3d打印技术发展现状

2022-09-26

第一篇:3d打印技术发展现状

3D打印技术发展及介绍

1.1 3D打印技术的发展

3D打印(3DP)是近三十年来出现的一种全新的快速成型技术,它能将三维软件建立的三维数据模型,运用粉末状金属或塑料以及光固化树脂等可粘合材料,通过逐层打印的方式转化为实物,被誉为新时代的工业革命[1]。

自1986年由美国科学家Charles Hull开发了第一台商业3D印刷机起[2],3D打印技术经历了三十多年的发展,从一开始只能打印简单的塑料模型到而今的打印人体器官等,3D打印技术在这30年的研发过程中取得了巨大的突破,能在一定程度上取代传统加工工艺中的机械加工及开模制造等制造工序,同时也能解决一些传统工艺无法处理的技术难题,极大地缩减了加工时间及加工成本,是如今各国重点发展的领域之一。

1.2 3D打印流程(以UV光固化3D打印机为例) 各步骤简要介绍如下:

1、三维建模

通过Pro/E或其他三维绘图软件建立该零部件实体模型并保存成打印机配套切片软件所能读取的文件格式(一般为STL文件格式),以便导入到打印机切片软件中进行下一步操作[3]。

2、切片

通过三维软件建立的数据模型一般无法直接导入打印机进行打印,需要经过切片软件将模型切片并保存为相应格式才能导入打印机经行打印操作[4]。切片软件要设置的内容一般包括切片厚度、首层固化时间和每层固化时间,其中设置的层厚大小主要由打印机的打印精度决定,一般切片厚度越薄,则打印精度越高,同时层数越多,打印耗时也越长。而首层固化时间和每层固化时间则由打印机的光强及材料的性能决定,固化时间越长,则打印耗时越长。

3、打印

将事先准备好的光敏树脂倒入料槽中,并将料槽安装在机器上。选择要打印并切好片的文件,点击打印。打印机会将三维模型所切的每层内容按顺序一层层地固化在打印平台上,最终将整个模型打印固化出来。

4、后期处理

模型打印完成后用美工刀或工具铲等工具将其从打印平台上取下,并用酒精将其表面残留的树脂洗去(树脂溶于酒精),并风干。此时模型的强度和硬度一般都会表较低,如需增大模型的强度和硬度,可把模型放入固化箱内经行二次固化,从而增强模型的强度和硬度。另外还可对模型进行后期加工,如修整、上色等等,最终完成所需要的模型的制作。

1.3 3D打印技术的分类、原理及优缺点

现今的用于工业生产的3D打印技术主要以下是四种打印技术的打印原理及优缺点:

1、熔融沉积快速成型(Fused Deposition Modeling,FDM) 大致结构如图1.1所示:

图1.1 FDM结构图

·工作原理:熔融沉积又叫熔丝沉积,它是将丝状热熔性材料加热融化,通过带有一个微细喷嘴的喷头挤喷出来。热熔材料融化后从喷嘴

喷出,沉积在制作面板或者前一层已固化的材料上,温度低于固化温度后开始固化,通过材料的层层堆积形成最终成品[5]。 ·材料:主要以PLA为材料 ·精度:常为0.3mm-0.2mm ·优势:制造简单,成本低廉

·劣势:由于出料结构简单,难以精确控制出料形态与成型效果,同时温度对于FDM成型效果影响非常大,精度差[6]。

2、光固化成型(Stereolithigraphy Apparatus,SLA) 大致结构如图1.2所示:

图1.2 SLA结构图

·工作原理:光固化技术,主要使用光敏树脂为材料,通过紫外光或者其他光源照射凝固成型,逐层固化,最终得到完整的产品[7]。 ·材料:主要以光敏树脂为材料 ·精度:0.016mm ·优势:光固化成型的原型在外观方面非常好,成型速度快、原型精度高,非常适合制作精度要求高,结构复杂的原型[5]。

·劣势:强度弱,一般主要用于原型设计验证方面,然后通过一系列后续处理工序将快速原型转化为工业级产品,另外打印尺寸小[6]。

3、选择性激光烧结(Selecting Laser Sintering,SLS) 大致结构如图1.3所示:

图1.3 SLS结构图

·工作原理:SLS利用粉末材料在激光照射下烧结的原理,由计算机控制层层堆结成型。SLS技术同样是使用层叠堆积成型,所不同的是,它首先铺一层粉末材料,将材料预热到接近熔化点,再使用激光在该层截面上扫描,使粉末温度升至熔化点,然后烧结形成粘接,接着不断重复铺粉、烧结的过程,直至完成整个模型成型[8]。 ·材料:使用非常多的粉末材料

·优势:制成相应材质的成品,激光烧结的成品精度好、强度高,但是最主要的优势还是在于金属成品的制作[5]。

·劣势:首先粉末烧结的表面粗糙,需要后期处理,其次使用大功率激光器,除了本身的设备成本,还需要很多辅助保护工艺,整体技术难度较大,制造和维护成本非常高,普通用户无法承受,所以目前应用范围主要集中在高端制造领域[12]。

4、三维粉末粘接(Three Dimensional Prinnting and Gluing,3DP)

大致结构如图1.4所示:

图1.4 3DP结构图

·工作原理:3DP技术工作原理是,先铺一层粉末,然后使用喷嘴将粘合剂喷在需要成型的区域,让材料粉末粘接,形成零件截面,然后不断重复铺粉、喷涂、粘接的过程,层层叠加,获得最终打印出来的零件[9]。

·材料:粉末材料,如陶瓷粉末、金属粉末、塑料粉末等。 ·优势:在于成型速度快、无需支撑结构,而且能够输出彩色打印产品,这是目前其他技术都比较难以实现的[10]。

·劣势:首先粉末粘接的直接成品强度并不高,只能作为测试原型,其次由于粉末粘接的工作原理,成品表面不如SLA光洁,精细度也有劣势,所以一般为了产生拥有足够强度的产品,还需要一系列的后续处理工序。此外,由于制造相关材料粉末的技术比较复杂,成本较高,所以目前3DP技术主要应用在专业领域[11]。 1.4 桌面级3D打印机

随着3D打印技术的推广和应用,3D打印机也逐渐普及,近几年更是提出了一个新的概念——桌面级3D打印机。区别于以往的体

型巨大笨重的工业级3D打印机,桌面级的3D打印机如它的名字一样更为小型轻便,成本也远远小于前者,适合个人及个体商户购买,它的出现在很大程度上促进了3D打印技术普及。

由于桌面级3D打印机走的是小型经济的路线,结合以上的四种打印技术的特点可以看出,适合运用在桌面级3D打印机上的技术为熔融沉积快速成型及光固化成型技术,而如今市面上普及的桌面级3D打印机也大都是是建立在这两种技术之上的。

第二篇:3D打印技术发展及其应用前景

课程名称:3D打印技术

班级: 姓名:

学号: 时间:2016年10月7日

一、3D打印技术兴起

3D打印产业是工业制造领域新发展起来的技术,被誉为“具有业革命意义的制造技术”。运用3D打印技术的主要生产流程是先用计算机软件设计出一个立体的加工样式,再通过3D打印机用特制的固体材料进行打印。广泛应用于工业制造、文化创意及数码娱乐、航空航天、生物医疗、消费品、建筑工程、教育和个性化定制等领域。由此可见3D打印技术需要依托信息技术、精密仪器和科学材料等多个领域的技术,作为一项新兴的多科学交叉的技术,必须在这些相关的领域投入相应的研发力量才能真正掌握其整个的核心技术。

二、简介3D打印机

3D打印机英文 “3D Printers”,3D打印机这个名称是近年该产品来针对民用市场而出现的一个新词。其实在专业领域 他有另一个名称快速成形技术。快速成形技术又称快速原型制造(Rapid Prototyping Manufacturing,简称RPM)技术,诞生于20世纪80年代后期,是基于材料堆积法的一种高新制造技术,被认为是近年来制造领域的一个重大成果。它集机械工程、CAD、逆向工程技 术、分层制造技术、数控技术、材料科学、激光技术于一身,可以自动、直接、快速、精确地将设计思想转变为具有一定功能的原型或直接制造零件,从而为零件原型制作、新设计思想的校验等方面提供了一种高效低成本的实现手段。即,快速成形技术就是利用三维CAD的数据,通过快速成型机,将一层层的材料堆积成实体原型。

三、3D打印技术原理

说到它的原理,其实也并不不复杂,其运作原理和传统打印机工作原理基本相同。传统打印机是只要轻点电脑屏幕上的“打印”按钮,一份数字文件便被传送到一台喷墨打印机上,它将一层墨水喷到纸的表面以形成一副二维图像,而打印机 首先将物品转化为一组3D数据,然后打印机开始逐层分切,针对分切的每一层构建,按层次打印。

例如我们制作一个塑料材质的苹果,首先我们需要在电脑上使用3D软件制作出一个苹果的3D模型文件,然后把它转换成3D打印机支持的文件格式。接下来需要给3D打印机放入塑料耗材,现在3D打印机就可以制作了。这个过程是不是像我们的平面打印机的操作呀!好下面说重点。打印系统在制作的时候会从这个苹果3D模型底部开始切成很多片(多少片呢?这个要根据打印机的技术指标它所支持的“层厚”来决定。)也就是我们上面说的截面图。最先开始制作的是苹果模。

四、几种主要的3D打印机技术

(一)SLA技术3D打印机

SLA是最早实用化的快速成形技术。SLA 是“Stereo lithography Appearance”的缩写,即立体光固化成型法。用特定波长与强度的激光聚焦到光固化材料表面,使之由点到线,由线到面顺序凝固,完成一个层面的绘图作业,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。这样层层叠加构成一个三维实体。

SLA技术主要用于制造多种模具、模型等;还可以在原料中通过加入其它成分,用SLA原型模代替熔模精密铸造中的蜡模。SLA技术成形速度较快,精度较高,但由于树脂固化过程中产生收缩,不可避免地会产生应力或引起形变。因此开发收缩小、固化快、强度高的光敏材料是其发展趋势。

(二)SLS技术3D打印机

SLS(Selective Laser Sintering)选择性激光烧结(以下简称 SLS)技术 。最初是由美国德克萨斯大学奥斯汀分校的 Carlckard于1989年在其硕士论文中提出的。后美国DTM公司1992年推出了该工艺的商业化生产设备Sinter Sation。 选择性激光烧结是采用激光有选择地分层烧结固体粉末,并使烧结成型的固化层层层叠加生成所需形状的零件。其整个工艺过程包括CAD模型的建立及数据处理、铺粉、烧结以及后处理等。

与其它3D打印机技术相比,SLS最突出的优点在于它所使用的成型材料十分广泛。从理论上说,任何加热后能够形成原子间粘结的粉末材料都可以作为SLS的成型材料。目前,可成功进行SLS成型加工的材料有石蜡、高分子、金属、陶瓷粉末和它们的复合粉末材料。由于SLS成型材料品种多、用料节省、成型件性能分布广泛、适合多种用途以及SLS无需设计和制造复 杂的支撑系统,所以SLS的应用越来越广泛。

(三)LOM技术3D打印机

分层实体制造法(LOM———Laminated Object Manufacturing),LOM又称层叠法成形,它以片材(如纸片、塑料、薄膜或复合材料)为原材料。激光切割系统按照计算机提取的横截面轮廓线数据,将背面涂有热熔胶的纸用激光切割出工件的内外轮廓。切割完一层后,送料机构将新的一层纸叠加上去,利用热粘压装置将已切割层粘合在一起,然后再进行切割,这样一层层地切割、粘合,最终成为三维工件。

该技术的特点是工作可靠,模型支撑性好,成本低,效率高,缺点是前、后处理费时费力,且不能制造中空结构件。

(四)FDM技术3D打印机

熔积成型(FDM—Fused Deposition Modeling)法,该方法使用丝状材料(石蜡、金属、塑料、低熔点合金丝)为原料,利用电加热方式将丝材加热至略高于熔化温度(约比熔点高1℃),在计算机的控制下,喷头作x-y平面运动,将熔融的材料涂覆在工作台上,冷却后形成工件的一层截面,一层成形后,喷头上移一层高度,进行下一层涂覆,这样逐层堆积形成三维工件。该技术污染小。

五、3D打印技术优点

(一)制造快速

3D打印机技术是并行工程中进行复杂原型或者零件制造的有效手段,能使

产品设计和模具生产同步进行,从而提高企业研发效率,缩短产品设计周期,极0大的降低了新品开发的成本及风险,对于外形尺寸较小,异形的产品尤其适用。

(二)CAD/CAM技术的集成

设计制造一体化一直来说是现在的一个难点,计算机辅助工艺(CAPP)在现阶段由于还无法与CAD、CAM完全的无缝对接,这也是制约制造业信息化一直以来的难点之一,而快速成型技术集成CAD、CAM、激光技术、数控技术、化工、材料工程等多项技术,使得设计制造一体化的概念完美实现。

(三)完全再现三维效果

经过快速成型制造完成的零部件,完全真实的再现三维造型,无论外表面的异形曲面还是内腔的异形孔,都可以真实准确的完成造型,基本上不再需要再借助外部设备进行修复。

(四)材料种类繁多

到目前为止,各类3D打印机设备上所使用的材料种类有很多,树脂、尼龙、塑料、石蜡、纸以及金属或陶瓷的粉末,基本上满足了绝大多数产品对材料的机械性能需求。

(五)创造显著的经济效益

与传统机械加工方式比较 ,开发成本上节约10倍以上,同样,快速成型技术缩短了企业的产品开发周期 ,使的在新品开 发过程中出现反复修改设计方案的问题大大减少,也基本上消除了修改模具的问题,创造的经济效益是显而易见的。

六、3D打印技术未来发展的主要趋势

3D快速成形技术除了与其他RP技术一样,可以用于产品的概念原型与功能原型件制造外,3D快速成形技术还因其独特的成形特点,使其在生物医学工程、制药工程和微型机电制造等领域有着广阔的应用前景。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。

提升3D打印的速度、效率和精度,开拓并行打印、连续打印、大件打印、多材料打印的工艺方法,提高成品的表面质量、力学和物理性能,以实现直接面向产品的制造;开发更为多样的3D打印材料,如智能材料、功能梯度材料、纳米材料、非均质材料及复合材料等,特别是金属材料直接成型技术有可能成为今后研究与应用的又一个热点;3D打印机的体积小型化、桌面化,成本更低廉,操作更简便,更加适应分布化生产、设计与制造一体化的需求以及家庭日常应用的需求;软件集成化,实现CAD/CAPP/RP的一体化,使设计软件和生产控制软 件能够无缝对接,实现设计者直接联网控制的远程在线制造;拓展3D打印技术在生物医学、建筑、车辆、服装等更多行业领域的创造性应用。

【参考文献】:

[1] 王灿才.3D打印的发展现状分析[J].丝网印刷。2012,(09). [2] 王雪莹.D打印技术与产业的发展及前景分析[J].中国高新技术企事业,2012,(09) [3] 刘海涛.光固化三维打印成形材料的研究与应用[D].华中科技大学博士论文 [4] 胡发宗等.三维立体打印机的成形技术[J].模具技术,2004 [5] 吕德平.激光打印机原理与维修[J].中国计算机用户,1994,5. [6] 陈清,打印机技术研究和未来应用发展趋势初探[D],2010,4 [7] 邵华,3D打印机技术在未来电工教学应用中的设想[A],2011.9 [8] 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(9):1184-1186.

[9] 王忠宏.李扬帆.张曼茵.中国3D打印产业的现状及发展思路.2013,(1):90-93 [10] 蔡恩泽. 3D打印颠覆传统制造业.中国中小企业.2012,(11):46-47. [11] 古丽萍.蓄势待发的3D 打印机及其发展[J].数码印刷,2011,(10):64-67.

第三篇: 3D打印技术的目前现状和发展趋势

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。

提升3D打印的速度、效率和精度,开拓并行打印、连续打印、大件打印、多材料打印的工艺方法,提高成品的表面质量、力学和物理性能,以实现直接面向产品的制造;开发更为多样的3D打印材料,如智能材料、功能梯度材料、纳米材料、非均质材料及复合材料等,特别是金属材料直接成型技术有可能成为今后研究与应用的又一个热点;3D打印机的体积小型化、桌面化,成本更低廉,操作更简便,更加适应分布化生产、设计与制造一体化的需求以及家庭日常应用的需求;软件集成化,实现CAD/CAPP/RP的一体化,使设计软件和生产控制软件能够无缝对接,实现设计者直接联网控制的远程在线制造;拓展3D打印技术在生物医学、建筑、车辆、服装等更多行业领域的创造性应用。

第四篇:3D打印技术的发展与前景分析

国内外3D打印技术的发展现状

一、“3D打印”技术

(一)基本原理。“3D打印”是通俗的叫法,学术名称为“快速原型制造 ”(Rapid Prototyping & Manufacturing),是80年代末90年代初在美国开发兴起的一项高新制造技术。【1】“3D打印”技术是在现代CAD/CAM技术、激光技术、计算机数控技术、精密伺服驱动技术以及新材料技术的基础上集成发展起来的,采用材料累加的新成型原理,直接由CAD 数据打印制成三维实体模型。快速成型系统就像是一台“立体打印机”,不需要传统的刀具、机床、夹具,便可快速而精密地制造出任意复杂形状的新产品样件、模具或模型。

【2】3D打印机原理很简单,每一层的打印过程分为两步,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,然后再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。

“3D打印机”与传统打印机最大的区别在于耗材不同——后者使用墨粉,前者使用的则是一些可以发生固化反应的材料,如树脂、塑料、陶瓷、石膏、金属等等。例如:助听器生产部门利用3D打印机扫描患者的耳朵轮廓后复制出合适的助听器。【3】汽车定制公司利用3D打印机为汽车爱好者提供专门的汽车部件。消费电子产品厂商用3D打印机来完成对产品功能的设计,以避免在大规模生产后修改设计。医生用3D打印机来制造实习模型。博物馆用3D打印机复制真品,以避免参观者损毁真品,等等。

(二)发展前景及意义

【4】工业化最大的成就是通过机械化实现了规模化大生产。而我们今天的“3D打印”技术则将规模化大生产可能演变为若干个体,打破集约化生产的传统模式。只要一台3D打印机,我们就可以在家里生产任何我们需要的东西,而且可以不断变化款式、样式。如今,新的生产方式已经发生了重大改变,传统的生产制造业将面临一次重新“洗牌”。【5】随着各种打印材料(即制造原料)的研制成功,“3D打印”技术已经可以用于生产像珠宝、玩具、工具、厨房用品、衣服之类的东西,甚至可以直接打印人体骨骼、假肢、鲜肉,进行牙齿正畸和数字化种牙,有的还打印出了汽车、飞机零部件。未来我们的模具制造行业、机床行业、玩具行业、轻工产品行业或许都可能被淘汰出局,而取代他们的就是3D打印机。当然,这需要一个过程,10年或者20年,主要是人们适应和接受新事物的过程,也有产业自身完善成长的过程。

二、国内外“3D打印”技术及产业发展应用情况

(一)国内外产业发展情况。“3D打印”技术的历史由来已久。1986年,美国3D System公司推出了第一款工业化的“3D打印”设备,1990年开始销售,短短几年中,形成了巨大的市场,1994年底全球已达900台,到2008年年装机总数就已经达到6000台左右,以指数曲线在上升。【6】3D打印设备应用的方式有两种:一种是大企业为自己的产品开发服务,如美国三大汽车公司、麦道、IBM、Apple、丰田等都在应用;另一种方式为大学、研究所甚至

六、七个人组织的服务机构以一台或数台成型机为中心,开展对中小企业的服务。目前,全球有两家3D打印机制造巨头,分别为Stratasys和3D System,均在美国纳斯达克上市,2011年营业收入分别为1.7亿美元和2.9亿美元。2011年全球3D打印市场规模17.1亿美元。不过,这一数字仅占全球制造市场的0.02%。

【7】我国从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,随后华中科技大学也研制出了SLS快速成型机。目前国内依托高校成果,对“3D打印”设备进行产业化运作的公司实体主要有:北京殷华(依托于清华大学)、陕西恒通智能机器(依托西安交通大学)、湖北滨湖机电(依托华中科技大学)。这些公司都已实现了一定程度的产业化,部分公司生产的便携式桌面3D打印机的价格已具备国际竞争力,成功进入欧美市场。另外,一些中小企业成为国外“3D打印”设备的代理商,经销全套打印设备、成型软件和特种材料。【8】还有一些中小企业购买了国内外各类“3D打印”设备,专门为相关企业的研发、生产提供服务。其中,广东省工业设计中心、杭州先临快速成型技术有限公司等企业,设立了“3D打印”服务中心,发挥科技人才密集的优势,向国内外客户提供服务,取得了良好的经济效益。

目前,国内的“3D打印”主要集中在家电及电子消费品、建筑、教育、模具检测、医疗及牙科正畸、文化创意及文物修复、汽车及其他交通工具、航空航天等领域。据业内人士估计,3D打印机在国内企业级装机量在400台左右,2010年以来年增速均在70%左右,市场规模超过1亿元。

三、制约我国”3D打印”技术及产业发展应用遇到的瓶颈和问题

“3D打印”技术虽然已有近20年的发展历程,但产业发展仍存在很多困难。

一是认识不足。虽然3D打印机的发展已有数十年,但是对大多数普通人来说,目前“3D打印”技术还是一个新生事物,很多企业甚至从没听说过还有这种具有“神秘功能”的机器。

二是价格不菲。目前,“3D打印”的耗材非常有限,主要是石膏、无机粉料、光敏树脂、塑料等,消费类的“3D打印”主要应用的材料为ABS和POA的塑料,不能完全满足工业领域的需求。【9】工业应用的“3D打印”耗材,特别是金属粉末类耗材,价格非常昂贵,这是制约国内企业使用“3D打印”技术的原因之一。比如一件飞机零部件,打印这种样品的金属粉末耗材一斤卖价4万元,3D打印样品至少要卖2万元,而如果采用传统的工艺去工厂开模打样,仅需几千元。【10】目前的3D打印机除了用来满足个人设计师和普通爱好者的个人3D打印机之外,其他的工业用3D打印机均价格不菲,每套大概需要十万美元左右,精度高的甚至达到120万美元。

三是工艺尚不完善。【11】由于“3D打印”工艺发展还不完善,特别是对快速成型软件技术的研究还不成熟,目前快速成型零件的精度及表面质量大多不能满足工程直接使用,不能作为功能性部件,只能做原型使用。

四、加快我国“3D打印”技术及产业发展应用的对策

【12】发展“3D打印”产业,可以提升我国工业领域的产品开发水平,同时有助于攻克技术难关,并且容易形成新的经济增长点,促进就业。

参考文献:

[1]第三次工业革命[J].经济学人(英),2012-4-21. [2]王雪莹.3D打印技术与产业发展的前景分析[A].中国高新技术企业,2012. [3]王红霖.3D打印技术制造业发展新趋势.新兴产业,2012. [4]同晓荣,盛仲飙.数据转换算法在喷绘机打印中的应用[J].价值工程,2011(33). [5]盛仲飙,同晓荣.BP神经网络在曲线拟合中的应用[J].科学技术与工程,2011(28). [6]任晓刚.数字签名在医院电子病历中的应用研究[J].信息技术,2013(01). [7]任晓刚,孔庆梅.后全运会时期高校体育场馆运营模式的探索研究[J].辽宁行政学院学报,2013(04). [8]付宏,任晓刚.微博传播对社会舆论扩散的影响[J].新闻战线,2013(04). [9]范新龙,张华.基于AJAX技术的监考系统的研究与实现[J].计算机应用与软件,2011(09). [10]张华,刘晓婷,贺耀祖,赵婉霞.实现精确打印方法探讨[J].价值工程,2011(36). [11]李金凤,王象刚.大学生打工利弊谈[J].科技信息(科学教研),2007(11). [12]吕国栋,孟令文.混凝土防腐蚀技术在桥涵工程上的应用[J].中国西部科技(学术),2007(07).

第五篇:浅析3D打印技术的发展前景和对策

摘要:3D打印技术,毋庸置疑,已成为可预见未来的核心技术革命之一,其发展之势如日中天,不可逆转。注目时局,高度重视3D打印技术的研发并稳步推进其试点运行将成为积极应对3D打印技术浪潮袭来的应有之态度及举措。

关键词:3D打印技术,发展前景,态度对策

引 言

众所周知,第一次工业革命和第二次工业革命分别以蒸汽机的发明和电气化的使用为标志,以其强大的生产力解放为基础,深刻地改变了西方资本主义国家甚至整个世界的面貌,有力地推动了世界现代化的历史进程。显而易见,科学技术是第一生产力,更是当今世界格局下各国综合国力比较的核心指标之一,可以说,最新最前沿的科学技术的掌握和最早应用推广,将是未来国家间竞争的重要体现和地位分水岭。那么,当下最值得关心注目的科学技术是什么呢?毫无争议,3D打印技术将占一重要席位且有愈演愈烈之势。

一、3D打印技术的扼要介绍

3D打印技术目前最为引人注目的当推3D打印机,鉴于此,本文将把3D打印机作为其技术典型来探讨。3D打印机诞生于20 世纪80 年代中期,是由美国科学家最早发明的。3D打印机是指利用3D打印技术生产出真实三维物体的一种设备,其基本原理是利用特殊的耗材( 胶水、树脂或粉末等)按照由电脑预先设计好的三维立体模型,通过黏结剂的沉积将每层粉末黏结成型,最终打印出3D实体。3D打印过程可分为两步,首先在需要成型的区域喷洒特殊的胶水,然后均匀喷洒粉末,粉末遇到胶水会迅速固化黏结,没有胶水的区域仍保持松散状态,重复这一过程直到实体模型被“打印”成型。由于其分层加工的过程与喷墨打印机十分相似,所以被称为“打印机”。[1]

二、3D打印技术的发展前景

正如著名的《经济学人》最近描述了3D打印技术的前景——这是一种新型的生产方式,能够促成第三次工业革命。根据研究3D打印机的前贤报告,可以从以下四个方面来一窥其势。未来5-10年,随着技术的不断进步及市场需求的扩大,3D打印机将呈现四个方面的发展趋势:

(一)3D打印速度和效率将不断

提升。随着开拓并行、多材料制造工艺方法的采用,打印速度和效率有望获得更大提升;

(二)3D打印材料更加多样化。随着先进材料的不断发展,智能材料、纳米材料、新型聚合材料、合成生物材料等将成为3D打印材料;

(三)3D打印机价格大幅下降。一些较小规模的3D 打印机制造商已经开始推出一万美元以下的3D打印机。随着技术进步及推广应用,3D打印机的价格有望大幅下降。

(四)3D打印机应用领域更加广泛。3D打印机诞生后,早期主要用于航空航天、机械、医疗、建筑等行业的模型制作。随着其进一步走向成熟,3D打印机已开始用来制造汽车、飞机等高科技含量零部件、皮肤、骨骼等活体组织。专家预计,在不久的将来,从鞋、眼镜到厨房用具、汽车等各种产品都可以用3D打印机生产出来。[2]

三、3D打印技术的革命意义

3D打印技术的发展前景如此之广阔,发展势头如此之强劲,那么其对现有的生产关系及模式有何影响呢?据社会科学家研究推测,3D 打印机的推广应用具有重要的革命性意义,主要体现在以下三个方面:

(一)制造工艺的深刻变革。3D 打印的特点在于通过逐层堆积材料进行加工,而不是通过去除多余材料进行加工。因此,这项工艺也被称作“堆积制造”或“添加制造”。这改变了通过对原材料进行切削、组装进行生产的加工模式,节省了材料和加工时间,带来了制造工艺的深刻变革。

(二)制造技术的重大飞跃。3D 打印技术是一种新兴的高科技技术,综合应用了CAD/CAM 技术、激光技术、光化学以及材料科学等诸多方面的技术和知识,3D 打印技术的不断成熟将推动包括新材料技术、智能制造技术和堆积制造技术实现大的飞跃。

(三)制造模式的一次“革命”。3D打印作为一种新的加工工艺,将改变第二次工业革命产生的以装配生产线为代表的大规模生产方式,使产品生产向个性化、定制化转变,实现生产方式的根本变革。3D 打印机的推广应用将减少产品推向市场的时间,产品用户只要简单下载设计图在数小时内通过3D 打印将产品“打印”出来,从而不需要大规模生产线,不需要库存大量的零部件,不需要大量的工人。[3]

四、3D打印技术的态度对策

3D打印技术发展前景看好,对社会大生产领域又将带来革命性的意义,那么作为孜孜追求实现中华民族伟大复兴的中国应当仁不让、毫不犹豫地接过这根

技术革命接力棒并奋而追之。古语有云:“知己知彼,百战不殆”诚然,3D打印技术已成世界技术革新之潮流,不可逆转,但首先还是得摸清它对我国是实质性影响,方能更有效地科学判断并理性制策。谈到影响,固然就得一分为二,即积极影响和负面作用。3D打印技术对我国之积极影响首先表现在为我国制造技术的赶超带来机遇。3D打印技术作为一项新兴技术,与其他成熟技术相比,无论在技术创新还是应用上,我国与发达国家之间的差距相对较小,可以在较短时间内缩短差距。其次体现为推动制造业服务化,加快制造业升级。3D打印的推广应用将带动包括3D设计服务、信息服务等生产性服务业的发展,给我国制造业升级带来新机遇。

其负面作用更是不容小觑,应认真分析对待。正如前述,3D打印机的技术特性决定了其不需要大规模生产线,不需要库存大量的零部件和工人劳动力。所以首当其冲的便是对我国劳动密集型产业可能带来巨大冲击。3D打印这一生产模式改变了过去大规模生产线的制造模式,所需工人将大幅减少,使得劳动力成本在生产成本中的比重降低,我国劳动力成本比较优势将进一步被削弱,这对当前以劳动密集型为主的我国制造业将带来较大冲击。另一方面则是可能进一步拉大与发达国家的差距。美欧等发达工业化国家在3D打印机行业处于领先地位,其产品在全球3D打印机行业占有绝大多数市场份额。我国虽然于20世纪90年代开始推进3D打印机的研发,但还主要停留在设计和样机开发,尚没有一款具有国际水平的3D打印机推向市场。如果不加快推进3D打印机的研发及推广应用,我国与发达国家的差距将进一步加大。

简要探讨了3D打印技术对我国的影响,那么应以何姿态去面对并处理好这些客观问题呢?笔者认为,为加快推进3D打印机的快速发展,我国应主要从三个方面着力推进:其一,应高度重视3D打印技术发展。我国应该高度重视3D打印技术可能带来的制造业革命,深入分析全球3D打印技术的发展趋势,研究建立3D打印机的基础理论和技术体系,制定符合我国国情的3D打印机中长期发展战略。其二,加大对3D打印机研发。建议将3D打印机纳入《智能制造装备发展专项》,加大研发投入力度,突破关键核心技术与工艺。加强与发达国家的技术合作,研究建立以现有的几家科研机构为主体,同类主要企业为载体的产业联盟,加强产学研的沟通与交流,尽快将商用打印机推向市场。其三,加快

3D打印机的推广应用和试点示范。选择高端汽车零部件、医疗等重点行业领域进行推广应用和试点示范,积极探索和积累3D打印机的运营和管理经验。[4]

综上所述,3D打印技术是方兴未艾的在可预见未来的核心技术革命之一,在全世界社会大生产领域内势必将引发深刻的革命性意义,我国应高瞻远瞩,及时果断地把握好时代气息,积极有效地应对好3D打印技术并使之为实现中国梦和中华民族的伟大复兴而服务。

参 考 文 献

[1] 刘欣灵,《3D打印机及其工作原理》,《网络与信息》,2012年8月版

[2] 潘巍,《3D打印机:进入主流指日可待》,《微电脑世界》,2012年12月版

[3] 汤敏,《3D打印机将极大冲击中国市场》,《上海企业》,2013年1月10

[4] 同上

现 代 科 学 技 术 课 程 论 文

学院:马克思主义学院

专业:中国近现代史基本问题研究姓名:徐文滔

学号:12121842109