關于3D打印技術研究課題的策劃報告

1、.3d打印技術研究課題策劃報告參與人員： 一、課題表述精品.3d打印機這個名稱是近年該產品來針對民用市場而出現的一個新詞，其實在專業(yè)領域他有另一個名稱“快速成形技術”，即利用三維cad的數據，用激光熔融的方法將材料逐層堆積得到實體原型。3d打印技術是快速成型技術的一種，它是一種以數字模型文件為基礎，運用粉末狀金屬或塑料等可粘合材料，通過逐層打印的方式來構造物體的技術。該技術在珠寶、鞋類、工業(yè)設計、建筑、工程和施工（aec）、汽車，航空航天、牙科和醫(yī)療產業(yè)、教育等方面均得到了廣泛運用。二、研究目的和意義全球工業(yè)正在經歷第三次工業(yè)革命，與以往不同，本次革命對制造業(yè)的發(fā)展也會帶來巨大影響，其中一類最

2、重要的新技術就是快速成型技術。今天的3d技術，主要特指基于電腦和互聯(lián)網的數字化立體技術，是利用光固化和紙層疊等技術的快速成型裝置，把計算機上的藍圖變成實物，在成本、速度和精確度上都遠勝于傳統(tǒng)制造技術，其工作原理是將一項設計物品轉化為3d數據，然后采用分層加工、疊加成形，即通過逐層增加材料來“打印”成3d實體。與傳統(tǒng)的材料加工技術完全不同，3d打印具有仿真性強、速度快，價格便宜，高易用性等優(yōu)點，是對傳統(tǒng)制造業(yè)的顛覆性變革。有人甚至將3d打印機看成是第三次工業(yè)革命的影子，與蒸汽機和電力相提并論。從消費市場來說，傳統(tǒng)的大批量制造生產幾乎能提供任何人們最基本的吃穿住行玩等消費產品，但是這些產品都是標準

3、化的，千篇一律，手工生產的個性化產品雖然地道，品質精良，內涵豐富，但耗時巨大。而3d打印技術既可滿足人們越來越苛刻的對個性化產品的追求欲，還可大大提高生產效率。從人力成本來說，一個技術工人可看管數臺3d打印機，就像紡織工人看管織布機一樣，而勞動效率卻有數倍甚至數十倍的提高。正因為如此，美國政府捷足先登，將3d打印攬入懷中，試圖成為新一輪工業(yè)革命的領導者，繼續(xù)占據全球工業(yè)的制高點。鑒于這一技術的現有的發(fā)展成果及其廣闊的發(fā)展前景，我們確立了我們的課題，即針對這一技術做出相對較為深入的研究，通過對這一技術的了解，學習掌握相關知識。我們試圖通過對3d打印技術的研究，全方位的認識，理解這種技術。初步掌握

4、與3d打印有關的理論知識。在這個基礎上，我們可以對比國內外的研究成果，指出國內3d打印研究的不足并提出建議，預測3d打印技術的未來發(fā)展方向。三、國內外研究成果醫(yī)療行業(yè)一位83歲的老人由于患有慢性的骨頭感染，因此換上了由3d打印機“打印”出來的下顎骨，這是世界上首位使用3d打印產品做人體骨骼的案例。文物行業(yè)美國德雷賽爾的研究人員通過對化石進行3d掃描，利用3d打印技術做出了適合研究的3d模型，不但保留了原化石所有的外在特征，同時還做了比例縮減，更適合研究。建筑設計在建筑業(yè)里，工程師和設計師們已經接受了用3d打印機打印的建筑模型，這種方法快速、成本低、環(huán)保，同時制作精美。完全合乎設計者的要求，同時

5、又能節(jié)省大量材料。制造業(yè)精品.微軟的3d模型打印車間，在產品設計出來之后，通過3d打印機打印出來模型，能夠讓設計制造部門更好的改良產品，打造出更出色的產品。食品產業(yè)研究人員已經開 始嘗試打印巧克力了?；蛟S在不久的將來，很多看起來一模一樣的食品就是用食品3d打印機“打印”出來的。四、優(yōu)勢劣勢作為一種新興的制造技術，3d打印技術有著其他任何制造技術無法媲美的優(yōu)勢，以下只列舉其中幾條：優(yōu)勢1：制造復雜物品不增加成本就傳統(tǒng)制造而言，物體形狀越復雜，制造成本越高。對3d打印機而言，制造形狀復雜的物品成本不增加，制造一個華麗的形狀復雜的物品并不比打印一個簡單的方塊消耗更多的時間、技能或成本。制造復雜物品而

6、不增加成本將打破傳統(tǒng)的定價模式，并改變我們計算制造成本的方式。優(yōu)勢2：產品多樣化不增加成本一臺3d打印機可以打印許多形狀，它可以像工匠一樣每次都做出不同形狀的物品。傳統(tǒng)的制造設備功能較少，做出的形狀種類有限。3d打印省去了培訓機械師或購置新設備的成本，一臺3d打印機只需要不同的數字設計藍圖和一批新的原材料。優(yōu)勢3：無須組裝3d打印能使部件一體化成型。傳統(tǒng)的大規(guī)模生產建立在組裝線基礎上，在現代工廠，機器生產出相同的零部件，然后由機器人或工人（甚至跨洲）組裝。產品組成部件越多，組裝耗費的時間和成本就越多。3d打印機通過分層制造可以同時打印一扇門及上面的配套鉸鏈，不需要組裝。省略組裝就縮短了供應鏈，

7、節(jié)省在勞動力和運輸方面的花費。供應鏈越短，污染也越少。優(yōu)勢4：零時間交付3d打印機可以按需打印。即時生產減少了企業(yè)的實物庫存，企業(yè)可以根據客戶訂單使用3d打印機制造出特別的或定制的產品滿足客戶需求，所以新的商業(yè)模式將成為可能。如果人們所需的物品按需就近生產，零時間交付式生產能最大限度地減少長途運輸的成本。優(yōu)勢5：減少廢棄副產品與傳統(tǒng)的金屬制造技術相比，3d打印機制造金屬時產生較少的副產品。傳統(tǒng)金屬加工的浪費量驚人，90的金屬原材料被丟棄在工廠車間里。3d打印制造金屬時浪費量減少。隨著打印材料的進步，“凈成形”制造可能成為更環(huán)保的加工方式。當然，作為一種尚不成熟的技術，3d打印技術也不可避免得存

8、在著諸多弊端：劣勢1：材料的限制雖然高端工業(yè)印刷可以實現塑料、某些金屬或者陶瓷打印， 但無法實現打印的材料都是比較昂貴和稀缺的。另外，打印機也還沒有達到成熟的水平，無法支持我們在日常生活中所接觸到的各種各樣的材料。:研究者們在多材料打印上已經取得了一定的進展，但除非這些進展達到成熟并有效，否則材料依然會是3d打印的一大障礙。劣勢2：機器的限制3d打印技術在重建物體的幾何形狀和機能上已經獲得了一定的水平，幾乎任何靜態(tài)的形狀都可以被打印出來，但是那些運動的物體和它們的清晰度就難 以實現了。這個困難對于制造商來說也許是可以解決的，但是3d打印技術想要進入普通家庭，精品.每個人都能隨意打印想要的東西，

9、那么機器的限制就必須得到解決才行。劣勢3：知識產權的憂慮在過去的幾十年里，音樂、電影和電視產業(yè)中對知識產權的關注變得越來越多。3d打印技術也會涉及到這一問題，因為現實中的很多東西都會得到更 加廣泛的傳播。人們可以隨意復制任何東西，并且數量不限。如何制定3d打印的法律法規(guī)用來保護知識產權，也是我們面臨的問題之一，否則就會出現泛濫的現象。劣勢4：道德的挑戰(zhàn)道德是底線。什么樣的東西會違反道德規(guī)律是很難界定的，如果有人打印出生物器官和活體組織，在不久的將來會遇到極大的道德挑戰(zhàn)。劣勢5：花費的承擔3d打印技術需要承擔的花費是高昂的。第一臺3d打印機的售價為1萬5。如果想要普及到大眾，降價是必須的，但又會

10、與成本形成沖突。五、技術原理3d打印技術（即快速成型技術）的基本原理簡而言之即是分層制造，逐層疊加， 類似于數學上的積分過程，其層數需要根據打印機的技術指標它所支持的“層厚”來決定。形象地講，快速成形系統(tǒng)就像是一臺立體打印機，因此得名“3d打印機”。每一層的打印過程分為兩步，首先在需要成型的區(qū)域噴灑一層特殊膠水，膠水液滴本身很小，且不易擴散。然后是噴灑一層均勻的粉末，粉末遇到膠水會迅速固化黏結，而沒有膠水的區(qū)域仍保持松散狀態(tài)。這樣在一層膠水一層粉末的交替下，實體模型將會被“打印”成型，打印完畢后只要掃除松散的粉末即可“刨”出模型，而剩余粉末還可循環(huán)利用。打印耗材由傳統(tǒng)的墨水、紙張轉變?yōu)槟z水、粉

11、末，當然膠水和粉末都是經過處理的特殊材料，不僅對固化反應速度有要求，對于模型強度以及“打印”分辨率都有直接影響。目前的3d打印技術能夠實現600dpi分辨率，每層厚度只有0.01毫米，即使模型表面有文字或圖片也能夠清晰打印。當然受到噴印原理的限制，打印速度勢必不會很快，目前較先進的產品可以實現每小時25毫米高度的垂直速率，相比早期產品有10倍提升，而且可以利用有色膠水實現彩色打印，色彩深度高達24位。下面舉例說明3d打印原理（以蘋果為例）1.使用cad或其他電腦程序設計一個蘋果2.電腦被告知蘋果的尺寸，形狀，材料，進行定制3.電腦發(fā)送信息發(fā)給一臺可以使用塑料和橡膠類原材料的3d打印機4.系統(tǒng)控

12、制激光器（或噴嘴）在第一層截面圖的范圍燒結液體原料5.一臺紫外線照射燈打開，把液體干燥成固體，這些固體是蘋果的第一層（即最底層）6.放置第一層的打印機托盤下降7.第二層液體被放置在第一層上，讓它凝固8.這個過程一再重復，直到蘋果完全形成六、研究計劃 （計劃結題時間4-6個月 自本周至明年5月結題）精品.第一階段（2013.12.1-2013.12.5） 討論確定研究課題并制定研究計劃第二階段（2013.12.9-2013.12.31） 以對3d打印機的研究為契機，了解相關的邊緣知識。主要包括通過查閱有關書籍及借助網絡對過去的普通打印機的原理的學習。了解噴墨打印機的壓電噴墨技術和熱噴墨技術以及激

13、光打印機的激光打印機的核心技術即電子成像技術。并進行組內交流討論第三階段（2014.1.18-2014.2.28）第一部分：深入了解3d打印機的相關知識，針對目前所存在的3d打印機的六種工藝（包括sla工藝：光固化/立體光刻 fdm工藝：熔融沉積成形 sls工藝：選擇性激光燒結 lom工藝：分層實體制造 3dp工藝：三維印刷 pcm工藝：無木模鑄造）進行初步了解要求組員做出相關記錄及學習結果，并準備組內答辯 第二部分：要求每個組員自學cad的相關使用方法，為后續(xù)制作cad模型進行初步準備。要求掌握平面繪圖、三維繪圖、繪圖輔助工具、編輯圖形、標注尺寸、書寫文字、圖層管理等多項cad基本功能第四階段（2014.3.1-2014.3.18）