3D打印技術(shù)專業(yè)建設(shè)方案

1、3D打印技術(shù)專業(yè)建設(shè)方案2020年4月19日文檔僅供參考，不當(dāng)之處，請(qǐng)聯(lián)系改正3D打印技術(shù)方向籌建方案一、背景3D打印（學(xué)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(jì)與數(shù)字化制造，是一項(xiàng)被看作有望引領(lǐng)“第 三次工業(yè)革命”的先進(jìn)制造技術(shù)。該技術(shù)改變了傳統(tǒng)制造工藝對(duì) 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(fù)雜結(jié)構(gòu)的快速驗(yàn)證，在縮短開發(fā)周期和降低成本方 面優(yōu)勢(shì)明顯，是實(shí)現(xiàn)自主創(chuàng)新的有力技術(shù)手段。美國(guó)等西方發(fā)達(dá)國(guó)家非常重視此技術(shù)，3月9日美國(guó)總統(tǒng)奧巴馬將3D打印制造技術(shù)列為美國(guó) 15個(gè)制造業(yè)創(chuàng)新中心之一，并 作為首個(gè)樣板示范中心于 8月16日成立，奧巴馬

2、總統(tǒng)親自出席了 剪彩儀式。中國(guó)亦不例外，如北京、西安、上海、江蘇、廣東、 山東、四川、安徽、黑龍江等省市已或準(zhǔn)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。中國(guó)是制造大國(guó)，但還不是制造強(qiáng)國(guó)。大部分制造領(lǐng)域依靠 低成本人力與國(guó)外同行抗?fàn)?，必須尋找持續(xù)發(fā)展的技術(shù)制高點(diǎn)。 因此，中國(guó)已經(jīng)從國(guó)家層面制定了3D打印的技術(shù)發(fā)展路線圖，相關(guān)專項(xiàng)也將陸續(xù)實(shí)施，正面臨快速發(fā)展的大好時(shí)機(jī)！在這種大的 背景下，在學(xué)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(shì)所趨。1、3D打印的原理和優(yōu)勢(shì)2020年4月19日文檔僅供參考，不當(dāng)之處，請(qǐng)聯(lián)系改正3D打印技術(shù)是近30年來(lái)全球先進(jìn)制造領(lǐng)域興起的一項(xiàng)

3、集光 / 機(jī)/電、計(jì)算機(jī)及新材料等學(xué)科于一體的先進(jìn)制造技術(shù)。與切削等 材料“去除法”不同，該技術(shù)經(jīng)過(guò)將粉末、液體及片狀等離散材 料逐層堆積，“自然生長(zhǎng)”成三維實(shí)體。與其它制造技術(shù)相比，3D打印技術(shù)具有如下突出優(yōu)點(diǎn)：3D打印是傳統(tǒng)制造工藝的深刻變革。理論上，只要在計(jì)算機(jī)上設(shè)計(jì)出結(jié)構(gòu)模型，就能夠在無(wú)需刀具、模具及復(fù)雜工藝條 件下快速地將“設(shè)計(jì)”變?yōu)椤皩?shí)物”。不但在節(jié)省材料方面具有 突出優(yōu)勢(shì)，還可加工傳統(tǒng)方法難加工甚至是無(wú)法加工的復(fù)雜結(jié)構(gòu)，特別適合于航空航天發(fā)動(dòng)機(jī)空心葉片(圖 1a)、隨形冷卻模具(圖1b)及個(gè)性化骨骼植入體(圖 1c)等批量小、結(jié)構(gòu)復(fù)雜零 件的快速制造，符合現(xiàn)代和未來(lái)制造業(yè)的發(fā)展趨

4、勢(shì)。(a)(b)(c)具有內(nèi)部圖1復(fù)雜結(jié)構(gòu)零件：(a)空心葉片；(b)隨形冷卻水道的模具；(c)個(gè)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(jī)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2020年4月19日文檔僅供參考，不當(dāng)之處，請(qǐng)聯(lián)系改正CAD/CAM、激光、光化學(xué)以及材料科學(xué)等諸多技術(shù)。由于簡(jiǎn)化或 省略了工藝準(zhǔn)備、試驗(yàn)等環(huán)節(jié)，產(chǎn)品數(shù)字化設(shè)計(jì)、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(shí)現(xiàn)“今 日完成設(shè)計(jì)，明天得到成品”。另外，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(wú)法加工的非常規(guī)結(jié)構(gòu)特征，這種工藝 能力對(duì)于實(shí)現(xiàn)零部件輕量化、

5、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)模生產(chǎn)方式，使批量生產(chǎn)向個(gè)性化、定制化轉(zhuǎn)變，實(shí)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(chǎng)的時(shí)間。用 戶獲得產(chǎn)品設(shè)計(jì)圖后可在數(shù)小時(shí)內(nèi)將產(chǎn)品“打印”出來(lái)，不需要 大規(guī)模生產(chǎn)線，不需要庫(kù)存大量零部件，也不需要大量的設(shè)計(jì)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(diǎn)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(

6、約比熔 點(diǎn)高1C),在計(jì)算機(jī)的控制下，噴頭作 x-y平面運(yùn)動(dòng)，將熔融的 材料涂覆在工作臺(tái)上，冷卻后形成工件的一層截面，一層成形 后，噴頭上移一層高度，進(jìn)行下一層涂覆，這樣逐層堆積形成三 維工件。該方法污染小，材料能夠回收，主要用于中、小型工件2020年4月19日文檔僅供參考，不當(dāng)之處，請(qǐng)聯(lián)系改正的成形。(2)光固化立體造型(SLA-Stereohthography)將計(jì)算機(jī)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(duì)液態(tài)光敏樹脂逐點(diǎn)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(gè)截面，再敷上一層新的液態(tài)樹脂進(jìn)行掃描加工，如此重復(fù)直到整個(gè)原型制造完畢。這種方法的特點(diǎn)是精度高、表面質(zhì)

7、量好，能制造形狀復(fù)雜、特別精細(xì)的零件 ，不足是設(shè)備和材料昂 貴，制造過(guò)程中需要設(shè)計(jì)支撐。(3)選擇性激光燒結(jié)(SLS -Selected Laser Sintering)SLS是采用激光有選擇地分層燒結(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(gè)工藝過(guò)程包括CAD模型的建立及數(shù)據(jù)處理、鋪粉、燒結(jié)以及后處理等。SLS最突出的優(yōu)點(diǎn)在于它所使用的成型材料十分廣泛。從理論上說(shuō)，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。當(dāng)前，可成功進(jìn)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(fù)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

8、用途以及SLS無(wú)需設(shè)計(jì)和制造復(fù)雜的支撐系統(tǒng)，因此其應(yīng)用越來(lái)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(dòng) 3D打印技術(shù)技術(shù)發(fā)展的重要方面。當(dāng)前，3D打印技術(shù)已在工業(yè)造型、機(jī)械制造、航2020年4月19日文檔僅供參考，不當(dāng)之處，請(qǐng)聯(lián)系改正空航天、軍事、建筑、影視、家電、輕工、醫(yī)學(xué)、考古、文化藝術(shù)、雕刻、首飾等領(lǐng)域都得到了廣泛應(yīng)用。而且隨著這一技術(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(shí)際應(yīng)用主要集 中 在 以 下 幾 個(gè) 方 面 ：(1法新產(chǎn)品造型設(shè)計(jì)過(guò)程中的應(yīng)用3D打印技術(shù)為工業(yè)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)開發(fā)人員建立了一種嶄新的產(chǎn)品開發(fā)模式。運(yùn)用3D打印技術(shù)能夠快速、直接、精確地將設(shè)計(jì)思想轉(zhuǎn)化為具有一定功能的實(shí)物模型(樣件)，這不但縮短了開發(fā)周期，而且降低了開發(fā)費(fèi)用，也使企業(yè)在激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中占有先機(jī)。(2法機(jī)械制造領(lǐng)域的應(yīng)用由于 3D打印技術(shù)自身的特點(diǎn)，使得其在機(jī)械制造領(lǐng)域內(nèi)，獲得廣泛的應(yīng)用，多用于制造單件、小批量金屬零件的制造。有些特殊復(fù)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(jìn)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(shí)間長(zhǎng)，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，能夠大大縮短模具制造的開發(fā)周期，提高生產(chǎn)率，是解決模具設(shè)計(jì)與