3d打印数字化制造趋势

第一篇：3d打印数字化制造趋势

先进制造技术3d打印技术

神奇的3D打印机

【摘要】：3D打印作为当今的先进的制造技术，它的应用面相当的广泛，而且现正逐渐用于一些产品的直接制造，这意味着这项技术正在普及。本文就以3D打印为何物、3D打印的基本原理与现有技术、3D打印为什么能火、3D打印的应用及3D打印离我们生活到底有多远这几个方面来探讨3D打印

【关键词】3D打印

应用面广泛

1 引言

随着时代的进步，我们的生活水平日渐提升，同时，人口也在急剧的增长，我们需要越来越多的物品来满足物质生活条件。这就势必造成我们对物品的要求也会越来越高，做工精细、独特且非量产的物品会受广大人们的喜爱。如今，我们拥有了3D打印这一先进的技术，我们可以通过3D打印机来打印各种我们所需要的、想要的。3D打印技术应用面广，它可以用于医疗行业、科学研究、产品模型、建筑设计、制造业及食品等，前景广泛。

2 3D打印究竟为何物

3D打印机，即快速成形技术的一种机器，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。过去其常在模具制造、工业设计等领域被用于制造模型，现正逐渐用于一些产品的直接制造，意味着这项技术正在普及。

3 基本原理与现有技术 3D打印机原理很简单，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，粉末遇到胶水会迅速固化黏结，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。完成后，要处理掉物品周围沾满的粉末，这是可以循环利用的，再涂上增强硬度的胶水。

眼下3D打印机有两种类型，一种是堆叠法，一种是烧结。原理基本都是多层分片打印，而堆叠和烧结只是成型技术的区别。堆叠只能成型塑料、硅之类的材质，对固化反应速度有要求，而烧结可以利用激光的高温对金属粉末进行处理加工出金属材质的东西出来，实体可通过打磨、钻孔、电镀等方式进一步加工。所以3D打印机和普通打印机，最大的区别是“墨水”。

4 3D打印为何能火

在欧美，注重创造力的发达国家，3D打印技术已经成功商用，尤其是消费电子业、航空业和汽车制造业。它们不光可以离开传统的大规模机床来制造小数量的部件，而且可以用不同方法来制造，比如单个制作喷气式飞机上的空气动力导管，而不再需要很多不同的元件来组装它。

用发展的眼光来看，3D打印首先会影响的是模具行业。即便在国内制造行业不景气的今天，模具行业仍然风景独好，一方面是对技术要求高，另一方面是市场有需求，在产品大规模生产之前，必须要进行多次打样和修改。3D打印机的出现，其实是消灭了模具反复打造的流程，能直接从计算机图形数据中生成任何形状的零件，极大地缩短产品的研制周期，大幅减少成本投入，对于一些复杂而精细的造型，3D打印机表示毫无压力。

其次是会引发个性风潮。对一些小厂家来说，迫于模具制造的高成本，往往会采用公模来生产，虽然在功能上能满足用户的需求，但千篇一律的造型，很难迎合时下个性化的发展趋势，所以卖不出高价，只能靠低价来吸引消费者。在机械化和流水线盛行的年代，人们对于手工的东西有特别的亲切感，即便价格昂贵数倍，也不愁找不到买家，原因是手工制作不可能有相同的，而且品质有保证。3D打印机的出现，一方面满足人们对个性化产品的追求欲，完全可以量身定制，另一方面在大大提高生产效率的同时，还能降低成本。

第三是激发了人的想象力。极客牙医用它进行牙齿正畸和数字化种牙，减少风险和痛苦;外科医生更厉害，直接打印骨头，只不过把材料换成添加了硅和锌磷酸钙，用于临床手术;汽车维修公司用它来打印稀缺的汽车零部件，原先要等全球物流下2个月才到的一个东西，1个小时搞定了;英国科学家还在3D打印机的基础上成功改造，使用液态巧克力作为“油墨”，可以打印各种形状的巧克力，几乎所有人都相信，3D打印机会成为食品界杀手级工具。

5 3D打印的应用

科学研究

美国德雷塞尔大学的研究人员通过对化石进行3D扫描，利用3D打印技术做出了适合研究的3D模型，不但保留了原化石有的外在特征，同时还做了比例缩减，更适合研究。

产品模型

比如微软的3D模型打印车间，在产品设计出来之后，通过3D打印机打印出来模型，能够让设计制造部门更好的改良产品，打造出更出色的产品。

汽车制造业

不是说你的车是3D打印机打印出来的(当然或许有一天这也有可能)，而是说汽车行业在进行安全性测试等工作时，会将一些非关键部件用3D打印的产品替代，在追求效率的同时降低成本。

建筑设计

在建筑业里，工程师和设计师们已经接受了用3D打印机打印的建筑模型，这种方法快速、成本低、环保，同时制作精美。完全合乎设计者的要求，同时又能节省大量材料。

食品产业

没错，就是“打印”食品。研究人员 已经开始尝试打印巧克力了。或许在不久的将来，很多看起来一模一样的食品就是用食品3D打印机“打印”出来的。当然，到那时可能人工制作的食品会贵很多倍。

饰品/工艺品

这是最广阔的一个市场。在未来不管是你的个性笔筒，还是有你半身浮雕的手机外壳，抑或是你和爱人拥有的世界上独一无二的戒指，都有可能是通过3D打印机打印出来的。甚至不用等到未来，现在就可以实现

6 3D打印离我们的生活有多远

工业用的3D打印系统价格从1.5万美元左右起，最贵的要100多万美元。但是，普通的桌面3D打印机并不像大家想象的那么昂贵。3D打印机现在来看，在欧美国家已经形成了一种潮流和噱头，多为极客和高端用户服务。美国加利福尼亚州的Legacy Effect公司，利用Objet 3D打印机为电影特效片段制造3D模型和原型，为演员量身定制可以完全适合演员的脸、颈部和头部的道具，在电影《侏罗纪公园》、《阿凡达》、《钢铁侠》以及《复仇者联盟》中都有应用。

国内目前3D打印还有待普及，一方面是应用于工业的高端型号投入较大，行业投资人比较慎重，处于观望状态，另一方面，应用普及也就是从最近才开始，用户缺乏对3D打印有一个深入的认识，由于有些新闻在描述上运用了夸张的手法，大胆的预测，所以给人的感觉是电影中的情节。

业内人士介绍，和美国相比，中国缺少DIY和创意设计的习惯，所以3D打印机的最大优势往往得不到发挥，要成为主流的生产制造技术还需要3-5年时间。此外，国外3D打印机售价过高，而且有些限制出口，国产3D打印机在精度、速度和打印的尺寸上还无法满足商用的需求，在几何图形优化、描绘和材质贴图、对切割和中空部件做打印准备、支持任意三维软件生成的数据和对超大模型的自动分段等方面还需要进一步提升。不过，随着热度的提升，这块蓝海很快就会被发现，解决只是时间问题。

7.参考文献

[1]谢 锋 , 刘正士 先进制造技术学科发展趋势分析, 2000 [2]孙大涌 ， 先进制造技术 机械工业出版社 , 19991

[3]范荣鑫 , 左继成 先进机械制造技术的发展现状和发展趋势, 2003 [4]董智勇 , 魏 庆 符合中国国情的先进制造技术研究, 2000 [5]施普尔 , 克劳舍 虚拟产品开发技术 机械工业出版社 , 2001

第二篇：中国工程院院士谈：3D打印与智能制造

3D打印与智能制造

——中国工程院院士卢秉恒答本报记者问

来源：学习时报

作者：石伟 李红

2016-04-14 编者按：总书记强调：“我们必须增强忧患意识，敏锐把握世界科技创新发展趋势，紧紧抓住和用好新一轮科技革命和产业变革的机遇。”当前，以信息技术与制造技术深度融合为特征的智能制造模式，正在引发整个制造业的深刻变革。作为制造业有代表性的颠覆性技术，3D打印正逐步成为世界各国抢占未来产业制高点的焦点领域。要推动中国制造由大变强，实现向智能制造转型，必须了解认知3D打印和智能制造。为此，我们专门采访了中国工程院院士卢秉恒。

记者：卢院士，您好。作为我国机械制造与自动化领域的著名科学家，您在国内倡导并开拓了3D打印等先进制造技术的研究。能否请您给我们介绍一下，什么是3D打印?

卢秉恒：从制造方式上看，制造技术可以分为三类。一种是等材制造，铸、锻、焊在制造过程中重量基本不变，已经有3000年历史了。一种是减材制造，车铣刨磨机床通过材料的切削去除，达到设计形状，已有300年的历史。还有一种是增材制造，在制造过程中材料一点一点地累加，形成需要的形状，才30年的历史。

3D打印就是增材制造技术，原理是将计算机设计出的三维模型分解成若干层平面切片，然后把打印材料按切片图形逐层叠加，最终堆积成完整的物体。

3D打印是一项颠覆性的创新技术，被美国自然科学基金会称为20世纪最重要的制造技术创新。麦卡锡报告列出了对人类生活有颠覆性影响的12项技术，3D 打印排在第九位，在新材料和页岩气之前。麦卡锡报告预测在2030年3D打印将在全世界达到1万亿美元左右的效益。2015年麦卡锡报告又将这一进程前移，认为增材制造2020年可达到5500亿美元的效益。

记者：您刚才说3D打印是一项颠覆性的创新技术，那么它与传统制造技术相比具有什么样的特点和优势呢?

卢秉恒：3D打印的特点和优势很多。

3D打印应用非常广泛。3D打印可以打印许多材料、任意复杂形状、任意批量，可以应用于各工业和生活领域，可以在车间、办公室及家里实现制造。在理论上，3D打印无处不在，无所不能。但许多材料的打印、工艺的成熟度、打印成本、效率等尚不尽如人意，需要多学科交叉的创新研究，使之更好、更快、更廉价。

3D打印支持产品快速开发。3D打印可以制造形状复杂的零件，所想即所得。直接由设计数据驱动，不需要传统制造必须的工装夹具模具制造等生产准备，编程简单。在产品创新设计与设计验证中，特别方便，可以使产品开发周期与费用至少降低为一半。3D打印已经成为机电产品和装备快速开发的利器。

3D打印是节材制造技术。航空航天等大型复杂结构件，传统上往往采用切削加工，95%~97%的昂贵材料被切除。相比而言，3D打印仅在需要的地方堆积材料，材料利用率接近100%。3D打印大大节约了材料和制造成本。在航空航天装备研发及制造中有极其重要的价值。

3D打印是个性化制造技术。3D打印可以快速、低成本实现单件制造，使单件制造的成本接近批量制造。因此，3D打印特别适合个性化医疗和高端医疗器械，如人工骨、手术模型、骨科导航模板等。3D打印还是再制造技术，可以用于修复磨损零部件的再制造，如飞机发动机叶片、轧钢机轧辊等。它可以以极少的代价，获得超值。所以，3D打印应用在军械、远洋轮、海洋钻井平台乃至空间站的现场制造上，都具有特殊的优势。

3D打印开拓创新设计的新空间。3D 打印可以制造传统制造技术无法实现的结构，为设计创新提供了非常大的创新空间。可以将数十个、数百个甚至更多的零件组装的产品一体化一次制造出来，大大简化了制造工序，节约了制造和装配成本。以3D打印新工艺的视角对产品、装备再设计，可能是3D打印为制造业带来的最大效益所在。值得注意的是，近两年，3D打印已经显现出颠覆性变革。如GE公司做的飞机发动机的喷嘴，把20个零件做成了一个零件，成本材料大幅度减少，还节省燃油15%。这是一代发动机的概念。过去，每开发一代发动机要上亿欧元，现在一个喷嘴就解决了。美国3D打印的概念飞机，重量可以减轻65%。

3D打印引领生产模式变革。以后，3D打印可能成为可穿戴电子、家居用品、文化产业、服装设计等行业的个性化定制生产模式。一些专家甚至认为，3D打印等数字化设计制造将引领生产从大批量制造走向个性化定制的第三次工业革命。

3D打印是创客最欢迎的工具。GE公司在网上发布了一条消息，挑战3D打印，将飞机的一个零部件让创客设计。第一名只用了原始结构的1/6的重量就完成了全部测试，而设计者是19岁的年轻人。3D打印展现了全民创新的通途。另外，互联网+3D打印的制造模式也很值得关注：通过收集大众的个性化需求，由创客完成设计，设计方案由3D打印件进行验证，再由虚拟制造组织生产，由物联网来配送。美国众创公司有15000名访客、6000名创客。亚马逊利用网络销售3D打印商品，营业额已达数十亿美元，利润30%。今后，对于我国而言，互联网+3D打印很可能是推动大众创业、万众创新的亮点。

3D打印有利于创材和创生。在创材方面，3D打印制造出了耐温3315℃的高温合金，用于龙飞船2号，大幅度增强了飞船推力。利用3D打印高能束的集中能量，以3D打印设备作为材料基因组计划的研制验证平台，可以开发出超高强度、超高韧性、超高耐温、超高耐磨的各种优秀材料，增材制造变成为创材技术。在创生方面，3D打印应用于组织支架制造、细胞打印等领域，实现了生物活性器官的制造，一定意义上在创造生命。3D打印可以为生命科学研究和人类健康服务。

我刚才所讲的3D打印支持产品快速开发、制造节材、个性化制造以及再制造等方面，目前已经进入应用。今后，研究的重点是建立各类标准，使其能更广泛地应用，发挥更大的效益。

3D打印开拓创新设计的新空间、引领生产模式变革方面，是现在和将来都要持续、深入研究的重要方向。在今后的5—15年中，它将会带来重要效益。在引起制造业逐渐量变的同时，近一半的产品将实现个性定制化生产。

3D打印的创材与创生方面，则更将为未来材料科学和技术、生命科学和医疗技术带来巨大颠覆性变革。

记者：当前，世界各国都非常重视3D打印，我国在这方面的研究也有较好的基础。能否请您介绍一下我国3D打印技术目前的发展状况?

卢秉恒：你说的没错。3D打印的科研方面，我国的研究起步并不晚，20世纪90年代初期，清华大学、西安交通大学、华中科技大学就开始了研究，“九五” 期间，已经基本掌握了当时的几种主流技术，掌握了其制造工艺和软硬件控制技术，开发了这些技术装备，开展了推广应用。90年代末，北京航空航天大学、西北工业大学等单位开始了金属材料增材制造研究，可以制造与锻件性能媲美的大型构件。目前我国依靠自己开发的大型金属3D打印设备，在飞机大型承力件应用方面处于国际领先，在军机、大飞机研发中，充当了急救队的作用。而且，钛合金大型结构件已经率先应用于飞机起落架及C919的研发中。可以说，目前中国在3D 打印方面的研究已处于国际前列，如论文和申请专利的数量处于世界第二。

在应用方面，我国工业级设备装机量居全世界第四，但金属打印的商业化设备还比较薄弱，主要还依靠进口。非金属工业型打印机，我国60%以上立足国内。小型FDM打印机，已批量出口，销量跻身世界前列。但国产工业级装备的关键器件，如激光器、光学振镜、动态聚焦镜、打印头等还主要依靠进口。工业级3D打印材料的研究刚刚起步，除了个别研发能力强的公司研发了少量材料外，3D打印的材料基本依靠进口。

从产业发展看，我们发展得还是太慢。美国有两家最大的3D打印公司，2015年达到近10亿美元的规模。而我们企业基本是校办企业起家，最多1个多亿人民币产值。现在进口设备大举“进攻”中国市场。金属打印装备，国外则实行材料、软件、设备、工艺一体化捆绑销售。我们必须研发核心技术与原创技术，打造自己的创新链与产业链。现在国内已经有若干3D打印公司上市，科技开始与资金结合，这是一个良好的开端。

当前，3D打印技术正处于一个技术的井喷期、产业的起步期、企业的“跑马圈地”期。我们应该抓紧标准的研究，3D打印的数据标准可能影响到装备和应用两个方面，对此我们应该掌握话语权。在航空件和高端医疗器械方面，要积极研究面对3D打印个性化制造产品准入的标准，以利于新技术的应用。要加强基础研究，发展原创技术，在3D打印的新材料研发、显著提升打印件的质量和打印效率等方面实现创新;建立创新体系，为企业提供核心技术和共性技术;攻克关键核心器件，打造产业链;引导金融资本，助推3D打印企业做大做强，形成若干个具备国际竞争规模的企业。

记者：以3D打印为代表的制造业先进技术，正在推动我国制造业由大变强，向智能制造转型。请问您怎么看待我国的智能制造?对于我国制造业的发展，您有什么建议?

卢秉恒：比较中、德、美三国，德国的工业优势在于质量过硬、基础雄厚、工艺严谨;美国的优势在于：社会创新、高科技优势、集全球资源与精英;而我们中国的重要优势是：一个比较完整的工业体系、内需市场巨大、人力资源丰富。

面对我们存在的阶段性差距，需要工业2.0、3.0的补课(质量优先、机器人和高档数控机床等自动化技术)的同时，发展工业4.0。因此需要追赶与跨越并举;必须发挥政府科学而有力的调控作用，汇集有限的社会资源，做好协同创新。

我们巨大的市场需求，必须保护，充分利用，以引导和支持我们的装备制造。一个领域的需求，就可以带动一个装备领域的发展。如航空航天、汽车领域对高档数控机床的需求。我们如何通过大飞机、两机专项及军工技术改造的机遇，拉动我国的机床工业，同时形成高端装备的雄厚发展基础?建议项目采购采取信息安全的一票否决制。各项计划、各个行业的互动协同发展，是我们大国制造应该认真思考的问题。

我国可以参考德国、美国两国路径，探索适用我国国情及能实现中国制造2025任务的道路。建设一批能协同社会创新资源，为产业提供核心技术与共性技术的创新中心。避免科技资源的浪费和低水平的重复研究。

在产学研协同方面，应该正确理解企业为主体。企业要成为投资研发、应用成果、集成成果的主体。产学研形成长效合作机制，把科研机构、人员与企业创新的积极性调动和发挥出来。在全社会的协同机制方面，加强科技计划协同，按技术成熟度，各部委分工协作，各计划形成接力。国家科研计划应以标准、基础研究为先，重视产业化共性技术，以创新思想、发明专利为评审依据。

在金融与科技、产业的协同方面，改善制造业的资金环境。如何引导金融资金更多更快地流向实体经济、流向有潜力的先进制造业，加强资金对创新的支持力度，让创新力量及时得到资金支持，这是中国制造2025能否顺利实施的重要关键问题。

在人才协同方面，建立正确的学科评估标准，引导创新与工程能力培养。倡导科研人员的论文更多地写在产品上，写在装备上。中国制造2025还需要培养一批工业4.0时代的企业家和科技领军人，既精通制造工艺，又具有互联网思维，能充分利用社会创新资源。创新型社会还需要一大批创客、极客，需要马斯克式的人物，有浓厚的科学兴趣和强烈的创新欲。

中国制造2025的主攻方向和带动性技术是发展智能制造。智能制造主要是工业互联网和底层智能化两部分。

在工业互联网方面，要形成一个万众创客网、CAD/CAE/CAM数字化制造服务网、3D打印、性能测试服务网，由众包完成产品的开发和数字化制造。用工业互联网构成一个高技术的服务业，构建新机制的创新体系，驱动知识信息的流动。企业的资源是有限的。我们用互联网把全国的、全社会的乃至全球的人才、资源都集中到一块，达到社会资源的优化组合，这就是智能制造的精华。走出工厂的围墙。让知识流动起来，补足中国制造业开发能力弱的短板。这就是互联网带动制造业发展的真谛，最大的效益所在。

在底层智能化方面，主要是机器人、智能制造装备和3D打印。机器人是提高生产柔性、提高效率、降低成本的工具。智能机床的关键就是信息获取、工艺优化软件加上过程的质量控制。智能机床能够监控加工的状态并对被加工件所达到的精度做出判断和控制。它能成倍地提高加工质量和加工效率。数字化设计和3D打印中，设计是形成产品创新价值的关键。高端服务业提供设计工具、设计师和产品结构的CAE分析，而3D打印是验证设计的快速手段。3D打印可以使产品开发周期与费用降低到1/3-1/5，3D打印支持定制化生产模式。尤其重要的是，3D打印使设计师摆脱了许多可制造性的约束，极大地释放了设计创新空间，如果说机器人是今天的技术，那么3D打印是更加深刻影响今天和明天、乃至后天的技术。

互联网+先进制造业+现代服务业，可以成就制造业美好的未来，制造业可能的前景是：一半以上的制造为个性化及定制，一半以上的价值由创新设计体现，一半以上的企业业务由众包完成，一半以上的创新研发为极客创客实现。

第三篇：3D打印与快速制造实训工作站

当前，3D打印技术做为第三次工业革命的核心技术，在机械制造、建筑工程、文化创意等诸多产业领域得到广泛重视与应用。为满足这些产业对未来相关技术技能型人才的需求与储备，我们首先推出以跨学科、跨专业为特点的

“

3D

打

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与

快

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制

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实

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工

作

站

”

。

该实训工作站是在研究了多个专业的现有课程基础上，创新设计的综合性跨学科教学实训平台。平台内容包括硬件基础环境、软件支撑环境、教学平台管理系统等模块，以及教学资源库、精品课程示范体系、实训工作站专业管理队伍培训方案、企业实际工作流程仿真实训方案等功能。该实训工作站可以帮助技工类院校教师通过在教学实践中引入先进的设计制造技术，从而改革和创新“设计制造一体化人才”培养方案，创新开发新的精品课程，将企业岗位实训课程前置到学校中完成，从而达到提升学生的职业竞争力和就

业

率

的

教

学

目

的

。

(一)3D打印与快速制造实训工作站的用途

该实训工作站是在北京大学中国职业研究所的指导下，依据“从工作中来，到工作中去”的教学原则和ETPO智慧型实训教学模式，定向开发的企业仿真实训教学平台。ETPO智慧型实训教学模式由职业体验认知(Occupation)——岗位技能学习(Education)——仿真案例训练(Training)——真实项目开发(Project)——模拟企业实习(Occupation)五大流程组成，形成了一个完整的从职业认知开始，经过工学一体化训练，直至进入职场就业的实训教学循环系统，该系统可以很好的帮助学生缩小自身技能和企业岗有位效需性求之、

间趣

的味

距性

离，

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高高

职学

场习

竞

效

争力果

。 。 该系统可以帮助教师在仿真模拟企业环境的过程中，完成工学一体化教学实践，从而增强课程的针对性、学校可以通过这一产教融合的教学实训平台，将企业岗位实训内容前置到学校中完成，为企业降低人才培养成本的同时，大大提高学生的核心职业能力与核心职业素养，从而达到提高就业率的办学目标。

(1理念

二、设计)硬，构

实

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基

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础

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五

境企

业

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设 程

。 硬件基础环境建设由实践体验区、教学互动区、仿真工作区、成果展示区组成，四大区域按照ETPO教学

内

在

联

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的

工

作

流实践体验区

本区域由多种大型工业级3D打印机、3D扫描仪及相关设计分析软件组成。该区的功能是让学生通过参与工业级产品的实际生产过程，了解工业级3D打印设备的原理，构造，技术，及其在实际工作中所发挥的作用。从而

开

始

对

职

业

认

知

产

生

感

性

体

验

。

教学互动区

本区域由多点触摸互动教学系统组成。使学生通过对图像化元素的使用和数据库资源的调用，以及互动交流的方式，将自己的创意表达出来并与团队分享。该区域的功能在于通过丰富的真实案例示范教学，引导学生逐步提

升

自

主

设

计

与

创

新

制

造

能

力

。

仿真工作区

本区域仿照机械制造类专业方向的企业真实工作流程设置工作岗位：工作站指导教师模拟项目经理、运用ETPO平台的项目和实习功能对学生进行指导，并对学生任务完成状况以企业标准进行正确性校验;学生模拟企业职员，完全按照企业的真实流程仿真操作，以此将学生顶岗实习的阶段前置到学校完成。经过这种仿真流程训练的学生，到企业工作后可以立刻进入工作状态。从而提升就业竞争力。

成果展示区

以地面及墙体整体设计为空间表达，按3D打印技术和应用领域分成多个展示小区，配备多媒体展示设备。该区域的功能在于把3D打印在工业各领域中的应用以实物或多媒体的方式展示给学生，以扩大学生对技术应用的知识面和产业视野。同时也展示学生自己动手设计并打印的优秀3D作品，以提高教学的趣味性和互动性，同

时

增

强

学

生

对

职

业

的

认

同

度

与

自

豪

感

。

上述4个区域串联完成职业技能的教学内容，同时，也充分应用智慧型实训教学模式和ETPO软件平台将理论学习(Education)的教学阶段，案例教学(Training)的教学阶段，参与实训项目(Occupation)的教学阶段，以及体验企业岗位实习(Occupation)的教学阶段有机结合在一起。

2、软

件

支

撑

环

境

建

设

本工作站包含全套行业最流行的3D打印设计软件工具系统，其中包括40套欧特克公司的3D打印设计工具，以及惊蛰公司依据ETPO教学理论自主研发的配套的行业定制化教学软件工具包、3D模型处理软件，3D打印机操作软件等系列软件系统，可以充分满足教学实践的要求，保证实训工作站正常运转。

3、教学平台管理系统

提供专门开发的ETPO智慧型实训教学管理系统，是依据OETP智慧型教学模式开发的实训工作站软件平台管理系统。该系统支持OETP教学模式所包含的的职业体验认知(Occupation)——岗位技能学习(Education)——工作案例训练(Training)——真实项目开发(Project)——仿真岗位实习(Occupation)5个功能模块在实训工作站中的运转。提供从职业体验认知开始，经过实训教学训练，达到进入职场

就

业

目

标

的

循

环

实

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系

统

。

ETPO

4、

教

学

智慧型实训教学管理系统

资

源

库

为实训工作站专门开发的教学资源库，提供包含6门课程的教学示范课程包(大纲、教材，讲义，教学案例，习题);10个企业实际项目案例库;1000道针对教学知识点和专业技能点的评测题库。该教学资源库可以支持教师完成实训工作站中各精品课程的教学。同时该教学资源库也提供了接口，可以允许教师在教学实践过程中不断添加自主创新课程、以丰富教学资源并共享给其他教师使用。

5、实训

工

作

站

专

业

师

资

队

伍

培

养

为保证实训工作站的正常运行，我中心提供完整的实训工作站管理人员培训方案，包括系列培训课程：3D打印工作站管理规章制度培训，3D打印设备及材料运营维护培训，工作站岗位设置与分工培训，OETP智慧型实训教学系统使用培训，工作站区域功能使用与综合利用培训，精品实验课程教学示范培训等。

第四篇：3D打印技术制造金刚石工具的可行性研究

3D打印技术出现在20世纪90年代中期，经过20年的发展，3D打印技术已经取得极大的进步，并开始广泛应用在各个领域。3D打印的特点是即使是很复杂的东西都可以神奇般的制造出来，只要使用与模型相同的材质，就能打印出和模型几乎完全一样的东西，所以它是一种实实在在重要的制造技术。其他的制造技术即使经过了数十年的努力也不过还是在集合复杂度上略有进展——而3D打印技术却可以轻而易举的解决这个问题。金刚石工具作为现今最为有效的硬脆材料加工工具，被广泛用于民用建筑与土木工程、汽车工业、交通工业、地勘与国防工业等领域和其它现代高新技术领域，而且还逐渐开始应用于宝石、医疗器械和复合非金属硬脆材料等众多新领域，社会对金刚石工具的需求量正在逐年大幅增加[1]。因此，3D打印技术制造金刚石成为了一个新的研究方向。本文对3D打印技术制造金刚石工具的可行性进行了研究，以期为这方面的研究提供一些参考。

1.3D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。

3D打印通常是采用数字技术材料打印机来实现的。过去其常在模具制造、工业设计等领域被用于制造模型，现正逐渐用于一些产品的直接制造，已经有使用这种技术打印而成的零部件。该技术在珠宝、鞋类、工业设计、建筑、工程和施工、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、强制以及其他领域都有所应用[2]。

3D打印技术，是以计算机三维设计模型为蓝本，通过软件分层离散和数控成型系统，利用激光束、热熔喷嘴等方式将金属粉末、陶瓷粉末、塑料、细胞组织等特殊材料进行逐层堆积黏结，最终叠加成型，制造出实体产品。与传统制造业通过模具、车铣等机械加工方式对原材料进行定型、切削以最终生产成品不同，3D打印将三维实体变为若干个二维平面，通过对材料处理并逐层叠加进行生产，大大降低了制造的复杂度。这种数字化制造模式不需要复杂的工艺、不需要庞大的机床、不需要众多的人力，直接从计算机图形数据中便可生成任何形状的零件，使生产制造得以向更广的生产人群范围延伸。

3D打印技术本身并不复杂，关键是使用的耗材。3D耗材的扩展，决定了3D打印机的能力边界。然而就目前而言，3D打印的耗材并不广泛，主要有ABS塑料、PC工程塑料，以及金属粉末、木材、蜡、石膏粉等[3]。虽然3D打印机可以实现塑料、某些金属或者陶瓷打印， 但无法实现打印的材料都是比较昂贵和稀缺的。另外，3D打印机也还没有达到成熟的水平，无法支持我们在日常生活中所接触到的各种各样的材料。目前，研究者们在多材料打印上已经取得了一定的进展，如掌握核心3D打印机技术的Objet公司，目前已经研究出可以使用的14种基本材料，并在此基础上混搭出107种材料。而两种或以上材料的混搭使用，使上色也成为现实。可以预见的是随着耗材的不断拓展，3D打印的应用会越来越广泛。

2.金刚石工具

金刚石工具是指用结合剂把金刚石(一般指人造金刚石)固结成一定形状、结构、尺寸，并用于加工的工具产品。广义地，金刚石研磨膏、滚压锯片、冷镶金刚石拉丝模、冷镶金刚石刀具、钎焊金刚石复合片刀具等，也都属于金刚石工具。

按照结合剂的不同，金刚石工具可分为以下几类：金属结合剂金刚石工具、电镀结合剂金刚石工具、树脂结合剂金刚石工具、陶瓷结合剂金刚石工具等[4]。金属结合剂工艺分为烧结、电镀和钎焊等几类。 1.金属结合剂金刚石工具

金属结合剂金刚石工具是以金刚石为切磨材料，以金属粉末为结合剂，利用粉末冶金的方法，经过压制成型、烧结以及必要的加工而成的一类制品。 2.电镀金属结合剂金刚石工具。

电镀金属结合剂金刚石工具是通过电镀的方法，经过金属电沉积过程，将一层至数层金刚石牢固地镶在金属基体上的一种制品。 3.树脂结合剂金刚石工具 树脂结合剂金刚石工具是以树脂粉为粘结材料，并加入填充材料，经过热压、硬化及机加工等工艺制成的、具有一定形状的金刚石磨削加工工具。 4.陶瓷结合剂金刚石工具

陶瓷结合剂金刚石工具是利用磨料(金刚石、碳化硅等)、玻料(硼酸、氧化锌、石英、云母等)、非玻料(粘土、A1：0，等)、着色剂(红色加Fe：0。、绿色加Cr20。等)、临时粘结剂(糊精、水玻璃、液体树脂等)混合物，经过成型、烧结、修整、修锐等制造工艺形成的一种金刚石磨削加工工具。

金刚石具有坚硬性，故制成的工具特别适合加工硬脆材料尤其非金属材料，如石材、墙地砖、玻璃、陶瓷、混凝土、耐火材料、磁性材料、半导体、宝石等;也可以用于加工有色金属、合金、木材，如铜、铝、硬质合金、淬火钢、铸铁、复合耐磨木板等。目前金刚石工具已广泛应用以建筑、建材、石油、地质、冶金、机械、电子、陶瓷、木材、汽车等工业。

3.3D打印技术制造金刚石工具的优缺点

利用3D打印技术制造金刚石工具在技术上已经能够实现，不同的金刚石工具可以运用不同的3D打印技术制造。本文以制造孕镶金刚石钻头为例，制造的整体过程如下：

1.三维设计

先通过计算机上的建模软件建立所需的金刚石钻头的模型，再将建成的三维模型“分区”成逐层的截面，即切片，从而指导打印机逐层打印。

2.切片处理

打印机通过读取文件中的横截面信息，用液体状、粉状或片状的合金材料将这些截面逐层地打印出来形成胎体，逐层打印时合理的加入金刚石颗粒。

3.激光烧结

为了能够使各层形成一个牢固的整体，在各层截面可以采用直接金属激光烧结的方式，从而制造出一个实体。

与传统的金刚石工具制造方法相比，3D打印技术制造金刚石工具有着极大的优点，也有着致命的缺点。

优点： 1. 制造复杂结构的金刚石工具不额外增加成本; 2. 制造金刚石工具时可以一步到位，不需多道工序; 3. 可以按需打印，零时间交付;

4. 一台3D打印机可以制造多种形状的产品; 5. 降低了对工人技能的要求。 缺点：

1. 成本高昂。3D打印所需的材料价格较高，3D打印机也较昂贵，致使成本高昂。

2. 质量达不到要求。由于3D打印制造的金刚石工具并非整体成型的，所以金刚石工具的力学物理性质达不到要求，使用时损坏率极高。 3. 难以量产。3D打印制造金刚石工具只能一个或几个同时制造，难以大批量生产。

4. 精度较低。很多金刚石工具对精度的要求很高，而现今常用的3D打印技术精度只能达到0.1毫米，难以达到要求。

因为以上的几个缺点，所以以现在的3D打印技术只能造出少量可看不可用的金刚石工具。

4.结论

3D打印技术制造金刚石工具是难以应用于大量生产，而且受材料的限制，可以生产的产品很少，即使生产出来的产品，质量也难以保证。但随着3D打印技术的进步，3D打印技术制造金刚石工具终将实现。尽管如此，3D打印技术制造金刚石工具也更适合一些小规模制造，尤其是高端的定制化产品，而非大批量的生产中。

参考文献

[1] 金刚石工具.泉州众志金刚石工具有限公司 [引用日期2013-06-3]. [2] 全球首款3D打印金属手枪问世 成功发射50枚子弹.新华网 .2013-11-9 [引用日期2013-11-9]. [3] 蔡雯. 3D打印全靠有米下锅. 科学24小时，2013, 7. [4] 张绍和.金刚石与金刚石工具.长沙：南大学出版社，2005.

第五篇：3D打印报告

实验名称：3D打印 实验设备:Robo 3D 一实验目的

了解3D打印机原理，能简单操作3D打印机打印模型。 二实验原理 原理技术

3D打印技术，是以计算机三维设计模型为蓝本，通过软件分层离散和数控成型系统，利用激光束、热熔喷嘴等方式将金属粉末、陶瓷粉末、塑料、细胞组织等特殊材料进行逐层堆积黏结，最终叠加成型，制造出实体产品。3D打印将三维实体变为若干个二维平面，通过对材料处理并逐层叠加进行生产。我们用的是堆积法堆积方法：就是用塑料融化后，通过机器喷头挤出丝，让挤出的丝一层一层的叠加，最终达到成品。

三操作流程 1.建模

先用solidworks建模，画出你想要打印的实体的3d图像模型。把画完的3d图像模型导出成stl格式文件。

2.切片

打开打印软件，点击“打开文件”，把先前的stl文件导入，改变模型的大小、位置，使它适合打印。然后点击“过程设置”，选择你要打印的参数，然后点击“准备打印”即像切土豆一样把模型切成一片一片，之后3D打印便可以将“切片”们一层一层叠加，从而打印出整个模型。而且，“生成路径”时，打印软件也会对模型结构不稳定处添加支撑物、对结构分散处添加连接、对空白处添加补充物等等。最后将文件的后缀名为.gsd。

3.打印

将保存的后缀名为gsd的文件就是我们在电脑上做好的模型拷贝进入SD卡，把SD插在3D打印机的SD卡槽里，选择SD打印，选择gsd文件，设置打印头温度200℃，打印床温度60℃，待温度到达指定温度后会自动打印。

.. 四作品