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3D打印技术及应用Xx(XXXXXXXXXXX)摘要：3D打印技术自发展以来，以其高效、低成本、低能耗的特点，已经在很多领域发挥了不行多得的作用，它将是21世纪最宏大的技术之一。这项技术实现了从无到有的过程，能够制造出你想到的和你想不到的东西，小到肌肉组织，大到楼房建筑。在将来该技术发展成熟时，人类的发展确定能够迈上新的台阶。关键字：3D打印3D发展历史高效低成本低能耗从无到有Abstract：Sincethedevelopmentof3Dprintingtechnology,withitshighefficiency,lowcost,lowenergyconsumption,hasplayedanimportantroleinmanyareas,itwillbeoneofthegreatesttechnologyintwenty-firstCentury.Thistechnologytoachieveaprocessfromscratch,tomakeyouthinkandyoucannotthinkofthings,smalltomuscletissue,largebuildingstothebuilding.Inthefuture,thedevelopmentofthetechnologyismature,thehumandevelopmentwillcertainlybeabletostepontoanewlevel.Keywords：3Dprint3Ddevelopmenthistoryhighefficiencylowcostlowenergyconsumptionfromscratch印技术将会变更我们的对事物的认知。0引言3D打印技术，专业名称为快速成形技术，又称快速原型制造技术，简称RPM31O3D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年头中期，即一种利用光固化和纸层叠等技术的快速成型装置。它与一般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，通过电脑限制把“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2O3D打印是“增材制造”的主要实现形式。“增材制造”的理念区分于传统的“去除型”制造。传统数限制造一般是在原材料基础上，运用切割、磨削、腐蚀、熔融等方法，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”与之迥然不同，无需原胚和模具，就能干脆依据计算机图形数据，通过增加材料的方法生成任何形态的物体，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。3D打印技术起源于20世纪80年头末的美国，发展至今已经取得极大的进步。随着技术的创新，3D打印技术渐渐深化各个应用领域，工业生产、商业、医学、建筑、艺术等领域都能看到3D打印技术的影子。3D打印技术会在各个领域中刮起一波新的革命，包括建筑行业。3D打1 3D技术发展史3D打印技术事实上是一系列快速原型成形技术的统称，其基本原理都是叠层制造，由快速原型机在X-Y孚西内通过扫描形式形成工件的截面形态，而在Z坐标间断地作层面厚度的位移，最终形成三维制件。从上个世纪80年头到今日，3D打印技术走过了一条漫长的发展之路wO1984年，CharlesHull独创了将数字资源打印成三维立体模型的技术，1986年，ChuckHull独创了立体光刻工艺，利用紫外线照耀将树脂凝固成形，以此来制造物体，并获得了专利。随后他离开了原来工作的UtraVioletProducts,起先成立一家名为3DSyStEMS的公司，专注发展3D打印技术，1988年，3DSystems起先生产第一台3D打印机S1.A-250,体型特别浩大。1988年，ScottCrump独创了另外一种3D打印技术一一热熔解积压成形(FDM),利用蜡、ABS、PC、尼龙等热塑性材料来制作物体，随后也成立了家名为StrataSyS的公司鼻。1989年，C.R.DeChard博士独创了选区激光烧结技术(S1.S),利用离强度激光将尼龙、蜡、ABS.金属和陶瓷等材料粉来烤结，直至成形。1993年，麻省理工高校教授EmanuaISachs创建7三维打印技术(3DP),将金属、陶瓷的粉末通过粘接剂粘在一起成形。1995年，麻省理工高校的毕业生JiInBredt和TimAnderson修改了喷墨打印机方案，变为把约束溶剂挤压到粉末床，而不是把墨水挤压在纸张上的方案，随后创立了现代的三维打印企业ZCorporationo1996年，3DSystems、Stratasys、ZCorporation分别推出了型号为Actua2100>GeniSys、2402的三款30打印讥产品，第一次运用了“3D打印机”的称谓。2005年，ZCrooOratiOn推出了世界上第一台离精度彩色3D打印机一SpeCTRum2510,同一年，英国巴恩高校的AdrianBOvyer发起了开源3D打日机项目RepRap,目标是通过3D打印机本身，能够制造出另一台3D打印机。2008年，第一个基于RepRap的30打印机发布,代号为aDarwinw叫它能够打印自身50%元件，体积仅一个箱子大小。2010年11月，第一台用巨型3D打印机打印出整个身躯的轿车出现，它的全部外部组件都由3D打印制作完成,包括用DimenSion3D打印机和由Stratasys公司数字生产服务项目RedEyeonDemand供应的Fortus3D成型系统制作完成的玻璃面板°2011年8月，世界上第一架3D打印飞机由英国南安营敦高校的工程师剑建完成。9月，维也纳科技高校开发了更小、更轻、更便宜的3D打印机，这个超小3D打印机重1.5kg,报价约1200欧元。2012年3月，维也纳高校的探讨人员宣布利用二光子平板印刷技术突破了3D打印的最小极限，展示了一辆长度不到0.3mm的赛车模型。7月，比利时的internationalUnivers时College1.euven的一个探讨组测试了一辆几乎完全由3D打印的小型赛车，其车速达到了140千米/小时。12月，美国分布式防卫组织胜利测试了3D打印的枪支弹夹加。从3D打印技术的发展史我们可以看出，随着3D打印技术的种类变多，3D打印机可打印的东西越来越多。而且，3D打印机的价格在不断下降，1999年3DSystems的S1.A7000要价80万美元，而CUbe要价仅1299美元。另外，虽然对于-一般用户和制造业来说，3D打印的大规模产业化时机还没有成熟，但我们也看到3D打印机起先向两极分化，除了百万元级的大型3D打印机之外，国内目前也出现了面对个人用户价格为数千元的3D打印机。2 3D技术的发呈现状3D打印技术应用领域正逐步拓展，市场空间广袤过去几年里，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，己成为现代模型、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，在工程和教学探讨等应用领域也占有了独特地位1。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.l%c,31o此外,在个人消费领域，3D打印技术让消费者在家里就能干脆制作出想要的衣服、首饰、装饰品、玩具、乐器、自行车甚至食品。犹如电脑从学院、试验室进入到家庭一样，3D打印技术也逐步变更全部人的生活。和任何其他技术类似，3D打印机快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5000-50000美元，而近期3DSystems和Autodesk推出了1500美元左右的个人用产品，最简洁的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旧存在时，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供应切实可行的制造解决方案之前，须要为材料供应力学性能数据的规范性标准，也须要更具体的由这些材料性能制成零部件的规范信息。在没有充分相识材料属性之前，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须要整合探讨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，但仍旧须要开发更多的材料。其中包括更好地理解已经运用的材料的加工-结构-属性之间关系，从而了解这些材料的局限性和优点”8测。此外，还须要开发质量测试程序和方法，以帮助扩展可用材料的种类。3 3D技术的优点三维打印技术的魅力在于它不须要在工厂操作，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，则须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，就能干脆从计算机图形数据中生成任何形态的零件，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；大幅削减了材料奢侈；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状况下，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，这就意味着它们会特别笨重，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，原材料只为生产所须要的产品”,借用三维打印技术，他的团队生产出的零件更加精细轻快。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%,并且同样坚实。4 3D技术的应用4.1 3D打印机3D打印技术最干脆的产物就是3D打印机。最早的3D打印机由恩里科迪尼(EnriCODini)的独创家所设计的，当时的打印机还比较粗糙。如今3D打印机己经比较普遍，便宜的售价不到2000元,能够打印制造各种各样的模型实物。3D打印机的优势在于产品多样化，效率高而成本比传统工艺低，制造困难物品不增加成本，无须组装，削减废弃副产品，材料无限组合，精确的实体复制。3D打印机是结合添加剂、制造技术和快速成形技术的一种机器。快速成形技术是在现代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。不同种类的快速成型系统因所用成形材料不同，成形原理和系统特点也各有不同。但是，其基本原理都是一样的，那就是分层制造，逐层叠加，类似于数学上的积分过程。形象地讲，快速成形系统就像是一台“立体打印机”,因此得名“3D打印机”。它以数字模型文件为基础，通过电脑协助设计技术(CAD)完成一系列数字切片，并将这些切片的信息传送到3D打印机上，运用一些金属、蜡、塑料等可粘合材料,采纳分层加工、迭加成形，即通过逐层增加材料来生成3D实体涧。简洁来说，比如要打印一个立体的苹果，就先要将苹果的大小形态等参数在设计软件中设计出来，或者用扫描仪把苹果的各参数扫描输入计算机，然后计算机会把苹果每一层截面的形态计算出来，然后在3D打印机里由下到上一层一层地把苹果薄片“叠”起来。(如图4.1)图4.13D打印机4.23D打印机种类3D打印机的种类繁多，主要依据成型技术来划分：立体光固化成型法S1.A。该方法主要采纳液态光敏树脂原料，通过3D设计软件设计出三维数字模型，利用离散程序将模型进行切片处理，设计扫描路径，按设计的扫描路径照耀到液态光敏树脂表面，分层扫描固化叠加成三维工件原型。选择性激光烧结法S1.S。该方法主要采纳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态的零件。对于金属粉末激光烧结，在烧结之前，整个工作台被加热至确定温度，可削减成型中的热变形，并利于层与层之间的结合。分层实体制造法1.OM,又称层叠法成形。该方法主要用片材（如纸片、塑料薄膜或复合材料）为原材料，激光切割系统依据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一层层地切割、粘合，最终成为三维工件。熔积成型法FDM。该方法主要采纳丝状材料（石蜡、金属、塑料、低熔点合金丝）作为原材料，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）,在计算机的限制下，喷头作-y两个维度的平面运动，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，这样逐层积累形成三维实体。生物绘图技术BiOPlotter。主要以细胞为原材料，复制一些简洁的生命体组织，例如皮肤、肌肉以及血管等，甚至在将来可以制造人体组织如肾脏、肝脏甚至心脏，用于进行器官移植。3D建筑打印机。下文中具体介绍。4 .3应用领域3D打印技术已经运用在医疗行业、科学探讨、产品原型、文物爱护、建筑设计、制造业、食品产业、汽车制造业和配饰制造等领域中，为这些领域带来革命性的变更。下面我就具体讲讲3D打印技术的应用。在工业中，3D打印机很难用于批量生产，因为对比于传统的工业生产技术还有确定的障碍，所以在工业中一般用于产品的开发研制，设计师可以把设计好的产品用3D打印机很快地制造出来，然后依据实际须要来接着下一步的研发，大大降低了研发的成本，还提升了研发速度。在医学中，3D打印机可以用来制造肌肉组织和特定的人体器官，通过打印人类胚胎干细胞生产3D结构，能造成更精确的人体组织模型，这对药物开发，毒性测试特别有用，为人类供应牢靠的药物而不必再用动物做药物测试，供应用于移植器官而无需捐献，并能消退器官排斥和免疫带来的问题。3D打印机还可以用于艺术雕塑品的制作，有些工艺设计品难以用传统工艺制造出来，而利用3D打印机，只需把作品的模型参数输入电脑,打印出来，而且还打破了材料的局限和工艺的限制，使得艺术品更具可观性。5 3D打印技术在建筑中的应用读土建类专业的我对建筑行业比较感爱好。我认为3D打印技术在一些领域中的应用已经达到了一个瓶颈，要想再接着发展很难，将3D打印技术应用到建筑中将是将来该技术的发展方向。最近国内有公司尝试将3D打印技术运用到建筑中（如图5-1）。上海，10幢3D打印建筑在上海张江高新青浦园区内正式交付运用，是首次打印出能够住人的房子，这些“打印”出来的建筑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，10幢小屋的建筑过程仅花费24小时（如图5.1）,用3D打印技术将房子干脆打印出来，这个新闻令不少人惊羡。整个打印过程形象来说3D打印房子的技术流程就是：用巨大3D打印吊机装置，喷头装着特殊的水泥，水泥从漏斗l三5.13D打印建筑喷嘴流出来，吊机上下左右限制喷嘴的运动，喷出水泥形成一层层的墙壁。就像早上刷牙挤牙膏一样，只不过须要往牙刷上挤出上千层的牙膏。其中还涉及材料技术和限制技术。利用这种建筑打印技术，可以在短时间内建立出多间标准的房子，而且不须要众多的建筑工人，很大程度避开了建筑的误差，而且能最大程度保留建筑设计师的想法，效率高，而且几乎没有建筑垃圾（要知道一个城市的建筑垃圾占了所以垃圾的三分之一）。利用3D打印技术建房子须要攻克很多技术难题，材料、结构、工具。万科老总王石就断言，将来3D打印房子会成为一个主流：“万科下一步打算做什么呢，我们要用3D打印机打印房子。三年之后万科的建研中心就会用3D打印机打印出一个房子，万科要集中资源，集中全球最优秀的资源，在中国广袤的城镇化进程中，做很多以前想不到的事情。目前3D打印建筑处于起步阶段，信任随着科技的发展和3D打印技术的成熟，将来将会在建筑界中刮起一股革命风暴，我们不须要人工一砖一瓦地建房子，只须要把数据录入电脑，一栋楼房就会屹立在我们面前。很多在如今无法建成的建筑结构，利用3D打印就可以一丝不差地做出来，解决一切建筑建立技术问题，使建筑设计和建立走向无限自由，完备地体现建筑设计师的设计。无建筑垃圾使建筑工程过程更加环保。当3D打印建房技术成熟后，建楼效率大大提高，成本大大降低，中国居高不下的房价确定会下降，更多人能买得起房。只不过到那时候很多人会失业，建筑工地中不会再有那么多建筑工人，又会引起一系列社会问题。但是科技总是要进步，人类总是要发展，社会也会进步，或许那时候人们不须要像今日一样成天疲于工作挣钱。53D打印技术将来运用前景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记之一”，这充分可以看出3D打印机将来不是要取代某一个制造业，而是要取代几乎全部的制造业。将来你想要什么，只需下载图纸,按一下打印“键，就可以去喝咖啡听音乐了，剩下的全部事，请统统交给打印机.。将来的3D打印我们可以做什么？或许我们的房屋不在是人工建立的而是用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须要购买，须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打印机的将来或将无所不能，只须要一个想法，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实行财税金融政策上主动支持、主动引导建立行业协会，激励研发，加强教化培训等措施，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书目。在财税金融政策上，激励企业投资、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。主动引导工业设计企业、3D数字化技术供应商、3D打印机及材料研发企业和机构、3D打印服务应用供应商组建产业联盟，利用有关学会、协会的平台加强研讨和沟通，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打印数据平安和产权爱护机制、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，重点推动数字化技术、软件限制、打印装置、材料技术等关键技术的研发。在研发扶持中，要留意建立公允、公正的研发绩效评估体系，激励各研发主体探究不同的技术路径。加强对3D打印产学研合作的支持，特殊对实施产业化的企业在市场销售、社会推广上赐予政策支持。加强教化培训，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，培育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、宣扬和推广。发展3D打印服务中心，推广3D打印技术应用，为发展3D打印产业积累应用阅历画。6结论3D打印技术是一种能够变更我们生活方式的一种技术，虽然这项技术已经被运用到人类社会的各个领域中，并取得了确定的成就，但是这项技术还在起步过程中，我信任3D打印技术还有更大的发展空间，特殊是在建筑方面。或许，将来将利用3D打印技术在火星上就地取材建立一个火星基地，还可以制作出各种生活用品。3D打印还有很长的道路要走，它的价值还没发挥到极致，当3D打印技术达到一个成熟的阶段，将会在人类的进程中刮起一波新的制造革命。参考文献：1(美)，胡迪利普森,(Hod1.ipson),梅尔色库曼，(MelbaKurman)著赛迪探讨院专家组译23D打印：从想象到现实3(美)，杰里米里夫金著张体伟，孙豫宁译第三次工业革命4(美)，彼得马什，(PeterMarsh)著赛迪探讨院专家组译新工业革命5PrintmeaStradivariusJ.Economist,2011-2-10.6TheprintedworldJ.Economist.2011-2-10.7WohlersAssociatesInc.WohlersReport2011R.2011.8GartnerInc,上海市科学学探讨所.新兴技术的炒作周期曲线R.2011.9古丽萍.蓄势待发的3D打印机及其发展J.数码印刷，2011,(10).10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，2008,11陈步庆，林柳兰，陆齐，等.三维打印技术及系统探讨J.机电一体化,2005,(4).11 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