d打印技術(shù)的由來(lái)學(xué)習(xí)教案

1、會(huì)計(jì)學(xué)1d打印打印(d yn)技術(shù)的由來(lái)技術(shù)的由來(lái)第一頁(yè)，共35頁(yè)。 3D打印技術(shù)(jsh)，即增材制造，是一種以數(shù)字三維模型文件為基礎(chǔ)，運(yùn)用高能束源或者熱熔等方式，將液體、粉末等特殊材料堆積黏結(jié)，最終疊加成型，直接構(gòu)造出實(shí)體的一種技術(shù)(jsh)。 增材制造-減材制造（普通）第1頁(yè)/共35頁(yè)第二頁(yè)，共35頁(yè)。第2頁(yè)/共35頁(yè)第三頁(yè)，共35頁(yè)。第3頁(yè)/共35頁(yè)第四頁(yè)，共35頁(yè)。第4頁(yè)/共35頁(yè)第五頁(yè)，共35頁(yè)。 3D 3D打印存在著許多不同的技術(shù)打印存在著許多不同的技術(shù)(jsh)(jsh)。它們的不同之處在于以可用的材料的方式，并。它們的不同之處在于以可用的材料的方式，并以不同層構(gòu)建創(chuàng)建部件。以

2、不同層構(gòu)建創(chuàng)建部件。3D3D打印常用材料有尼龍玻纖、耐用性尼龍材料、石膏材料、鋁材料、打印常用材料有尼龍玻纖、耐用性尼龍材料、石膏材料、鋁材料、鈦合金、不銹鋼、鍍銀、鍍金、橡膠類材料。鈦合金、不銹鋼、鍍銀、鍍金、橡膠類材料。第5頁(yè)/共35頁(yè)第六頁(yè)，共35頁(yè)。耐受一定溫度、化學(xué)腐蝕，還可抗菌和抗一定的應(yīng)力，主要用于制造概念模型、功能原型、零部件以及生產(chǎn)工具等。Stratasys斯特塔西 fortus900mc第6頁(yè)/共35頁(yè)第七頁(yè)，共35頁(yè)。主要分為三種：一種是由美國(guó)3D Systems公司開(kāi)發(fā)的立體光刻成型（SL）技術(shù)(jsh)。該技術(shù)(jsh)具有成型過(guò)程自動(dòng)化程度高、制作模型表面質(zhì)量好、尺

3、寸精度高等特點(diǎn)，但由于液態(tài)光敏聚合物的特性，要求SLA設(shè)備的工作環(huán)境較為苛刻。成型件多為樹(shù)脂類，強(qiáng)度、剛度及耐熱性有限，不利于長(zhǎng)時(shí)間保存。第7頁(yè)/共35頁(yè)第八頁(yè)，共35頁(yè)。地完成模型制造。3D Systems SLAObjet PolyJetEnvision Tec Ultra3D第8頁(yè)/共35頁(yè)第九頁(yè)，共35頁(yè)。維數(shù)據(jù)；其二是制造過(guò)程，依據(jù)分層的二維數(shù)據(jù)，采用所選定的制造工藝方法制作與數(shù)據(jù)分層厚度相同的層片，將層片按順序疊加起來(lái)，構(gòu)成了最終的三維實(shí)體，實(shí)現(xiàn)從二維層片到三維實(shí)體的過(guò)程。3D打印技術(shù)制作(zhzu)的鋼鐵俠手掌第9頁(yè)/共35頁(yè)第十頁(yè)，共35頁(yè)。率先將 3D 打印 納入發(fā)展工作計(jì)劃

4、之中，自此在全球迅速形成(xngchng)了 3D 打印技術(shù)熱潮，3D 打印技術(shù) 的發(fā)展實(shí)現(xiàn)了質(zhì)的飛躍。因而，2012 年可稱為“3D 打印元年”。第10頁(yè)/共35頁(yè)第十一頁(yè)，共35頁(yè)。第11頁(yè)/共35頁(yè)第十二頁(yè)，共35頁(yè)。就傳統(tǒng)(chuntng)制造而言，物體形狀越復(fù)雜，制造成本越高。對(duì)3D打印機(jī)而言，制造一個(gè)華麗的形狀復(fù)雜的物品并不比打印一個(gè)簡(jiǎn)單的方塊消耗更多的時(shí)間、技能或成本。優(yōu)勢(shì)優(yōu)勢(shì)1 1：制造復(fù)雜：制造復(fù)雜(fz)(fz)物品不增加成本物品不增加成本1.3.1 3D打印的優(yōu)勢(shì)打印的優(yōu)勢(shì)-傳統(tǒng)制造業(yè)無(wú)法企及傳統(tǒng)制造業(yè)無(wú)法企及第12頁(yè)/共35頁(yè)第十三頁(yè)，共35頁(yè)。優(yōu)勢(shì)優(yōu)勢(shì)(yush)2(

5、yush)2：產(chǎn)品多樣化不增：產(chǎn)品多樣化不增加成本加成本一臺(tái)3D打印機(jī)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(shè)備功能(gngnng)較少，做出的形狀種類有限。3D打印省去了培訓(xùn)機(jī)械師或購(gòu)置新設(shè)備的成本，一臺(tái)3D打印機(jī)只需要不同的數(shù)字設(shè)計(jì)藍(lán)圖和一批新的原材料。第13頁(yè)/共35頁(yè)第十四頁(yè)，共35頁(yè)。優(yōu)勢(shì)優(yōu)勢(shì)3 3：一次成型，無(wú)須：一次成型，無(wú)須(wx)(wx)組裝組裝傳統(tǒng)的大規(guī)模生產(chǎn)建立在組裝線基礎(chǔ)上，產(chǎn)品組成部件越多，組裝耗費(fèi)的時(shí)間和成本就越多。3D打印(d yn)機(jī)通過(guò)分層制造可以同時(shí)打印(d yn)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(yīng)鏈，節(jié)

6、省在勞動(dòng)力和運(yùn)輸方面的花費(fèi)。供應(yīng)鏈越短，污染也越少。第14頁(yè)/共35頁(yè)第十五頁(yè)，共35頁(yè)。與傳統(tǒng)制造模式相比，3D打印能在短時(shí)間內(nèi)快速的完成用戶需求的小批量定制化物件，降低新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)研制的成本(chngbn)和投資風(fēng)險(xiǎn)，縮短新產(chǎn)品研制和投放市場(chǎng)的周期，同時(shí)也減少了運(yùn)輸和庫(kù)存的成本(chngbn)。優(yōu)勢(shì)優(yōu)勢(shì)4 4：零時(shí)間：零時(shí)間(shjin)(shjin)交付，交付，快速制造快速制造第15頁(yè)/共35頁(yè)第十六頁(yè)，共35頁(yè)。優(yōu)勢(shì)優(yōu)勢(shì)5 5：設(shè)計(jì)：設(shè)計(jì)(shj)(shj)空間無(wú)限空間無(wú)限傳統(tǒng)制造(zhzo)技術(shù)和工匠制造(zhzo)的產(chǎn)品形狀有限，制造(zhzo)形狀的能力受制于所使用的工具。例如，傳

7、統(tǒng)的木制車床只能制造(zhzo)圓形物品，軋機(jī)只能加工用銑刀組裝的部件，制模機(jī)僅能制造(zhzo)模鑄形狀。3D打印機(jī)可以突破這些局限，開(kāi)辟巨大的設(shè)計(jì)空間，甚至可以制作目前可能只存在于自然界的形狀。第16頁(yè)/共35頁(yè)第十七頁(yè)，共35頁(yè)。優(yōu)勢(shì)優(yōu)勢(shì)6 6：零技能：零技能(jnng)(jnng)制造制造傳統(tǒng)工匠需要當(dāng)幾年學(xué)徒才能掌握所需要的技能(jnng)，傳統(tǒng)的制造機(jī)器仍然需要熟練的專業(yè)人員進(jìn)行機(jī)器調(diào)整和校準(zhǔn)。3D打印機(jī)做同樣復(fù)雜的物品，3D打印機(jī)所需要的操作技能(jnng)甚至比注塑機(jī)更少。第17頁(yè)/共35頁(yè)第十八頁(yè)，共35頁(yè)。優(yōu)勢(shì)優(yōu)勢(shì)7 7：不占空間：不占空間(kngjin)(kngjin)、

8、便攜制、便攜制造造就單位生產(chǎn)(shngchn)空間而言，與傳統(tǒng)制造機(jī)器相比，3D打印機(jī)的制造能力更強(qiáng)。同時(shí)，所需的物理空間也更小。第18頁(yè)/共35頁(yè)第十九頁(yè)，共35頁(yè)。優(yōu)勢(shì)優(yōu)勢(shì)8 8：減少：減少(jinsho)(jinsho)廢棄副產(chǎn)品廢棄副產(chǎn)品與傳統(tǒng)的金屬(jnsh)制造技術(shù)相比，3D打印機(jī)制造金屬(jnsh)時(shí)產(chǎn)生較少的副產(chǎn)品。傳統(tǒng)金屬(jnsh)加工的浪費(fèi)量驚人，大量金屬(jnsh)原材料被丟棄在工廠車間里。3D打印制造金屬(jnsh)時(shí)浪費(fèi)量減少。隨著打印材料的進(jìn)步，“凈成形”制造可能成為更環(huán)保的加工方式。第19頁(yè)/共35頁(yè)第二十頁(yè)，共35頁(yè)。優(yōu)勢(shì)優(yōu)勢(shì)(yush)9(yush)9：材料

9、無(wú)限組合：材料無(wú)限組合對(duì)當(dāng)今的加工制造(zhzo)機(jī)器而言，將不同原材料結(jié)合成單一產(chǎn)品是件難事，因?yàn)閭鹘y(tǒng)的制造(zhzo)機(jī)器在切割或模具成型過(guò)程中不能輕易地將多種原材料融合在一起。隨著多材料3D打印技術(shù)的發(fā)展，我們有能力將不同原材料融合在一個(gè)產(chǎn)品中。第20頁(yè)/共35頁(yè)第二十一頁(yè)，共35頁(yè)。優(yōu)勢(shì)優(yōu)勢(shì)1010：精確的實(shí)體：精確的實(shí)體(sht)(sht)復(fù)制復(fù)制三維掃描技術(shù)與3D打印技術(shù)的結(jié)合，共同提高了實(shí)體世界與數(shù)字世界之間的形態(tài)轉(zhuǎn)換和分辨率，我們可以掃描、編輯和復(fù)制實(shí)體對(duì)象，創(chuàng)建精確(jngqu)的副本或優(yōu)化原件。第21頁(yè)/共35頁(yè)第二十二頁(yè)，共35頁(yè)。1 1：材料：材料(cilio)(cil

10、io)的限制的限制1.3.2 3D打印的挑戰(zhàn)及產(chǎn)業(yè)發(fā)展打印的挑戰(zhàn)及產(chǎn)業(yè)發(fā)展(fzhn)瓶頸瓶頸 材料瓶頸已經(jīng)成為限制3D打印發(fā)展的首要問(wèn)題。因?yàn)槲磥?lái)3D打印的真正發(fā)展將在高端領(lǐng)域即工業(yè)應(yīng)用,而目前高端打印材料的發(fā)展尚無(wú)法滿足3D打印技術(shù)發(fā)展的需要。第22頁(yè)/共35頁(yè)第二十三頁(yè)，共35頁(yè)。1 1：材料：材料(cilio)(cilio)的限制的限制 理論上來(lái)說(shuō),所有的材料都可以用于3D打印,但目前主要以石膏、光敏樹(shù)脂、塑料為主,這很難滿足大眾用戶的需求。 工業(yè)級(jí)的3D打印材料更是十分有限,目前適用的金屬材料只有10余種,而且只有專用的金屬粉末材料才能滿足金屬零件的打印需要(xyo)。 需要(xyo

11、)用到金屬粉末材料的3D打印為工業(yè)級(jí)打印機(jī),即選擇性激光燒結(jié)(SLS)和選擇性激光熔化(SLM)技術(shù)。 “目前在工業(yè)級(jí)打印材料方面存在的問(wèn)題主要是,第一,可適用的材料成熟度跟不上3D市場(chǎng)的發(fā)展;第二,打印流暢性不足;第三,材料強(qiáng)度不夠;第四,材料對(duì)人體的安全性與對(duì)環(huán)境的友好性的矛盾;第五是材料標(biāo)準(zhǔn)化及系列化規(guī)范的制定。 3D打印對(duì)粉末材料的粒度分布、松裝密度、氧含量、流動(dòng)性等性能要求很高。但目前還沒(méi)有形成一個(gè)行業(yè)性的標(biāo)準(zhǔn),因此在材料特性的選擇上前期要花很長(zhǎng)的時(shí)間。第23頁(yè)/共35頁(yè)第二十四頁(yè)，共35頁(yè)。2 2：機(jī)器：機(jī)器(j q)(j q)的限制的限制3D打印要成為主流技術(shù)，它對(duì)機(jī)器的材料和功

12、能要求都不會(huì)低。目前很多形狀都可以被打印出來(lái)，但是要保證成品的精度、還原度，就對(duì)機(jī)器提出了很高的要求。特別是多材料、多功能、高精度的3D打印設(shè)備要進(jìn)入(jnr)普通家庭還是有很長(zhǎng)的路要走。第24頁(yè)/共35頁(yè)第二十五頁(yè)，共35頁(yè)。3 3：知識(shí)產(chǎn)權(quán)：知識(shí)產(chǎn)權(quán)(zh sh chn qun)(zh sh chn qun)的的憂慮憂慮 多個(gè)行業(yè)可能會(huì)感到3D打印以及它可能繞過(guò)知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)而構(gòu)成的威脅。盡管相關(guān)法律問(wèn)題十分復(fù)雜難纏，但這也難以阻止一些公司，比如汽車零部件行業(yè)（每年產(chǎn)值(chnzh)為1400億美元）通過(guò)法律渠道保護(hù)自己的利益，從而讓3D打印技術(shù)或其應(yīng)用長(zhǎng)期寸步難行。相比知識(shí)產(chǎn)權(quán)盜用而言，還

13、有些問(wèn)題層次更深。擔(dān)保、設(shè)計(jì)授權(quán)、相關(guān)責(zé)任從法律觀點(diǎn)看，相關(guān)問(wèn)題還遠(yuǎn)不止于這些。 3D打印涉及的領(lǐng)域非常廣泛，因此這個(gè)行業(yè)暫時(shí)不需要考慮太多的監(jiān)管問(wèn)題。即使要通過(guò)某項(xiàng)監(jiān)管措施，那也會(huì)是針對(duì)某種應(yīng)用（比如打印武器）而非技術(shù)本身。但這并不意味著訴訟及其他法律問(wèn)題完全不會(huì)阻礙3D打印加速發(fā)展的腳步。第25頁(yè)/共35頁(yè)第二十六頁(yè)，共35頁(yè)。4 4：道德：道德(dod)(dod)的挑戰(zhàn)的挑戰(zhàn) 1999年，世界上第一個(gè)實(shí)驗(yàn)室培養(yǎng)的器官植入人體，一個(gè)年輕人接受了用3D合成的膀胱。這項(xiàng)技術(shù)開(kāi)啟了再生器官的探索之路。這些器官用患者自己(zj)的細(xì)胞制成，基本沒(méi)有排斥反應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)。 2009年，用器官打印技術(shù)和一臺(tái)

14、3D生物打印機(jī)，打印出第一條血管。 相信我們?cè)诓痪玫膶?lái)會(huì)遇到極大的道德挑戰(zhàn)。第26頁(yè)/共35頁(yè)第二十七頁(yè)，共35頁(yè)。5 5：費(fèi)用：費(fèi)用(fi yong)(fi yong)的承擔(dān)的承擔(dān) 大多數(shù)桌面級(jí)3D打印機(jī)的售價(jià)在1萬(wàn)元人民幣以上，一些國(guó)內(nèi)的仿制品價(jià)格(jig)可以低到3000元。但是國(guó)產(chǎn)的3D打印機(jī)雖然價(jià)格(jig)低，但質(zhì)量很難保障。普通PLA耗材價(jià)格(jig)為50-100元/KG。 對(duì)于桌面級(jí)3D打印機(jī)來(lái)說(shuō)，由于僅能打印塑料產(chǎn)品，因此使用范圍非常有限，而且對(duì)于家庭用戶來(lái)說(shuō)，3D打印機(jī)的使用成本仍然很高。因?yàn)樵诖蛴∫粋€(gè)物品之前，人們必須會(huì)懂得3D建模，然后將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成3D打印機(jī)能夠讀取

15、的格式，最后再進(jìn)行打印。第27頁(yè)/共35頁(yè)第二十八頁(yè)，共35頁(yè)。 自20世紀(jì)90年代以來(lái)，國(guó)內(nèi)多所高校開(kāi)展了3D打印技術(shù)的自主研發(fā)。清華大學(xué)在現(xiàn)代成型學(xué)理論、分層實(shí)體制造、FDM工藝等方面都有一定的科研優(yōu)勢(shì)；華中科技大學(xué)在分層實(shí)體制造工藝方面有優(yōu)勢(shì)，并已推出了HRP系列成型機(jī)和成型材料；西安交通大學(xué)自主研制了三維打印機(jī)噴頭，并開(kāi)發(fā)了光固化成型系統(tǒng)及相應(yīng)成型材料，成型精度達(dá)到0.2mm；中國(guó)科技大學(xué)自行研制了八噴頭組合噴射裝置，有望在微制造、光電器件領(lǐng)域得到應(yīng)用。但總體而言，國(guó)內(nèi)3D打印技術(shù)研發(fā)水平與國(guó)外相比還有較大差距。 2014年國(guó)家增材制造發(fā)展推進(jìn)計(jì)劃（2014-2020年）已初步制定完成

16、，推進(jìn)計(jì)劃對(duì)3D打印的發(fā)展目標(biāo)(mbio)、政策保障及未來(lái)發(fā)展方向做出了明確闡述，為我國(guó)3D產(chǎn)業(yè)的發(fā)展致命了方向。第28頁(yè)/共35頁(yè)第二十九頁(yè)，共35頁(yè)。 近年來(lái)，國(guó)內(nèi)如深圳維示泰克、南京紫金立德、北京殷華、江蘇敦超等企業(yè)已實(shí)現(xiàn)了3D打印機(jī)的整機(jī)生產(chǎn)和銷售(xioshu)。國(guó)內(nèi)與國(guó)外行業(yè)的差異在于，中國(guó)的市場(chǎng)潛力巨大，世界第一，但是創(chuàng)新和科技實(shí)力弱，材料、信息技術(shù)、理念這些不利于3D打印的上游技術(shù)發(fā)展。3D打印發(fā)展，工業(yè)、消費(fèi)品并重，短期來(lái)看，工業(yè)市場(chǎng)更吸引人。 專家方面，清華大學(xué)的顏永年，華科大的史玉升，西交大的盧秉恒，北航的王華明，湖南華曙的許小曙，技術(shù)路徑不一樣，排名沒(méi)有價(jià)值。目前王華明

17、、顏永年參與了上市公司產(chǎn)業(yè)化，華科大曾經(jīng)有深圳創(chuàng)投介入，西交大資本化較弱.應(yīng)該說(shuō)清華、北航、湖南、武漢的應(yīng)用技術(shù)和方向不一樣，互不分伯仲湖南的 CTO 研究焊接和材料出生出身，這方面有優(yōu)勢(shì)。逼近制造業(yè)、替換傳統(tǒng)的鑄造和模具生產(chǎn)的技術(shù)，還是在北航、武漢。第29頁(yè)/共35頁(yè)第三十頁(yè)，共35頁(yè)。 1）清華大學(xué)顏永年團(tuán)隊(duì) “中國(guó) 3D 打印第一人”顏永年領(lǐng)導(dǎo)(ln do)的的激光快速成形中心率先在國(guó)內(nèi)進(jìn)行了快速原型制造（RPM）技術(shù)的研究，并完成多種功能先進(jìn)的RP設(shè)備以及有關(guān)的軟硬件的開(kāi)發(fā)與研究，在世界RP領(lǐng)域上占有一定的地位，還進(jìn)行了大量由RP向快速工具RT（RapidTooling）制造技術(shù)轉(zhuǎn)化的

18、研究。迄今為止，完成了5臺(tái)套世界級(jí)重型液壓機(jī)設(shè)計(jì)，包括：中國(guó)最大的換熱器板片成形壓機(jī)-4萬(wàn)噸板料成型壓機(jī)（廣州）、世界最大的重型厚壁鋼管垂直擠壓機(jī)-3.6萬(wàn)噸垂直鋼管擠壓機(jī)（包頭）、我國(guó)最大的精密航空模鍛液壓機(jī)4萬(wàn)噸航空精密模鍛壓機(jī)（西安）、遠(yuǎn)東地區(qū)最大的具有擠壓功能的模鍛液壓機(jī)-3萬(wàn)噸核電精密模鍛壓機(jī)（昆山）。 第30頁(yè)/共35頁(yè)第三十一頁(yè)，共35頁(yè)。 2003年，科達(dá)機(jī)電與顏永年共同投資設(shè)立佛山市科達(dá)機(jī)電科技開(kāi)發(fā)有限公司，當(dāng)時(shí)為世界(shji)壓機(jī)業(yè)界之最。2012年，顏永年注資成立江蘇永年激光成形技術(shù)有限公司。2013年，南通鍛壓的“永年重型鍛壓設(shè)備設(shè)計(jì)研究院”正式揭牌，同年，海源機(jī)械公告正式承認(rèn)聯(lián)手昆山永年先進(jìn)制造技術(shù)有限公司，參與建立“3D 打印制造實(shí)驗(yàn)室”。2017年與廣西城市職業(yè)學(xué)院簽署了3D打印合作協(xié)議。 第31頁(yè)/共35頁(yè)第三十二頁(yè)，共35頁(yè)。 2）華中科技大學(xué)史玉升團(tuán)隊(duì) 華中科大致力于LOM、SL技術(shù)研究，團(tuán)隊(duì)長(zhǎng)期從事快速制造（3D 打?。⑿滦娃r(nóng)業(yè)節(jié)水產(chǎn)品開(kāi)發(fā)等方面的研究。2011年，史玉升教授牽頭研發(fā)的世界(shji)最大激光快速制造裝備（3D 打印機(jī)）曾入選“2011年中國(guó)十大科技進(jìn)展新聞”。 3）西安交大盧秉恒團(tuán)隊(duì) 盧秉恒被視為國(guó)內(nèi)3D打印業(yè)的另一先驅(qū)人物。他所帶領(lǐng)的團(tuán)隊(duì)致力于研究