3D打印技術(shù)專業(yè)建設(shè)方案設(shè)計60萬

1、實用標準文檔3D打印技術(shù)方向籌建方案一、背景3D打?。▽W術(shù)上稱增材制造、快速成形、快速制造等）技術(shù)高度融合數(shù)字 化設(shè)計與數(shù)字化制造，是一項被看作有望引領(lǐng)“第三次工業(yè)革命”的先進制造技 術(shù)。該技術(shù)改變了傳統(tǒng)制造工藝對材料的利用方式，特別適合用于航空航天、武器裝備、創(chuàng)意產(chǎn)品開發(fā)階段的復雜結(jié)構(gòu)的快速驗證，在縮短開發(fā)周期和降低成本 方面優(yōu)勢明顯，是實現(xiàn)自主創(chuàng)新的有力技術(shù)手段。美國等西方發(fā)達國家非常重視此技術(shù)，2012年3月9日美國總統(tǒng)奧巴馬將 3D打印制造技術(shù)列為美國15個制造業(yè)創(chuàng)新中心之一，并作為首個樣板示范中心 于2012年8月16日成立，奧巴馬總統(tǒng)親自出席了剪彩儀式。我國亦不例外，如 北京、西安

2、、上海、江蘇、廣東、山東、四川、安徽、黑龍江等省市已或準備投 入人力和物力加大3D打印技術(shù)的研發(fā)與產(chǎn)業(yè)化。我國是制造大國，但還不是制造強國。大部分制造領(lǐng)域依靠低成本人力與國 外同行抗爭，必須尋找持續(xù)發(fā)展的技術(shù)制高點。因此，我國已經(jīng)從國家層面制定了 3D打印的技術(shù)發(fā)展路線圖，相關(guān)專項也將陸續(xù)實施，正面臨快速發(fā)展的大好 時機！在這種大的背景下，在學校建立3D打印技術(shù)方向或?qū)W科，培養(yǎng)3D打印技 術(shù)相關(guān)的人才是大勢所趨。1、3D打印的原理和優(yōu)勢3D打印技術(shù)是近30年來全球先進制造領(lǐng)域興起的一項集光/機/電、計算機 及新材料等學科于一體的先進制造技術(shù)。與切削等材料“去除法”不同，該技術(shù) 通過將粉末、液體

3、及片狀等離散材料逐層堆積，“自然生長”成三維實體。與其他制造技術(shù)相比，3D打印技術(shù)具有如下突出優(yōu)點：3D打印是傳統(tǒng)制造工藝的深刻變革。 理論上，只要在計算機上設(shè)計出 結(jié)構(gòu)模型，就可以在無需刀具、模具及復雜工藝條件下快速地將“設(shè)計”變?yōu)椤皩?物”。不但在節(jié)省材料方面具有突出優(yōu)勢，還可加工傳統(tǒng)方法難加工甚至是無法 加工的復雜結(jié)構(gòu)，特別適合于航空航天發(fā)動機空心葉片（圖1a）、隨形冷卻模具（圖1b）及個性化骨骼植入體（圖1c）等批量小、結(jié)構(gòu)復雜零件的快速制造， 符合現(xiàn)代和未來制造業(yè)的發(fā)展趨勢。文案大全實用標準文檔(a)(b)(c)圖1復雜結(jié)構(gòu)零件：(a)空心葉片；(b)具有內(nèi)部隨形冷卻水道的模具;(c

4、)個性化結(jié)構(gòu)鈦合金骨骼植入體3D打印是制造技術(shù)的重大飛躍。 相比機加工、鑄鍛焊等傳統(tǒng)工藝，3D 打印是一種新興的高科技技術(shù)，綜合應(yīng)用了 CAD/CAM激光、光化學以及材料科 學等諸多技術(shù)。由于簡化或省略了工藝準備、試驗等環(huán)節(jié)，產(chǎn)品數(shù)字化設(shè)計、制 造、分析高度一體化，顯著縮短新產(chǎn)品開發(fā)定型周期，降低成本，實現(xiàn)“今日完 成設(shè)計，明天得到成品”。止匕外，3D打印突破了結(jié)構(gòu)幾何約束，能夠制造出傳 統(tǒng)方法無法加工的非常規(guī)結(jié)構(gòu)特征，這種工藝能力對于實現(xiàn)零部件輕量化、優(yōu)化 性能有極其重要的意義。3D打印是制造模式的一次“革命”。3D打印作為一種新工藝，將改變 第二次工業(yè)革命產(chǎn)生的以“裝配生產(chǎn)線”為代表的大規(guī)

5、模生產(chǎn)方式，使批量生產(chǎn)向個性化、定制化轉(zhuǎn)變，實現(xiàn)生產(chǎn)方式的變革。該技術(shù)的應(yīng)用將有效減少產(chǎn)品推 向市場的時間。用戶獲得產(chǎn)品設(shè)計圖后可在數(shù)小時內(nèi)將產(chǎn)品“打印”出來，不需 要大規(guī)模生產(chǎn)線，不需要庫存大量零部件，也不需要大量的設(shè)計和生產(chǎn)工人，改變了傳統(tǒng)制造模式。2、常見的3D打印技術(shù)(1)熔積成型法(FDMFused Deposition Modeling )該方法使用絲狀材料(石蠟、金屬、塑料、低熔點合金絲)為原料，利用電 加熱方式將絲材加熱至略高于熔化溫度(約比熔點高1 C),在計算機的控制下,噴頭作x-y平面運動，將熔融的材料涂覆在工作臺上，冷卻后形成工件的一層截 面，一層成形后，噴頭上移一層高

6、度，進行下一層涂覆，這樣逐層堆積形成三維 工件。該方法污染小，材料可以回收，主要用于中、小型工件的成形。光固化立體造型(SLA-Stereolithography)將計算機控制下的紫外激光按預(yù)定零件各分層截面的輪廓為軌跡對液態(tài)光文案大全實用標準文檔敏樹脂逐點掃描，被掃描的樹脂薄層產(chǎn)生光聚合反應(yīng)固化形成零件的一個截面，再敷上一層新的液態(tài)樹脂進行掃描加工，如此重復直到整個原型制造完畢。這種 方法的特點是精度高、表面質(zhì)量好，能制造形狀復雜、特別精細的零件，不足是設(shè) 備和材料昂貴，制造過程中需要設(shè)計支撐。(3)選擇性激光燒結(jié)(SLS -Selected Laser Sintering)SLS是采用激光

7、有選擇地分層燒結(jié)固體粉末，并使燒結(jié)成型的固化層層層疊 加生成所需形狀的零件。其整個工藝過程包括CAD真型的建立及數(shù)據(jù)處理、鋪粉、 燒結(jié)以及后處理等。SLS最突出的優(yōu)點在于它所使用的成型材料十分廣泛。從理論上說，任何加熱后能形成原子間粘結(jié)的粉末材料均可作為其成型材料。目前， 可成功進行SLS成型加工的材料有石蠟、高分子、金屬、陶瓷粉末和它們的復 合粉末材料。由于 SLS成型材料品種多、用料節(jié)省、成型件性能分布廣泛、適 合多種用途以及SLS無需設(shè)計和制造復雜的支撐系統(tǒng)，所以其應(yīng)用越來越廣泛。3、3D打印的應(yīng)用不斷提高3D打印技術(shù)的應(yīng)用水平是推動3D打印技術(shù)技術(shù)發(fā)展的重要方面。 目前，3D打印技術(shù)已

8、在工業(yè)造型、機械制造、航空航天、軍事、建筑、影視、 家電、輕工、醫(yī)學、考古、文化藝術(shù)、雕刻、首飾等領(lǐng)域都得到了廣泛應(yīng)用。并 且隨著這一技術(shù)本身的發(fā)展，其應(yīng)用領(lǐng)域?qū)⒉粩嗤卣埂?D打印技術(shù)的實際應(yīng)用主要集中在以下幾個方面：在新產(chǎn)品造型設(shè)計過程中的應(yīng)用 3D打印技術(shù)為工業(yè)產(chǎn)品的設(shè)計開發(fā)人員建立了一種嶄新的產(chǎn)品開發(fā)模式。運用 3D打印技術(shù)能夠快速、直接、精確地 將設(shè)計思想轉(zhuǎn)化為具有一定功能的實物模型(樣件)，這不僅縮短了開發(fā)周期，而 且降低了開發(fā)費用，也使企業(yè)在激烈的市場競爭中占有先機。在機械制造領(lǐng)域的應(yīng)用由于3D打印技術(shù)自身的特點，使得其在機械制造 領(lǐng)域內(nèi)，獲得廣泛的應(yīng)用，多用于制造單件、小批量金屬

9、零件的制造。有些特殊 復雜制件，由于只需單件生產(chǎn)，或少于 50件的小批量，一般均可用RP技術(shù)直接 進行成型，成本低，周期短。(3)快速模具制造傳統(tǒng)的模具生產(chǎn)時間長， 成本高。將3D打印技術(shù)與傳統(tǒng)的 模具制造技術(shù)相結(jié)合，可以大大縮短模具制造的開發(fā)周期，提高生產(chǎn)率，是解決文案大全實用標準文檔模具設(shè)計與制造薄弱環(huán)節(jié)的有效途徑。3D打印技術(shù)在模具制造方面的應(yīng)用可分 為直接制模和間接制模兩種，直接制模是指采用激光快速成型技術(shù)直接堆積制造 出模具，間接制模是先制出3D打印零件，再由零件復制得到所需要的模具。在醫(yī)學領(lǐng)域的應(yīng)用近幾年來，人們對3D打印技術(shù)在醫(yī)學領(lǐng)域的應(yīng)用研究 較多。以醫(yī)學影像數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，利用激

10、光快速成型技術(shù)制作人體器官模型， 對外 科手術(shù)有極大的應(yīng)用價值。在文化藝術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用在文化藝術(shù)領(lǐng)域，3D打印制造技術(shù)多用于藝術(shù)創(chuàng) 作、文物復制、數(shù)字雕塑等。在航空航天技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用在航空航天領(lǐng)域中，空氣動力學地面模擬實 驗(即風洞實驗)是設(shè)計性能先進的大地往返系統(tǒng)(即航天飛機)所必不可少的重 要環(huán)節(jié)。該實驗中所用的模型形狀復雜、精度要求高、又具有流線型特性，采用 激光快速成型技術(shù)，根據(jù) CAM型，由3D打印設(shè)備自動完成實體模型，能夠很 好的保證模型質(zhì)量。在家電行業(yè)的應(yīng)用目前，3D打印系統(tǒng)在國內(nèi)的家電行業(yè)上得到了很大程 度的普及與應(yīng)用，使許多家電企業(yè)走在了國內(nèi)前列。如：廣東的美的、華寶、科 龍；

11、江蘇的春蘭、小天鵝；青島的海爾等，都先后采用3D打印來開發(fā)新產(chǎn)品，收到了很好的效果。3D打印技術(shù)的應(yīng)用很廣泛，可以相信，隨著 3D打印技術(shù)的 不斷成熟和完善，它將會在越來越多的領(lǐng)域得到推廣和應(yīng)用。二、實驗室建設(shè)的原則和目標1、原則使學生理解3D打印的成型原理，了解相關(guān)技術(shù)類型和各類型特點，達到學生的實習要求，同時達到該專業(yè)學生從理論到實踐銜接的目的， 能體現(xiàn)出技工院 校學生重技能、善實操的特點，突出技工院校的特色。2、目標適合社會發(fā)展和教學需要的實訓場所。多功能、綜合性、實用型實訓基地。 通過3D打印實驗室的學習與實踐，掌握相關(guān)機械設(shè)備的使用、操作、維修、保 養(yǎng)等相關(guān)知識，并能獨立承擔一些必備

12、的維修任務(wù)及相關(guān)系統(tǒng)設(shè)備的調(diào)整方法。 制造出一些簡單工件。文案大全實用標準文檔三、3D打印技術(shù)體系3D打印技術(shù)，是由計算機輔助設(shè)計（CAD、逆向工程（Reverse Engineering , 簡稱RE）、快速成形（Rapid Prototyping ,簡稱RP和快速制模（Rapid Tooling , 簡稱RT）組成在信息互聯(lián)網(wǎng)支持下，形成的一套快速制造系統(tǒng)的技術(shù)，其結(jié)構(gòu) 如圖下圖所示。圖2產(chǎn)品的快速制造流程圖具體說明如下：逆向工程 三維掃描系統(tǒng)采用雙目立體視覺測量技術(shù)來采集數(shù)據(jù)， 直接生成 物體的三維造型，電腦的輸出格式 STL IGES, ASCII, Binary文件，且具有在 線、實

13、時三維測量的潛力，尤其適合于三維空間點位、尺寸或大型工件輪廓的檢 測。在教學過程中，學生可以開拓三維物體的空間想象能力， 促進學生運用測量 技術(shù)來采集數(shù)據(jù)增強三維造型的能力，并在編程，軟件開發(fā)， 軟件應(yīng)用等方面都 有很大的學習空間。快速成型 快速成型機是一臺集機械，電子，計算機，材料于一體的高科技 設(shè)備，在教學研究方面更有其它設(shè)備無可替代的優(yōu)勢，其中機械，電子控制，計 算機軟件，材料都可以進行專項研究，教學方面又可以讓學生理論結(jié)合實際地進 行學習。快速成形機有很高的生產(chǎn)價值，可以在幾小時或幾天內(nèi)將三維 CADK型 轉(zhuǎn)變成實物原型，可用來進行外觀評價和廣泛征求各方面的意見。同時可以及時發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品結(jié)

14、構(gòu)設(shè)計中存在的各種缺陷和錯誤，減少和避免由此造成的損失?？纱蟠罂s短新產(chǎn)品設(shè)計開發(fā)周期，提高開發(fā)的成功率。在快速制模，鑄造等方面的應(yīng)文案大全實用標準文檔用起到了不可忽視的作用?？焖僦颇?在新產(chǎn)品試制過程中，利用快速成型技術(shù)加工原型件，通過真空 注塑機制造硅橡膠模具，可用于試制少量新產(chǎn)品。具過程如下： 原型經(jīng)過表面處 理，可作為硅橡膠模具的母樣，在真空注型機中制成硅橡膠軟模。用硅橡膠軟模， 在真空注型機中可以澆注出高分子材料制件，供新產(chǎn)品試制使用。同時，擁有這三種技術(shù)可進行產(chǎn)品造型設(shè)計、CAD結(jié)構(gòu)設(shè)計、快速原型制作、快速小批量塑料件等服務(wù)，來獲得經(jīng)濟效益。四、建設(shè)方案:1、培養(yǎng)方案在現(xiàn)有專業(yè)課程的

15、基礎(chǔ)上，刪減部分課程，添加如下與3D打印技術(shù)相關(guān)的課程。a、必修:課程名稱教材出版社3D打印技術(shù)概論3D打印打印未來中國科學技術(shù)出版社三維測量技術(shù)和 逆向設(shè)計逆向工程：原理、方法及應(yīng)用機械工業(yè)出版社快速成形與快速 制?？焖俪尚渭翱焖僦颇?快速成形技術(shù)機電子工業(yè)出版社 華中科技大學出版社3D打印技術(shù)實訓面結(jié)構(gòu)光三維測量技術(shù) 絲材熔融增材制造技術(shù)華中科技大學出版社 華中科技大學出版社b、選修:課程名稱教材出版社粉末激光融化增 材制造技術(shù)粉末激光融化增材制造技術(shù)華中科技大學出版社液體樹月旨光固化 增材制造技術(shù)液體樹月箕固化增材制造技術(shù)華中科技大學出版社文案大全實用標準文檔3D打印技術(shù)在創(chuàng) 新設(shè)計中的

16、應(yīng)用/2、成套教材華中科技大學快速制造中心針對職業(yè)教育的需求，專門編寫了增材制造系列教 材，并可以幫助職業(yè)院?？焖倥囵B(yǎng)師資力量。i&i結(jié)構(gòu)光三維測量技術(shù),I 粉末激光燒結(jié)增材I 制造技萊I傷態(tài)樹脂光同化增材 制造瞬I 粉末激色熔化增材I 制圈郵坤用餐布忸,3、方案平臺建設(shè)3.1購買低成本的可供學生操作的 3D測量-3D打印成套設(shè)備2套（另加7套打 印設(shè)備，每套1萬元），學生可用此設(shè)備完整地學習 3D測量、逆向設(shè)計和3D打 印技術(shù)。文案大全實用標準文檔產(chǎn)品名稱3D測量-3D打印成套設(shè)備（包括：面掃描二維測量設(shè)備和 3D打印設(shè)備各一套）產(chǎn)品型號Power3D供貨商武漢華中數(shù)控股份有限公司單價15萬

17、/套數(shù)量2套（面掃描二維測量設(shè)備2臺和3D打印設(shè)備9臺）總價30.0 萬（+7 萬）=37 萬設(shè)備的具體情況如下：（1）面掃描三維測量系統(tǒng)技術(shù)參數(shù)表產(chǎn)品型號PowerScan-II單幅測量范圍（mrtK mrjn200 X 160400X320(可調(diào)節(jié))攝像頭分辨率（pixels ）131 萬(1280X 1024)測量點距（mm0.156 0.313單幅測量精度（mm士 0.0301米拼合精度（mm士 0.048單幅測量時間（s）3掃描方式非接觸式、可單雙目自由切換拼接方式標志點自動拼接或轉(zhuǎn)臺自動 拼接彩色紋理可獲取物體表面的彩色紋理可輸出文件格式ASC, PLY, AC等通用數(shù)據(jù)格式（2）

18、 3D打印系統(tǒng)技術(shù)參數(shù)表產(chǎn)品型號PowerPrint最大成形尺寸X軸225mm最大成形尺寸丫軸145mm最大成形尺寸Z軸150mm定位精度X 軸和 丫軸+/- 0.01mm打印速度最大15cm3/小時文案大全實用標準文檔成型材料ABS PLA材料顏色紅色，藍色，綠色，白色，黑色，黃色采購工業(yè)級高精度三維掃描儀一套，用于工業(yè)三維測量和精度檢測服務(wù)產(chǎn)品名稱工業(yè)級高精度三維掃描儀產(chǎn)品型號PowerScan- IIS雙目精密型供貨商武漢華中數(shù)控股份有限公司單價18萬/套數(shù)量1套總價18.0 萬設(shè)備具體參數(shù)如下:41L1產(chǎn)品型號單幅測量范圍（mrtK mrjnPowerScan-IIS雙目精密型100

19、X 80400 X 320(可調(diào)節(jié))攝像頭分辨率（pixels ）測量點距（mm500 萬(2592X 1944 )0.039 0.154單幅測量精度（mm士 0.0081米拼合精度（mm士 0.030單幅測量時間（s）3掃描方式非接觸式、可單雙目自由切換拼接方式標志點自動拼接或轉(zhuǎn)臺自動 拼接彩色紋理可獲取物體表面的彩色紋理可輸出文件格式ASC, PLY, AC等通用數(shù)據(jù)格式文案大全實用標準文檔數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫集成管理系統(tǒng)，含有3D打印、三維掃描、逆向設(shè)計、三維檢測等模塊, 能夠?qū)?D打印各個環(huán)節(jié)數(shù)據(jù)進行系統(tǒng)的管理，方便教學。單價：人民幣0.5萬/套。（建議采購14套）。以上合計采購額為：3

20、0+7+18+7=62萬，為了體現(xiàn)我公司的支持，此方案給貴校合計價格為60萬元人民幣。五、建議單位簡介1、華中科技大學快速制造中心簡介華中科技大學快速制造中心隸屬于材料成形與模具技術(shù)國家重點實驗室，長 期從事3D打印技術(shù)和3D測量技術(shù)的研發(fā)，先后得到科技部、教育部、國家自然 科學基金委員會、國家863高科技計劃、湖北省科技廳和武漢市科委的支持，成 功研制了系列3D打印裝備和3D測量裝備。1991年，華中科技大學快速制造中心開始從事快速制造技術(shù)的創(chuàng)新性研發(fā)， 1994年取得歷史性突破，研制成功我國第一臺薄材疊層激光快速制造裝備，并 實現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。隨后又研制成功了粉末材料激光快速制造裝備和紫外

21、光固化 快速制造裝備。這幾種快速制造裝備現(xiàn)已形成系列產(chǎn)品，使我國成為繼美國、德國之后，獨立自主掌握這一先進技術(shù)的國家。 在粉末材料激光快速制造裝備的大 型化方面，走在美國、德國前列，其1.2米X1.2米工作面裝備是投入實際應(yīng)用 的世界上最大的粉末材料激光快速制造裝備。3D測量技術(shù)是3D打印技術(shù)體系中的關(guān)鍵技術(shù)環(huán)節(jié)，能夠用于3D打印前期的 逆向設(shè)計和3D打印后期的精度檢測。因此華中科技大學快速制造中心從 2001年 開始進行3D測量技術(shù)和裝備的研發(fā)，通過解決多項核心關(guān)鍵技術(shù)，先后成功研 發(fā)了 HRE系列線激光3D測量裝備、PowerScan系列面結(jié)構(gòu)光3D測量裝備、 PowerMetric系列攝影測量裝備、組合式大尺寸空間精密3D測量裝備、動態(tài)物體3D測量裝備和高溫物體3D測量裝備。上述多種3D測量裝備除了與3D打印技 術(shù)配套以外，也可獨立應(yīng)用于航空航天、能源電力、汽車等多個領(lǐng)域，市場前景文案大全實用標準文檔廣闊，目前已在國內(nèi)外多家著名公司（包括：空客、 GE歐洲航