3 D打印技术发展现状李洋

3 D打印技术发展现状李洋（精选8篇）

篇1：3 D打印技术发展现状李洋

D打印技术发展现状

学生姓名：李洋 学 号：1410740217

专业班级：机械电子工程1402班 指导教师：周成 D打印技术发展现状

摘要：3D打印技术作为一种快速成型技术迅猛发展，并且正迅速改变着人们的生产生活方式。在3D打印的设备、技术、材料、应用等方向分别进行了介绍，并对技术和材料所存在的问题进行了分析，在此基础上对3D打印技术进行了能耗和环保评估，并提出了3D打印技术应该与新能源相结合的观点。

3D打印技术，又称增材制造技术或3D快速成型技术，起源于20世纪80年代，是一种以数字模型文件为基础，采用离散材料(液体、粉末、丝、片、板等)，通过逐层累加的方式来制造任意复杂形状物体的技术_l-4j。2012年，美国奥巴马总统将增材制造技术列为国家l5个制造业创新中心，英国著名杂志《经济学人》发表专题报告《3D打印推动第三次工业革命》，推动3D打印发展的政治、经济量正式形成，使得3D打印技术成为了一种热潮并迅速吸引了全世界的眼球。近两年来，3D打印技术作为一项前沿性的先进制造技术迅猛发展，并且正迅速改变着人们的生产生活方式，在T业制造、生物医学、建筑制造、文化艺术等领域逐步发挥了重要的作用。本文在3D打印的设备、技术、材料、应用等方向分别进行了介绍，并对技术和材料所存在的问题进行了分析，在此基础上对3D打印技术进行了能耗和环保评估，并提出了3D打印技术应该与新能源相结合的观点。1． 3D打印技术简介

3D打印技术是一种增材制造技术，相对于传统的· 50 ·材料去除(如车、铣、磨等)技术，增材制造是一种“自下而上”材料累加的制造工艺。3D打印的工作原理类似于喷墨打印机，但是其所用的“墨”为塑料、树脂、金属等材料。具体成型过程为：先通过计算机建模软件建模，或者是对现有的物体进行扫描，再将建成的三维模型分区成逐层的截面，即切片，进而指导打印机利用打印材料进行逐层打印，层层叠加成三维立体零件。3D打印技术不需要模具、刀具等T具，免除了传统艺需要多道加T程序的烦琐过程。2． 3D打印的设备

3D打印机是3D打印的核心设备，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，是集机械、控制和计算机技术等为一体的复杂机电一体化系统。3． 3D打印的材料 3．1 打印材料

理论上说，所有的材料都可以用于3D打印，但是目前可供打印使用的材料较少，主要有3大类：高分子材料、金属材料和无机非金属材料。3．1．1 高分子材料(1)塑料

在3D打印领域，塑料是最常用的打印材料，具有相对密度小、耐蚀性、电绝缘性、减摩、耐磨性好、有消音吸振性能、良好的工艺性能等优点。3D打印常用塑料的种类有：ABS、PC、PA、PIA等，见表1所示。另外，通过不同比例的材料混合，可以产生出将近上百种软硬不同的新材料。表1 常用的3I)打印塑料名称 性能 应用领域有优良的综合性能，有极好的冲击强度、尺寸稳定性好、电性能、耐磨性、抗化学药品性、染色性，成型加工和机械 电子消费品、家ABS 加工较好。可以通过加入适量的增韧 电、汽车制造等剂和增溶剂，对ABS复合塑料进行改性 领域。研究，大幅度提高了ABS复合材料的强度、韧性和力学性能。真正的热塑性材料，高强度，耐高温，抗 电子消费品、家冲击，抗弯曲。可以与ABS混合，制作 电、汽车制造、航PCPC／ABS材料，结合了PC的强度及ABS 空航天和医疗器的韧性，性能要明显高于ABS。械等领域。具有良好的综合性能，包括力学性能、耐热性、耐磨性、阻燃性、易加lT、性能 汽车制造、家电和PA 稳定等特点。可以用玻璃纤维和其他 电子消费品等填料填充增强改性，研发出多种具有特 领域。殊性能的新品种。具有热稳定性好、抗溶剂性好、机械性能优良、可用多种方式进行加工等特 服装点、工业 制 造、。PLA PLA制成的产品除能生物降解外，建筑产业 和 医疗生物相容性、光泽度、透明性、手感和耐热性好，有的PLA还具有一定的抗菌 卫生等领域。性、阻燃性和抗紫外性。(2)光敏树脂

光敏树脂主要由光引发剂、预聚体、稀释剂及少量添加剂组成 I2。在一定波长的紫外光照射下立刻引起聚合反应完成固化。光敏树脂一般为液态，主要

应用于SLA技术，用于制作高强度、耐高温、防水等制ZU13等串弟 I朋品。国外对于光敏树脂的研制、开发、生产，已形成系列产品，而我国对3D打印用光敏树脂的研究较少，且开发出树脂的固化质量不高，制作的零件精度低，机械性能不好，毒性较大。3．1．2 无机非金属材料

无机非金属材料具有稳定的物理和化学性能、防火性能、防水性能、抗腐蚀性、耐候性强等优点，目前用于3D打印的主要有陶瓷、混凝土等材料。3D打印用的陶瓷材料主要是由陶瓷粉末和粘结剂组成，一般采用激光烧结的方式将粘结剂粉末熔化后将陶瓷粉末粘结在一起。3D打印的陶瓷制品具有不透水、耐热、可回收、无毒、易碎等特点，可以作为理想的餐具、瓷砖、花瓶、艺术品等家具材料。

从上述分析可以看出，目前的3D打印属于高能耗、高浪费、低环保的技术。因此3D打印技术的进一步发展，需要开发新的技术来降低能耗，寻找新的方式 来回收原材料，开发新的可打印的环保材料。另外，3D打印技术应该与新能源技术相结合，充分利用发挥新能源的优势，使得3D打印技术更节能环保的发展。例如，3D打印技术与太阳能能源相结合，太阳能是取之不尽用之不竭的，可以把太阳能作为3D打印技术的供应能源，同时，3D打印技术也可以打印一些太阳能产品，实现3D打印技术与太阳能的相互充分利用 4． 结语 D打印作为一种快速成型技术迅猛发展，本文介绍了3D打印的设备、技术、材料、应用等方面。在技术方面，需要开发新的技术方法，提高产品成型的速

度、效率、精度及表面粗糙度等指标，并且需要开拓新的产业模式，与传统的制造工艺相结合，实现优势互补，从而共同促进制造业的发展。在材料方面，完善现有可打印材料的基本性能，实现材料的真正可用性；开发新的材料，包括各种复合材料、合金材料、梯度材料、功能材料、纳米材料等，尽量让所有的材料都能够实现3D打印；制定3D打印材料的行业性标准。3D打印材料是3D打印技术发展的关键所在，需要研究者在3D打印材料方面进一步的开展全面的研究。在节能环保方面，需要开发新的技术来降低能耗，寻找新的方式来回收原材料，开发新的可打印的环保材料。另外，3D打印技术应该与新能源技术相结合，充分利用发挥新能源的优势，使得3D打印技术更节能环保地发展。

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篇2：3 D打印技术发展现状李洋

姓名：陈芷杨 年级：13级机制2班 学号：201330230203 摘要：美国学者杰里米·里夫金出版了《第三次工业革命》一书,在书中全面分析了第三次工业革命的全球性影响,他提出互联网、绿色电力和3D打印技术正引导着“第三次工业革命”。近年来，3D打印技术也开始在我国流行开来，印发了一股迅猛发展的潮流，各大高校以及各大大型也纷纷开始研究3D打印技术，希望在这次的潮流中获得一席之位，抢先一步掌握这一门引导“第三次工业革命”的技术。我们国家已经错过了第一次和第二次工业革命，虽然40年来一直奋起直追，但是我国的工业水平仍然与发达国家有着相当大的差距，仍然无法摘下那顶“Made in China”帽子。据中国3D打印技术产业联盟数据预估,至2016年中国将成为全球最大3D打印机市场。这是一份机遇也是一份挑战。本文以3D打印技术在中国的发展现状作为研究对象，对比国内与国外3D打印快速成型技术的差距，分析3D打印在我国的发展前景。

关键词：3D打印技术；发展现状；发展前景；措施与制度； 正文：

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。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。

3D打印技术分许多种，目前市场上的快速成型技术分为3DP 技术、熔融层积成型技术、立体平版印刷技术、激光烧结技术、激光成型技术和紫外线成型技术等等。3D技术该技术在珠宝、工业设计、建筑、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、军事以及其他领域都有所应用。可惜的是目前为止一些高端的民用3D打印技术仍然掌控在国外的几家龙头老大的公司里面，我国民间在3D打印技术的研发方面与国外有着很大的差距。不过好消息是据英国《简氏防务周刊》网站2月24日报道，中国人民解放军已研制出首幅使用3D打印技术的地形图，另外我国早在2000年前后，中航激光技术团队就已开始投入“3D激光焊接快速成型技术”研发，解决了多项世界技术难题、生产出结构复杂、尺寸达到4米量级、性能满足主承力结构要求的产品。这些都可以说明了我国对3D打印技术的重视程度与投入程度，可惜的是，我国掌握的这些技术主要是在军事方面，还无法投入工业的实际制造中。3D打印快速成型技术的专利申请量趋势分析摇通过专利申请的分析,可揭示3D打印技术领域的历年专利申请及技术研况,从而掌握其技术发展趋势及全局动态。对检索到的国内外3D打印技术领域的专利申请量进行统计,结果见图

国内自20世纪90年代初才开始涉足3D打印技术领域,从图中可以看出,在1999年之前专利申请量较少,说明当时我国3D打印技术还处于时萌芽期,没引起足够的重视,是这也受到我国高科技技术人的缺乏以及3D打印技术研发成本高等方面的约束。2000-2007年间,专利申请量开始稳步增长,进入平稳增长期,2007年之后专利申请量快速增长,直到2011年国内申请量达到了20年来的最高峰,说明我国目前主要处在研发的快速成长阶段。

从国内外趋势线上反映的总体态势看,我国与国外技术发展差距近10年,处在不同的发展时期。这与研发者的学术敏锐、研发模式及国家层面的重视有关。因此,我国需加强政策扶持,加大研发投入,不断进行技术研发创新,逐步向产业化迈进,缩小与国外的差距

此外，环扫国内，桌面式3D打印市场基本处于仿制国外技术资源的阶段，拥有自主研发技术的公司并不多。值得关注的是，开源策略发生了变化，这对于国内多数的品牌3D打印机仿制者来说并不算是什么好消息，而逐步走向自主研发的道路也是必然的趋势。虽然这场变化基本在多数仿制者的意料之中，但是其发生时间却要比预期快很多。除此之外，我们国内用户与海外用户在对产品的态度也有着完全相反的态度：国内用户更为讲究实际和效果。在欧美地区，多数用户购买桌面式3D打印机是源自于个人兴趣，而国内用户主要是以工作为主。这也就是说，国内用户更加注重3D打印机的效果和稳定性，因此对于产品的小毛病都会嗤之以鼻。目前3D打印出来的成品在外观和尺寸上比从传统制造行业流程走出来的产品要差不少，国内3D打印制造商仍然需要不断的提高打印精准度，甚至加入打磨功能。

3D打印技术在国内没能够有大发展的另一个原因在于，国内3D行业“小而散”的局面影响了产业的推广。目前，我国在3D快速成型技术上的设备、材料及应用领域与国外尚有差距，而活体组织打印是未来重要方向发展3D打印技术。

其实由上图可以看出我国其实起步并不晚。这方面的研究在上世纪80年代末就已开始，研究力量集中在西安交通大学、华中科技大学和清华大学等高校。目前，这3所高校仍是我国3D打印技术的研究重地，其中西安交通大学侧重研究光固化技术，华中科技大学的优势在于激光粉末烧结技术，而清华大学则侧重塑料堆积技术。我国生产的3D打印机装备功能已经接近国际先进水平，两者的差距主要体现在装备的可靠性和材料研发上。“部分3D打印机的关键器件需从国外进口，而用国产零件生产的打印机稳定性不够。”此外，我国在材料质量和品种上还远不如美国、德国丰富，许多研发的实验材料也需要进口。这些方面也导致国内对3D打印技术的研发成本大大的提高了，也是阻碍我国推广此项技术的绊脚石。

据华中科技大学材料科学与工程学院教授史玉升说，国内与国外虽然还有不小差距，但3D打印技术已经算是我国制造行业与国外先进水平差距很少的技术之一，部分领域几乎同步，在某些方面还具有自身特色和一定的优势。北京航空航天大学的王华明教授曾打印出世界上最大的钛合金复杂构件，产品整体性能远超锻件。值得再次提起的是我国的“3D激光焊接快速成型技术”已经是超越了美日，在国际上也是领先的水平。

目前不仅是在我国，在国际上3D打印技术也面临着一系列的问题：首先是缺乏宏观规划和引导。3D打印技术涉及的各大领域，也属于新能源新技术的研发行列中年，但在在我国工业转型升级、发展智能制造业、进入创新型国家的相关规划中，对3D打印这一交叉学科的技术总体规划与重视不够。此外，企业对技术研发投入也明显不足。我国虽已有几家企业能自主制造3D打印设备，但企业规模普遍较小，研发力量不足。在加工流程稳定性、工件支撑材料生成和处理、部分特种材料的制备技术等诸多具体环节，存在较大缺陷，难以完全满足产品制造的需求，而占据3D打印产业主导地位的美国3Dsystems、stratasys等公司，每年都投入1000多万美元研发新技术，研发投入占销售收入的10％左右。两家公司不仅研发设备、材料和软件，而且以签约开发、直接购买等方式，获得大量来自企业外部的相关细分技术、专利，已掌握一批关键核心技术。还有就是缺乏教育培训和社会推广。目前，企业购置3D打印设备的数量非常有限，应用范围狭窄。在机械、材料、信息技术等工程学科的教学课程体系中，缺乏与3D打印相关的必修环节，3D打印停留在部分学生的课外兴趣研究层面。

为了在这场潮流中夺得先机，推动我国3D打印技术产业化、市场化进程，加快与国际间的对话交流，促进3D打印技术与传统制造技术的有机结合，由亚洲制造业协会联合华中科技大学、北京航空航天大学、清华大学等权威科研机构和3D行业领先企业共同发起的中国3D打印技术产业联盟于2012年10月15日在北京宣告成立。中国3D打印技术联盟是全球首家3D打印产业联盟，标志着我国从事3D打印技术的科研机构和企业从此改变单打独斗的不利局面，有利于尽快建立行业标准，集中展示我国3D打印技术的良好形象，也便于加强与政府间或国际间的广泛交流。

中国3D打印技术产业联盟秘书长罗军表示未来3至5年是发展关键时期，工业级打印将成主要市场。据罗军估计，产业联盟成立后，国内3D行业统一了抱团发展的思想，未来3年内有望达到百亿产值。而市场缺口打开后，国内3D打印技术市场规模将保持至少一倍以上的增长速度，有可能成为世界3D打印的中心。

结论：

发展3D打印产业,可以提升我国工业领域的产品开发水平,提高工业设计能力;可以生产复杂、特殊、个性化的产品,有助于攻克技术难关;可以形成新的经济增长点,促进就业。面对新的生产方式变革和发达国家大力推进的“再工业化战略”,我国也应高度重视3D打印等新型数字化制造技术的研发和产业化,加大人才培养、市场培育和应用推广的力度,努力在数字化革命和智能制造的“机会窗口”前取得3D打印产业发展主动权。参考文献：

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(4)作者：Ji De Zhang，Shu Fang Wang,Yan Hui Luan《Analysis of 3D Printing Technology in China-Taking Avic Heavy Machinery Co.,Ltd(600765)as an Example》

(5)作者：Jianzhong Cha,Shuo-Yan Chou,Josip，Stjepandi&cacute,Richard Curran,Wensheng Xu,Na Qi,Xun Zhang,Guofu Yin《Opportunities and Challenges of Industrial Design Brought by 3D Printing Technology》2014年

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篇3：3D打印技术发展

什么是3D打印

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。与传统的减材制造的加工技术不同, 因此又称为增材制造技术-Additive Manufacturing (AM) 。3D打印技术是一项颠覆性的技术, 3D打印行业是最具潜力的行业之一。

3D打印的主要过程是通过计算机建模软件建模, 再将建成的三维模型切片, 从而指导打印机分层加工、叠加成型来实现最终产品。

3D打印技术的意义

3D打印技术是一种集机械、计算机、数控和材料于一体的新型数字化先进制造技术。3D打印技术已经越来越贴近人们的生活, 并开始向更重要的角色演变。通过材料的逐层堆积, 得到任意复杂结构的零部件。

1. 3D打印为社会制造提供创新的原动力:拓展产品创意和创新的空间、设计即生产、设计即产品创造无极限。

2. 3D打印可以提高社会制造的工艺能力。即简化制造提高产品质量与性能, 多个零部件集合为一个整体制造出来, 减少零部件数量;简化装配工作, 产品可靠性, 和安全性得到提高;能制造出传统工艺无法制造的零部件, 增强工艺实现能力。

3. 3D打印可以实现社会制造的绿色可持续发展, 3D打印制造技术促进绿色制造模式。

4. 3D打印可以降低生产制造成本。

5. 3D打印将催生社会制造全新模式。变革传统制造模式, 形成新型制造体系和创新模式。

3D打印主要优势:制造复杂品、缩短生产周期、减少空间占用、节省材料、产品多样化、制造机能简化。

3D打印技术方法

目前全球3D打印机形成以下流派, 即熔融堆积、叠层堆积、粉末堆积、激光成型以及光固化。 1. 熔融沉积成型 (Fused deposition modeling, 简称FDM) , 可利用热塑性材料, 金属、可食用材料等进行成型制造。 2. 选择性激光烧结 (Selective laser sintering, 简称SLS) , 可利用的材料为热塑性塑料, 金属粉末, 陶瓷粉末等。 3. 薄材成型 (Laminated object manufacturing, 简称LOM) , 把一张张的纸铺上去累积而成的模型, 当然金属膜, 塑料膜也可以, 也叫叠层堆积。 4. 粉末堆积 (Powder bed and inkjet head 3d printing, PP) 。 5. 光固化 (Stereolithography, 简称SLA) , 可利用的材料是光敏树脂等聚合物。

这些成型方法不同在于构建分层的技术和实用的材料不同。

3D打印技术的应用:

哈佛大学材料科学家詹尼佛 • 路易斯使用一系列“有功能的墨水, 它们可以硬化成电池和简单的元件, 包括点击、导线和天线等, 用于打印锂电池。这种方法是利用高压挤压机在室温下把墨水精确地挤到预定的位置, 墨水在打印过程中就凝固了, 很快就可以形成元件, 所以只要几分钟就能制造出简单的电池。打印的锂离子电池只有1 平方毫米大小, 但性能和商用电池不相上下, 因为路易斯可以处理微结构, 精度可以达到100 纳米, 并且结构和更大的电池一样。

换句话说, 这种电池不但能够取代传统电池, 体积还会减小很多。

目前3D打印技术已经在航空航天、机械制造、海洋能源、工业设计、生物医学、电子、消费品、建筑、生物医学、食品等领域都得到了应用。随着技术自身的发展, 其应用领域将不断拓展。

3D打印技术国内外发展

美国等3D打印市场进入高速发展期, 美国是全球最大的3D打印机生产国和消费国, 3D打印产业生态建设完善。

中国是全球最具潜力的市场之一, 预计未来几年中国3D打印市场复合增长率超过30%、到2017 年市场规模接近百亿人民币。

国内3D打印现状:国内3D打印快速成型技术的研发至今已经形成了北航、华中科大、西安交大、清华大学四大研发中心, 在科研水平上公认已经达到国际一流水准。国内科研机构相继迈出产业化脚步。依托于华中科大的滨湖电机以及背靠华南理工的北京隆源已经形成了千万年产值的规模, 累计销售SLS双双突破200 台, 客户遍布汽车、发动机、航天、船舶、泵业、机械、医疗等行业, 包括东风汽车、凯泉泵业、山河智能、玉柴等诸多知名企业。简单来说, 国内增材制造行业分为五大派系, 三种工艺。

3D打印关键技术

3D打印需要依托多个学科领域的顶尖技术, 主要包括以下方面:

信息技术—要有先进的设计软件及数字化工具;精密机械—打印设备必须高精度、高稳定性;材料科学—原料必须液化、粉末化、丝化等等。

3D打印技术的发展趋势

篇4：3D打印技术发展分析

下面，我们对传统制造技术和3D打印技术作一下比较。传统的工业制造方法多是“减材制造”，即在整块材料的基础上去除多余部分，将剩下的部分制成产品；而作为“增材制造”的3D打印技术则是利用3D数据，进行逐层分切打印，层层打印出来的切片会不断叠加，最终形成一个完整的立体物体，在生产过程几乎不会产生任何废弃物。

3D打印技术的发展也是日新月异，下面就介绍一下目前较为先进的3D打印/印刷设备及其应用。

3D激光打印机

3D激光打印机（参见图1），包括模型工作台1、置于模型工作台1上方的感光鼓2、粉末盒3、信号转换装置4、固定于机体上的转轴5和置于转轴5上的转印皮带6。感光鼓2分别与粉末盒3、转印皮带6相接触，信号转换装置4与计算机相连，转印皮带6为一条且其上设有两个感光鼓2，每个感光鼓2分别设有一个粉末盒3、一个信号转换装置4；两个粉末盒3中的一个填充有热熔粉末，另一个填充有非热熔粉末。

3D激光打印机的使用方法（参见图2），包括以下步骤：

①由计算机按层分解3D立体图，形成从下至上一系列序号规则的正平面图，生成每个正平面的同时生成一个与之对应的反平面图，即每层得到正、反两个图形。其中：分解3D立体图的层厚度等于打印机相邻两个可打印点中心的距离，如：分辨率为6dpi，则相邻两个可打印点中心的间距为42.3微米，即按42.3微米的厚度分解3D立体图。反平面图为可打印区域与正平面图的差集；可打印区域是指模型工作台1内部区域在水平面的投影。

②启动打印机。

③计算机生成的正、反两个图形经信号转换装置4分别转换成载有正、反图形信息的光束。

④其中，一个感光鼓2充电获得电位后，经载有正图形映像信息的光束扫描，形成正图形映像的静电潜像。

⑤正图形映像的静电潜像经过设在粉末盒3内的磁刷后，吸附一层热熔粉末；经转印皮带6转移到模型工作台1上方，按常规加载电压使热熔粉末落入模型工作台1，在模型工作台1内形成由热熔粉末铺成的正图形。

⑥另一个感光鼓2充电获得电位后，经载有反图形映像信息的光束扫描，形成反图形映像的静电潜像。

⑦反图形映像的静电潜像经过设在粉末盒3内的磁刷后，吸附一层非热熔粉末；经转印皮带6转移到模型工作台1上方，按常规加载电压使非热熔粉末落入模型工作台1，在模型工作台1内形成由非热熔粉末铺成的反图形。

⑧每层图形打印完成后，重复步骤④至⑦，再继续打印上一层，直至整个3D立体图打印完毕。其中：打印过程中，粉末盒3、信号转换装置4固定，转印皮带6随着转轴5转动，感光鼓2旋转。

⑨加热模型工作台1，直至模型工作台1内的热熔粉末全部凝固成一个整体（形成最终需要的3D产品）。

3D喷墨打印机

3D喷墨打印机主要包括：

①用于混合两种或更多种流体的装置。

②用于在水平和垂直方向中在印刷期间移动印刷头的装置。

3D喷墨打印方法包括以下步骤：

①提供具有不同组成的两种或更多种流体至喷墨打印机。

②以受控量混合两种或更多种流体。

③使用喷墨打印机将两种或更多种流体的混合物喷射到载体上。

④通过光化辐射或电子束至少部分固化被喷射的混合物。

⑤重复步骤②～④以便在载体上构筑3D浮雕。

适用于3D喷墨印刷，特别是用于制备胶版印刷形式的喷墨印刷机通过图3显示。具有套筒形状的载体2被安装在围绕其轴3旋转的鼓1上，两种或更多种喷墨流体的混合物通过印刷头4喷射到载体2上，在混合物喷射在载体2上之后，喷射的混合物朝着其被固化装置5暴露的区域旋转，固化装置5可以是辐射固化装置，如UV灯或一系列UV-LED灯，也可以是电子束固化装置，或者两者的结合，每一层的固化可以是完全的，但优选地进行部分固化或针式固化（pin curing），优选伴随着在喷射全部的层之后最终的完全固化，然后固化的喷射流体通过鼓1进一步旋转至第二层区域。这种循环可被重复多次，直到获得足够高度的浮雕。

随着浮雕形成的进程，印刷头4距载体的距离将减小，可能导致图像假缺陷。因此，载体2和印刷头4之间的距离被保持大约恒定。这种恒定，可通过在垂直方向Y（与旋转轴3垂直的方向）移动印刷头4远离鼓1来实现。喷墨印刷头4能够在水平方向X（与旋转轴3平行的方向）移动以便能覆盖载体2的全部宽度。

3D打印机的运用——打印食物

用于3D食物打印机（如图4所示），由机械臂1、步进电机转盘2、食物喷嘴3、传输带4、烘焙箱5、托盘6和计算机7组成；计算机7通过数据线连接机械臂1和步进电机转盘2，步进电机转盘2置于机械臂1下方，以铰链形式固定，食物喷嘴3安装在步进电机转盘2的四周，托盘6放置在传输带4一端上，传输带4另一端通向烘焙箱5。

机械臂1能够受计算机控制上升下降和移动，步进电机转盘2能够受计算机控制，将需要使用的食物喷嘴3旋转到指定位置，4个食物喷嘴3安装在步进电机转盘2周围，每个食物喷嘴3内添加有不同口味的液体果酱、奶油等食物；食物喷嘴3为圆柱形空心针筒结构，两端口径不相同，连接步进电机转盘2的一端的口径范围为3cm以内，另一端的口径范围为2mm以内，食物喷嘴3的长度范围为10cm以内。传输带4长1.2m。

通过为3D食物打印机订制的计算机软件，自动识别美食图纸，依据图纸的图层属性，计算机可事先模拟出美食状态，确认后，计算机输出信号到3D食物打印机；传输带4将糕点衬底运输到打印机操作区域，机械臂1下降，同时步进电机转盘2旋转，将需要的食物喷嘴3旋转到操作位置，食物喷嘴3内气压增加，将果酱或奶油涂抹糕点衬底上，涂抹厚度为0.5cm，同时机械臂1按照图纸上该食物对应图层的形状均匀移动，直到完成第一层“喷墨打印”；随即机械臂1回到原位，如果该食物对应图层厚度属性未达到要求，将进行第二层“喷墨打印”，如果已完成该图层打印，步进电机转盘2旋转，将下一个需要操作的食物喷嘴3旋转到操作位置进行下一层“喷墨打印”。

完成食物打印后，传输带4依据计算机软件设定的食物属性，将需烘焙的糕点运输至烘焙箱5进行烘烤，完成食物制作。

篇5：3 D打印技术发展现状李洋

物联网1501 张河钰 0919150108

3D打印技术（3D printing），是快速成形技术的一种，它是一种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。

一、3D打印技术简介

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，Additive Manufacturing）。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、信息技术、材料科学与化学等诸多方面的前沿技术知识，具有很高的科技含量。3D打印机是3D打印的核心装备。它是集机械、控制及计算机技术等为一体的复杂机电一体化系统，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、设计与控制软件等也是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提升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。如2010年澳大利亚Invetech公司和美国Organovo公司合作，尝试以活体细胞为“墨水”打印人体的组织和器官，是医学领域具有重大意义的创新。

二、3D打印技术及产业国际国内发展现状

（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打印机行业，美国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/研发团队还有美国的Fab@Home和Shapeways、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打印机。继2011年5月收购Solidscape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打印机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商用模式。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部件，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通过在线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100万美元。

（2）国内情况

自20世纪90年代以来，国内多所高校开展了3D打印技术的自主研发。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；华中科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；西安交通大学自主研制了三维打印机喷头，并开发了光固化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，国内如深圳维示泰克、南京紫金立德、北京殷华、江苏敦超等企业已实现了3D打印机的整机生产和销售，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低端。目前，国产3D打印机在打印精度、打印速度、打印尺寸和软件支持等方面还难以满足商用的需求，技术水平有待进一步提升。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、文物复原等多个领域。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，而非自主研发。

（3）3D打印产业的未来发展前景

根据国际快速制造行业权威报告《Wohlers Report 2011》发布的调查结果，全球3D打印产业产值在1988～2010年间保持着26.2%的年均增长速度。报告预期，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31亿美元，2020年将达到52亿美元。

但3D打印技术要进一步扩展其产业应用空间，目前仍面临着多方面的瓶颈和挑战：一是成本方面，现有3D打印机造价仍普遍较为昂贵，给其进一步普及应用带来了困难。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，而且受打印机工作原理的限制，打印精度与速度之间存在严重冲突。四是产业环境方面，3D打印技术的普及将使产品更容易被复制和扩散，制造业面对的盗版风险大增，现有知识产权保护机制难以适应产业未来发展的需求。

Gartner公司2011年发布的最新技术发展展望报告判断：3D打印技术目前正在进入概念炒作的高峰阶段，其技术还有待充分成熟，主流市场也有待进一步培育。Gartner公司研究人员认为，3D打印技术成熟到适应市场需求还将需要5～10年的时间。在这一较为漫长的发展过程中，产业可能会面临增长期望落空、技术遭遇瓶颈以及投资撤离等风险。

总之，从中长期看来3D打印产业具有较为广阔的发展前景，但目前产业距离成熟阶段尚有较大距离，对于3D打印市场规模的短期发展不宜过分高估。因此，现阶段产业界对3D打印领域的投入应以加强创新研发、技术引进和储备为主，尤其要重视自主知识产权的建设和维护，争取在未来的市场竞争中占据有利地位。如受到概念炒作影响，在技术尚未充分完善的现阶段大规模投入产能扩张，则投资回报将面临着较大的风险。

（4）3D打印技术未来发展的主要趋势

随着智能制造的进一步发展成熟，新的信息技术、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。

篇6：3 D打印技术发展现状李洋

摘 要：近年来3D打印技术得到飞速发展，并且在社会生活的多个领域得到广泛应用。3D打印技术是一种高新的制造技术，对于工业发展起到革命性作用，此外3D技术也是实际制造业的发展前景所在。本文着重分析了3D打印技术的优势所在，并进一步分析了3D打印技术的发展前景。

关键词：3D打印技术 优势 发展前景

中图分类号：F27 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2018）02（a）-0099-02人类历史上经历了两次工业革命，第一次工业革命以蒸汽机的发明使用作为标志，第二次工业革命以电力的普遍应用作为标志，两次工业革命都极大地提高了人类的生产力，进而对社会、经济、政治、国际格局以及日常生活等各个方面产生了深刻影响，改变了整个人类社会的面貌。两次工业革命是促进人类社会现代化的主要力量，这一事实告诉我们社会生产的发展需要以强大的科学技术作为动力。当前3D打印技术得到飞速发展，有研究指出3D打印技术是第三次工业革命的核心技术，这就要求我们积极利用先进的3D打印技术服务于社会生产的各个环节，从而有效提高我国的经济发展水平以及国家整体实力，提高我国在国际社会的竞争力。3D打印技术简介

3D打印技术是利用物理层的连续叠加，并应用相关材料实施逐层增加，最终生成三维实体的一种高新技术，3D打印与传统建筑技术具有显著差异，根据3d打印的实施过程可以将其简称为添加制造。3D打印是当前制造业先进科技的发展趋势，对于传统工业制造具有革命性意义。在实际应用过程中主要分为三大步骤，首先是在计算机上使用相关软件设计出需要打印的模型，其次利用相关的成型设备也就是3D打印机，使用各种材料实施打印过程，进而将所需产品制造出来。

3D打印技术具有高度的综合性与复杂性，不仅将计算机上的数字建模技?g和机电控制技术进行有机结合，还将先进的信息技术、材料使用技术以及化学应用技术等进行吸纳应用，因此3D打印技术在实际应用过程中能够发挥出强大作用。3D打印机是3D打印技术的关键所在，3D打印机需要实现完美的控制，同时需要与计算机进行有效连接，进而将计算机上的模型转换为具体的实物，3D打印技术包含多个系统，具体来讲主要包括高精度机械系统、数控系统、喷射系统和成型环境等子系统。此外在3D打印过程中，使用的打印材料、打印的工艺以及计算机上的模型设计等都是3D打印技术不可缺少的有机组成部分。3D打印技术的优势

3D打印技术的优势非常明显，首先，3D打印技术可以弥补传统制造业无法顺利制造的零件，传统工业制造方法是将毛坯根据零件需要进行切除，这种制造方法属于多维加工；另一种零件制造方法就是使用对应的模具，将相关的材料融化后进行浇筑，这种零件制造方法只能生产一些构造简单的零件，至于那些构造复杂精密的零件传统制造方法无法有效完成。在这方面3D打印技术具有强烈优势，因为3D打印技术可以根据需要打印构造复杂的零件，因此3D打印技术在实际应用中具有革命性意义，可以转变精密零件的生产效率和生产质量，大幅提高精密零件的生产效益，促进产业的深入发展。

其次，3D打印技术有效实现了首件的净型成形，这样一来就可以将零件的后期制作工程大大减少，从而大幅减小进一步加工的数据泄密以及时间需求，这些特性使得3D打印技术能够应用于某些先进的高保密性行业，最具有应用价值的包括军工行业、核电工业等。3D打印技术使得针对相关零件的制作无需大量时间进行前期制作准备以及数据转换，这样就可以单件试制以及小批量生产的成本大幅下降，有助于满足不同针对各种设备零件的需求，可以应用于新产品的开发应用和小批量产品的迅速产出。

由于3D打印技术具有的特殊优势，使得3D打印技术在多个领域得到广泛应用。当前3D打印技术已经被用于建筑设计、工业模型、相关复杂零件的生产、动漫模型的生产等，并在各个领域发挥出积极作用，尤其是在飞机制造、核电、火电等领域的使用。此外，某些需要使用重型机械以及高端精密机械的行业也可以有效应用，有助于提高产业的工作效率和工作质量。3D打印技术制造的产品属于自然无缝连接，这种特点使得3D打印技术生产的零件具有高度的稳定性和连接强度，这些特性使得3D打印技术生产的零件在实际应用中远远优于传统生产工艺制造的零件。3D打印技术的发展前景

3D打印技术在国外的发展非常迅速，相关研究指出在2009年全球3D打印技术市场规模已经达到10亿美元，从2009年开始，全球范围内3d打印技术的增长保持每年20%以上，研究指出2012年全球范围内的3D打印技术市场份额已经达到22亿美元。2013年以来3d打印技术的发展呈现出爆发局面，其增速达到81%，而全球范围内的市场份额高达40亿美元。有研究指出，世界各国中主要以美国、日本和德国占据着3D打印技术的主要部分，其中尤其是美国所占比例最多，基本上达到全球份额的一半。

我国的3D打印技术虽然起步较晚，但是随着3D打印技术概念的出现，很快受到社会各界人员的广泛关注和追捧，而且随着时间推移3D打印技术在国内的热度不断上升。有研究指出，我国2012年的3D打印技术市场规模约为10亿元，2013年则达到20亿元。虽然我国的3D打印技术发展速度很快，但是目前从整体上来看我国的3D打印技术与国际先进国家如美国相比还存在较大差距，我国的3D打印技术依然处于起步阶段，这是因为我国的3D打印技术还停留在科学研究阶段，未能将其应用到实际工业生产过程中，也没有形成相关的3D打印技术生产规模。

随着3D打印技术的不断发展，以后3D打印主要呈现出以下几大趋势：首先，3D打印技术的进一步成熟，无论是打印速度还是打印效率都会得到大幅提升，进而有效满足实际生产的需求；其次，随着材料学的深入发展，3D打印技术所使用的材料也会根据市场需求不断优化，打印材料的种类将会不断丰富，而且各项性能得到进一步优化，同时其打印成本会进一步降低。此外，3D打印技术的打印设备会随着自身发展而不断优化，其价格和成本会不断降低，这些因素促使3D打印技术的应用范围得到有效扩展，并在具体的应用环节发挥出越来越重要的作用。可以想象，3D打印技术具有广阔的发展前景，而随着3D打印技术的有效应用，将会对社会生活的多个方面产生深刻影响。因此，为了促进3D打印技术的发展，政府部门需要从以下几个方面着手。

一是根据3D打印技术发展状况和实际情况制定对应的产业发展目标，从战略高度将3D打印技术进行科学规划，并将3D打印技术作为重点发展的战略性产业，在此基础上根据实际发展需要制定具体的发展规划和措施。二是政府部门要将各个部门进行有效整合，为3D打印技术的发展提供坚实的科研储备和资金支持，促使3D打印技术在发展过程中不断提高其发展水平和效率，努力追赶西方先进国家。三是政府部门需要不断完善3D打印技术的知识产权保护机制，通过立法充分保护3D打印技术知识产权拥有者的权益，并对某些复制抄袭行为进行严厉制裁，最终保证3D打印技术能够按照科学、健康的发展方向前进。结语

3D打印技术对于工业发展具有关键性的作用和意义，有助于促进传统工艺制造业以及材料产业的革新，进而大幅提高社会生产的效率和质量，为我国的经济发展和社会发展提供强大动力。因此国家要重视3D打印技术的发展和应用，建立相关的人才培养机制和市场运营系统，促进3D打印技术早日投入实际运用。

参考文献

篇7：3 D打印技术发展现状李洋

1 国际3D 打印制造技术的发展趋势

作为第三次工业革命的重要组成部分，3D 打印制造技术不仅能够推动新业态、新技术的发展，同时还能够影响制造业的生产方式，引领未来世界上制造业的发展趋势，因此世界各国对其的发展都给予了高度的重视。

1.1 世界各国都十分重视3D 打印制造技术的研发和发展

针对3D 打印制造技术的研发，仅仅是美国就在 年到 年这3 年的时间里，一共投入10 多亿美元进行这方面的研究，同时为了全面提高美国制造业在世界中的竞争力，共成立了15 个制造创新中心、600 个国家实验室，来推动3D 打印制造技术的研发，使得美国的3D 打印制造技术处于世界领先位置。同时欧洲对3D 打印制造技术这一新兴技术的研究也十分重视，为了能够更好地进行研究，有些国家甚至是跨国之间组成联盟。

1.2 3D 打印制造技术涉及领域不断扩大并形成了完整的产业链

随着3D 打印制造技术的不断发展，使得3D 打印制造技术的应用范围不断扩大，目前已经逐渐应用到生物制造、汽车、航空航天、电子等各个行业之中，并且随着3D 打印制造技术的研发过程中多学科之间的深度融合，使得其应用范围将会进一步的扩大。同时随着信息、材料和生物领域技术的快速发展，目前3D 打印制造技术已经形成了一套完整的产业链，并形成了一定的产业规模和市场销售， 3D 打印制造技术制造产品已经逐渐由一些高端领域向办公、个人消费等大众化领域渗透，据美国相关部门的统计，仅仅 年3D 打印制造技术的全球产业规模就达到了20 亿美元左右，并呈现着逐渐增长的态势。随着对3D 打印制造技术的研发不断深入，其应用范围将会不断增大，同时其产业规模的增长也会越来越快。

2 我国3D 打印制造技术的发展情况

我国对3D 打印制造技术的研发起步较晚，与国际发达国家产局明显，但我国对3D 打印制造技术已越来越重视，在将近20 年的时间里，我国建成了多个国家重点实验室，已经形成3D 打印制造技术的初步研发基础。其中我国自主研发的各项相关技术已经在我国制造业中获得了广泛的应用，例如西北工业大学和北京航空航天大学进行联合，就利用激光烧结成型技术制造出了钛合金飞机大型结构件，并在我国飞机中进行了成功试用等。证明我国已研发了3D打印制造技术的相关工艺和装备，代表着我国重大装备高性能关键金属构件制造技术和增材制造技术在国际社会中已经有了一定的竞争力。

尽管我国在3D 打印制造技术上已取得了较快较好的发展，但是总体上所面临的挑战使得我国3D 打印制造技术还面临以下方面的问题：(1)是在材料成形机理、装备开发和关键技术等方面没有自主的技术创新，大量的关键技术和核心零部件还有待研发。(2)由于我国对3D 打印制造技术的研发起步较晚，还没有引起相关部门和企业的重视，因此对3D 打印制造技术的研究重视度不高，产业资金投入资金缺乏，严重限制了我国3D 打印技术研发工作的进行。(3)我国各个研究机构联系不够，没有形成开放式的创新体系，使得创新资源不能有效地集中，缺乏技术交流平台。(4)由于受我国传统制造技术的影响，使得3D 打印制造技术的.发展在我国缺乏强大的市场刺激，各领域对3D 打印制造技术的需求并不像国际社会中那么迫切。

篇8：3D打印技术及我国的发展现状

传统的喷墨或激光打印都是在X、Y平面上二维 (2D) 打印, 随着技术的不断发展和应用领域的不断扩宽, 增加一个维度的三维 (3D) 打印的应用需求及打印技术就自然发展起来。事实上, 在提出3D打印技术概念之前, 还有一种快速成形技术目前又称为增材制造 (Additive Manufacturing, AM) , 是利用三维建模软件设计物体, 然后将粉末状金属或塑料等可粘合材料, 逐层堆叠累积成形。3D打印过去常用在模具制造, 或新产品在正式开模前的试制模型。现在则在较多领域 (医学、航天、教学、珠宝、食品、活体等) 得到实际应用。

2 3D打印技术

目前较为常见的3D打印技术有十几种, 如表1所示。

2.1 FDM技术:熔融沉积造型 (Fused Deposition Modeling)

FDM技术是在喷头内被加热熔化以丝状供料的热塑性材料 (如ABS、PC、尼龙等) , 按软件规定的平面移动轨迹, 将熔化的材料挤出到加热板上, 凝固成型, 然后加热板沿高度方向移动层高距离, 开始新一层的熔融成型, 原理图如图1所示。

工业级FDM机器, 主要以Stratasys公司产品为代表。民用级的FDM有美国的Ultimaker和Makerbot, 还有3D System旗下的Cubify系列产品, 中国有北京太尔、珠海天威、杭州铭展、金华闪铸和上海Ours3D等。

2.2 EBF技术:电子束自由成形 (Electron beam freeform fabrication)

EBF技术以电子束作为热源, 利用离轴金属丝建造近成形零件, 附以通过减材工艺进行的精加工。该技术主要用于航空航天领域, 可替代锻造技术, 大幅降低成本和缩短交付周期, 也为宇航员在国际空间站或月球或火星表面加工备用结构件和新型工具提供了一种便捷的途径。

2.3 SLS技术:选择性激光烧结 (Selecting Laser Sintering)

选择性地烧结金属粉末 (SLS) 进行积层的装置, 目前主流的烧结热源有两种, 激光束的方式 (DMLS) 和电子束 (EBM) 的方式, 激光或电子光束照射在粉末金属或塑料层面上特定位置的点使粉末熔化, 一层一层地在粉末床上烧结成一定厚度的实体片层, 最后形成实体零件。

类似的熔化烧结技术还有:选择性激光熔化成型 (SLM) 、选择性热烧结 (SHS) 等, 原理如图2所示。

2.4 3DP技术:三维粉末粘接 (Three Dimensional Printing and Gluing)

3DP技术最早是美国麻省理工学院于1993年开发, 其工作原理就像一台过去的桌面2D打印机。其过程与选择性激光烧结技术有点类似, 但是它并不用激光来烧结材料, 而是使用一个喷墨打印头在石膏粉末上喷射液体粘合剂。喷一层, 然后再铺上一层薄薄的石膏粉末, 如此反复, 直到产品制作完成。如图3所示。

2.5 LOM技术:分层实体制造法 (Laminated Object Manufacturing)

LOM又称层叠法成形, 是根据软件给定的截面轮廓线数据, 将背面涂有热熔胶的纸用激光切割出工件的内外轮廓, 然后通过热粘压装置将送料机构新送的一层纸与已切割层粘合在一起, 再进行切割, 这样一层层地切割、粘合, 最终成为三维工件。

2.6 SLA技术:光固化立体造型 (Stereo Lithog-raphy Apparatus)

SLA技术是用特定波长与强度的激光聚焦到光固化材料表面, 按物体的三维数字模型切片上信息, 光照对应的点, 被照到的光敏树脂薄层产生聚合反应固化 (未照到光的部分仍为液态) , 完成一个层面成型, 然后升降台在垂直方向移动一个层片的高度, 再固化另一个层面, 形成立体造型。如图4所示。

2.7 DLP技术:数字光处理 (Digital Light Procession)

DLP技术是用一个投影仪透过投影将一个物体的各个部分影像投影到桶装的光固化聚合树脂内, 光仅对有影像部分进行固化, 先打印最近的层, 然后重新定位, 预留位置给未固化的感光聚合物去填充打印和投影之间新建的空间。重复此工艺, 一次一层地建造物体。数字光处理以高分辨率而出名, 最典型的层厚度能达到30微米以下, 和其他工艺如熔融沉积成型打印的物体在相同的清晰度下对比, DLP工艺看不到明显的层痕迹。

2.8 Polyjet技术:多材料喷射即时固化

Polyjet和Polyjet矩阵是Object Geometries公司分别在2000年和2007年推出的相关的两种新技术, 是以超薄层的状态将艺术感光聚合材料层层地喷射到构建托盘上, 直至部件制作完成。其优点是成型精确度高、清洁、快捷、用途广泛。Polyjet 3D打印将每一层光感聚合材料喷射到托盘上然后立即用紫外光固化, 在打印结束后即可制作出完全凝固的模型, 无需进行后续固化。3D打印机还会将特别设计的凝胶类支撑材料与所选的模型材料一起喷射, 以支撑悬垂和复杂的几何图形。可用手和用水轻松将其除去。

2.9

现有3D打印技术比较 (表2)

3 3D打印市场及应用领域

前瞻产业研究院发布的《中国3D打印产业市场需求与投资潜力分析报告》显示, 2009年全球3D打印市场规模为10.69亿美元, 此后三年保持在20%以上的增长速度, 至2012年市场规模达到22.04亿美元。2013年全球3D产业的发展更是突飞猛进, 增速达到81.49%, 市场规模近40亿美元。其中, 美国、日本、德国占据了3D打印市场的主导, 尤其是美国占据了全球近40%的比重。见图5。

2015年, 3D打印技术主要应用领域及趋势:

(1) 海军舰艇:利用3D打印快速制造舰艇零件, 提升执行任务速度并降低成本。

(2) 航天科技:如某太空望远镜只需通过3D打印技术制造四个零件即可, 相比而言, 传统制造方法所需的零件数是3D打印的5~10倍。2014年, 中国首台航天3D打印机已成功打印出卫星星载设备的光学镜片支架、核电检测设备的精密复杂零件、飞机研制过程中用到的叶轮。

(3) 汽车行业:世界第一台3D打印车已经问世, 中国也成功地用3D打印出汽车发动机中的异形齿轮等构件。

(4) 3D打印工业化:3D打印原先主要用于快速成形, 现在则作为迅猛发展的潜力股在工业领域得到追捧式地应用。遥控飞机玩具、机器人等或亲眼目睹最多的3D产品。

(5) 定制常态化:根据个性化需求定制产品, 或定制因太快的产品更新换代等原因找不到的替换零部件, 正随着工业4.0时代的到来逐渐成为趋势。

(6) 医学领域:通过3D打印制造的头盖骨、脊椎、等人造骨骼、牙齿、助听器、义肢及矫正设备等已在应用中, 活体软组织 (如心脏) 在国外的打印已有成功的案例。

(7) 文化娱乐:用扫描仪对人体扫描, 打印出一个立体的塑像或是我们已经历的3D打印实践。

(8) 教育:发挥学生的充分想象, 并把想象通过3D打印变成现实, 这是珠海天威飞马打印耗材有限公司给多个高校提供的最好助学礼物。

(9) 消费品/电子产品:3D打印机已走进家庭, 服装服饰已经问世。天威随机配备的软件及零件库可供用户打印形态各异的珠宝、玩偶, 带荧光显示的灯罩、创意DIY作品的设计和制造等。

(10) 房屋建筑:日益完善的3D打印技术, 不仅可以打印小件物品, 甚至可以彻底颠覆传统的建筑行业建筑模型。

(注:2014年4月, 10幢3D打印建筑在上海张江高新青浦园区内揭开神秘面纱。这些建筑的墙体是用建筑垃圾制成的特殊油墨, 依据电脑设计的图纸和方案, 经一台大型的3D打印机层层叠加喷绘而成。据介绍, 10幢小屋的建筑过程仅花费24小时。)

最新的3D打印应用领域分布见图6。

4 我国3D打印的发展现状

国际上3D打印技术已有约30年历史, 我国也有20余年的发展史, 产值也占2014年全球产值约300亿元人民币的1/10。经过多年的发展, 我国增材制造技术与世界先进水平基本同步, 在高性能复杂大型金属承力构件增材制造等部分技术领域已达到国际先进水平, 成功研制出光固化、激光选区烧结、激光选区熔化、激光近净成形、熔融沉积成形、电子束选区熔化成形等工艺装备。增材制造技术及产品已经在航空航天、汽车、生物医疗、文化创意等领域得到了初步应用, 涌现出一批具备一定竞争力的骨干企业。

●1994年开始研究3D打印, 北京隆源公司于1995年成功研发了一台AFS激光快速成型机;

●华中科技大学研制出SLS快速成型机 (选择性激光烧结) ;

●华中科技大学史玉升教授的研究团队开发出1.2 m×1.2 m的“立体打印机”, 是目前世界上最大成形空间的快速制造装备;

●2012年8月15日, 湖南华曙高科技公司研制的国内首台激光3D打印机在长沙下线并出口美国;

●2014年5月, 珠海天威飞马打印耗材有限公司拥有90余项3D打印专利 (41项发明专利) 的3D打印机开始在京东网站销售。

但是, 我国增材制造产业化仍处于起步阶段, 与先进国家相比存在较大差距, 尚未形成完整的产业体系, 离实现大规模产业化、工程化应用还有一定距离。关键核心技术有待突破, 装备及核心器件、成形材料、工艺及软件等产业基础薄弱, 政策与标准体系有待建立, 缺乏有效的协调推进机制。

为落实国务院关于发展战略性新兴产业的决策部署, 抢抓新一轮科技革命和产业变革的重大机遇, 加快推进我国增材制造产业健康有序发展, 2015年2月11日, 工业和信息化部、国家发改委、财政部研究制定了《国家增材制造产业发展推进计划 (2015~2016年) 》, 要求把培育和发展增材制造产业作为推进制造业转型升级的一项重要任务, 以直接制造为增材制造产业发展的主要战略取向, 兼顾增材制造技术在原型制造和模具开发中的应用, 面向航空航天、汽车、家电、文化创意、生物医疗、创新教育等领域重大需求, 聚焦材料、装备、工艺、软件等关键环节, 实施创新驱动, 发挥企业主体作用, 加大政策引导和扶持力度, 营造良好的发展环境。2015年5月, 国务院发布《中国制造2025》规划纲要, 在纲要中至少有六处涉及3D打印, 这更加凸显了中国政府对3D打印增材制造的决心和信心。

注释

1注1:2015年6月, 在日本召开的ISO/IEC JTC1/SC28 (办公设备领域) 全会及工作组会议上, 3D打印机已列入该技术委员会的工作范围。