了重大进展，但有关材料、设备和应用的技术挑战依然存在，具体有以下几个方面：

材料特性。在3D打印技术能够完全过渡到提供切实可行的制造解决方案之前，需要为材料提供力学性能数据的规范性标准，也需要更详细的由这些材料性能制成零部件的规范信息。在没有充分认识材料属性之前，是无法进行相应零部件设计的。目前，世界各国已经研发了很多3D打印技术材料，因此，建立全面的规范标准需要整合研究机构以及系统与材料

材料开发。虽然已有大量的同质与异质材料混合物应用于3D打印技术，但仍然需要开发更多的材料。其中包括更好地理解已经使用的材料的加工-结构-属性之间关系，从而了解这些材料的局限性和优点。此外，还需要开发质量测试程序和方法，以帮助扩展可用材料的种类。

四、3D打印技术的优点

三维打印技术的魅力在于它不需要在工厂操作，桌面打印机可以打印出小物品，而且，人们可以将其放在办公室一角、商店甚至房子里；而自行车车架、汽车方向盘甚至飞机零件等大物品，则需要更大的打印机和更大的放置空间。

3D打印技术最突出的优点是无需机械加工或任何模具，就能直接从计算机

图形数据中生成任何形状的零件，从而极大地缩短产品的研制周期，提高生产率和降低生产成本。

与传统技术相比，三维打印技术还拥有如下优势：通过摒弃生产线而降低了成本；大幅减少了材料浪费；而且，它还可以制造出传统生产技术无法制造出的外形，让人们可以更有效地设计出飞机机翼或热交换器；另外，在具有良好设计概念和设计过程的情况下，三维打印技术还可以简化生产制造过程，快速有效又廉价地生产出单个物品。

三维打印技术还有其他重要的优点。大多数金属和塑料零件为了生产而设计，这就意味着它们会非常笨重，并且含有与制造有关但与其功能无关的剩余物。三维打印技术不是这样的。在三维打印技术中，原材料只为生产所需要的产品”，借用三维打印技术，他的团队生产出的零件更加精细轻盈。当材料没有了生产限制后，就能以最优化的方式来实现其功能，因此，与机器制造出的零件相比，打印出来的产品的重量要轻60%，并且同样坚固。

五、3D打印的未来

英国《经济学人》杂志在《第三次工业革命》一文中，将“3D打印技术作为第三次工业革命的重要标志之一”，这充分可以看出3D打印机将来不是要取代某一个制造业，而是要取代几乎所有的制造业。未来你想要什么，只需下载图纸，按一下…打印?键，就可以去喝咖啡听音乐了，剩下的所有事，请统统交给打印机。

未来的3D打印我们可以做什么？也许我们的房屋不在是人工建造的而是用3D打印机打印一个，我们不会受食物的匮乏而限制，想吃什么自己打；家里的常用物品不在需要购买，需要杯子自己打印一个，可以看出，3D打印会在将来给我们带来的便捷之处。

3D打印机的未来或将无所不能，只需要一个想法，一些材料，一台3D打印机，就能将脑中的一切转变为实体

高新区3D打印技术的发展设想和对策

采取财税金融政策上积极支持、积极引导建立行业协会，鼓励研发，加强教育培训等措施，进一步促进3D打印社会化推广。

——制定数字化制造规划，促进3D产业优先发展建议将3D打印技术定位为生产性服务业、文化创意、工业设计、先进制造、电子商务及制造业信息化工程的关键技术和共性技术，将该产业纳入优先发展产业及产品目录。在财税金融政策上，鼓励企业投资、研发、生产和应用3D打印，支持3D打印设备的进出口。

——加强产业联盟、行业协会建设，推动3D产业协同发展积极引导工业设计企业、3D数字化技术提供商、3D打印机及材料研发企业和机构、3D打印服务应用提供商组建产业联盟，利用有关学会、协会的平台加强研讨和交流，共同推动3D打印技术研发和行业标准制定。促进3D打印技术发展的市场平台建设，包括3D打印电子商务平台、3D打印数据安全和产权保护机制、3D打印及周边项目投融资机制等，促进产业可持续发展。

——加大科技扶持力度，提升3D打印技术水平设立专项基金，重点推进数字化技术、软件控制、打印装置、材料技术等关键技术的研发。在研发扶持中，要注意建立公平、公正的研发绩效评估体系，鼓励各研发主体探索不同的技术路径。加强对3D打印产学研合作的支持，特别对

实施产业化的企业在市场销售、社会推广上给予政策支持。

——加强教育培训，促进3D打印社会化推广将3D打印技术纳入相关学科建设体系，培养3D打印技术人才。依靠行业协会、博览会、论坛等组织形式进行3D打印技术和周边应用的培训。在科技馆、文化艺术中心、青少年活动中心等公共机构进行3D打印技术的展示、宣传和推广。发展3D打印服务中心，推广3D打印技术应用，为发展3D打印产业积累应用经验。

参考文献：

1、（美），胡迪·利普森，（Hod Lipson），梅尔芭·库曼，（Melba Kurman）著赛迪研究院专家组译《3D打印：从想象到现实》

2、（美），杰里米·里夫金著张体伟，孙豫宁译《第三次工业革命》

3、（美），彼得·马什，（Peter Marsh）著赛迪研究院专家组译《新工业革命》

4、百度百科——3D打印技术https://www.360docs.net/doc/415280698.html,/view/5403239.htm

5、3D打印在工业自动化领域相关的应用https://www.360docs.net/doc/415280698.html,/ch_hangye/zjsd/2013060173155.html

6、3D打印技术概述和未来市场前景的基本判断——武汉新思維电脑美术学校校长沈又天

7、3D打印技术与产业的发展及前景分析——上海市科学研究所王雪莹

8、中国3D打印产业发展现状及发展建议探讨https://www.360docs.net/doc/415280698.html,/view/bf120f42b307e87101f6963e.html

9、Print me a Stradivarius[J]．Economist，2011-2-10．

10、 The printed world[J]．Economist，2011-2-10．

11、 Wohlers Associates Inc．Wohlers Report 2011[R]．2011．

12、Gartner Inc，上海市科学学研究所．新兴技术的炒作周期曲线[R]．2011．

13、古丽萍．蓄势待发的3D打印机及其发展[J]．数码印刷，2011，（10）．

14、刘厚才，莫健华，刘海涛．三维打印快速成形技术及其应用[J]．机械科学与技术，2008，

15、陈步庆，林柳兰，陆齐，等．三维打印技术及系统研究[J]．机电一体化，2005，（4）．

16、北京智道顾问有限责任公司——2012-2013年中国3D打印产业发展研究年度报告

17、3D派关住3D打印、3D打印机前业 https://www.360docs.net/doc/415280698.html,/

18、3D立体显示技术的现况与展望https://www.360docs.net/doc/415280698.html,/view/73bf31274b35eefdc8d33375.html 18、3D打印机工作原理https://www.360docs.net/doc/415280698.html,/view/2d6d9ec12cc58bd63186bd0c.html

20、三维打印机应用实例https://www.360docs.net/doc/415280698.html,/view/e728dc4669eae009581bec23.html

21、三维打印机正开启新的科研领域https://www.360docs.net/doc/415280698.html,/view/0a04634ae518964bcf847ce8.html

22、三维立体打印机的成形技术https://www.360docs.net/doc/415280698.html,/view/cf3109c489eb172ded63b71a.html

23、美国3D快速成型机器https://www.360docs.net/doc/415280698.html,/view/cd012317a216147917112841.html

24、发改委立项用三维立体打印机项目可行性研究报告

https://www.360docs.net/doc/415280698.html,/view/d821840079563c1ec5da71a1.html

25、SD300Pro 三维立体打印机https://www.360docs.net/doc/415280698.html,/view/431c9f124431b90d6c85c70f.html

26、国际3D打印三大技术支撑手段https://www.360docs.net/doc/415280698.html,/news/news.aspx?id=112412

27、3D打印技术能否催生第三次工业革命

https://www.360docs.net/doc/415280698.html,/view/14e2f50bba1aa8114431d93a.html

28、打印开新工业革命之门,中国制造面临挑战

https://www.360docs.net/doc/415280698.html,/view/753dfeb6960590c69ec3761e.html

29、我国3D打印机产业发展现状、中国3D打印机、国产三维打印机

https://www.360docs.net/doc/415280698.html,/view/bf120f42b307e87101f6963e.html 30、我国3D打印机的市场发展情况,3D打印机报告

https://www.360docs.net/doc/415280698.html,/view/78dfbd64a98271fe910ef9e4.html