3d技術進展綜述

1、3D 打印技術進展綜述3D 打印技術（英語：3Dpring），即快速成型技術的一種，它是一種以數(shù)字模型文件為基礎，運用粉末狀金屬或等可粘合材料，通過逐層打印的方式來構造物體的技術。3D 打印通常是采用數(shù)字技術材料來實現(xiàn)的。常在模具制造、工業(yè)設計等領域被用于制造模型，后逐漸用于一些產(chǎn)品的直接制造，已經(jīng)有使用這種技術打印而成的零。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(chǎn)業(yè)、教育、地理信息系統(tǒng)、土木工程、以及其他領域都有所應用。3D 打印技術與 3D 印刷是兩個完全不同的概念。3D 印刷是將分離成不同角度的紅、藍兩張，然后將這兩按照規(guī)定的視差距離套印在一

2、起，并用特殊眼鏡來形成 3D 視覺效果，張或者將經(jīng)過特殊處理后，直接印刷在特殊的光柵板上，從而呈現(xiàn) 3D 視覺效果的印刷技術。而 3D 打印技術是指采用三維噴墨打印技術，通過分層加工與疊加成形相結(jié)合的方法，逐層打印增加材料來生成 3D 實體，達到與激光成型等其他 3D 模型制造技術相同 3D 真實物體的數(shù)字制造技術。3D按照所使用技術的不同，其工作原理可分為兩類：（1）基于三維打印技術的 3D，基于三維打印技術的 3D先由桶送出一定量的原材料粉末，粉末在加工上被滾筒推成薄薄一層，接著打印頭在需要成形的區(qū)域噴出一種特殊的黏合劑。此時，遇到黏合劑的粉末會迅速黏結(jié)，而沒有遇到黏合劑的粉末則仍保持松散

3、狀態(tài)。每噴完一層，加工就會自動下降一點，根據(jù)電腦切片的結(jié)果不斷循環(huán)，直到實物完成。完成之后只要掃除松散的外層粉末便可獲得所需制造的三維實物。（2）基于熔融沉積制造技術的 3D 打印機，基于熔融沉積制造技術的 3D的工作原理是先在 3D的控制軟件中導入由 CAD 生成的實物數(shù)據(jù)，經(jīng)處理生成支撐材料和熱噴頭的運動路徑。然后熱噴頭會在計算機的控制下根據(jù)實物的截面輪廓信息在打印平面上進行平面運動，同時熱塑性絲狀材料由供絲機構送至熱噴頭，并在噴頭中加熱和熔化成半液態(tài)后擠壓出，并噴涂在相應的工作上。噴涂熱塑性材料快速冷卻后在平臺上形成一層厚度約 0.1 mm 的輪廓薄片，形成了一個 3D 打印截面。將這個

4、作業(yè)過程不斷循環(huán)，承載工作臺高度隨之不斷降低，一層層的熔覆 3D 打印截面形成多層堆疊，最終獲得所需的三維實物。3D 打印具有如下特點（1）數(shù)字制造：借助 CAD 等將產(chǎn)品結(jié)構數(shù)字化，驅(qū)器設備加工制造成器件；數(shù)字化文件還可借助網(wǎng)絡進行傳遞，實現(xiàn)異地分散化制造的生產(chǎn)模式（2）降維制造( 分層制造) ：即把三維結(jié)構的物體先分解成二維層狀結(jié)構，逐層累加形成三維物品。因此，原理上 3D 打印技術可以制造出任何復雜的結(jié)構，而且制造過程更柔性化。堆積制造：“從下而上”的堆積方式對于實現(xiàn)非勻致材料$功能梯度的器件更有優(yōu)勢。許多相互競爭的技術是可用的。它們的不同之處在于以不同層構建創(chuàng)建部件，并且以可用的材料的

5、方式。一些方法利用熔化或軟化可塑性材料的方法來制造打印的“墨水”。例如：選擇性激光燒結(jié)（ selective laser sering，SLS）和混合沉積建模（fused deition ming，F(xiàn)DM），還有一些技術是用液體材料作為打印的“墨平板印刷（ stereolithography ， SLA ）、分層實體制造水” 的，例如： （laminated object manufacturing，LOM）。3D 打印的技術主要包括SLA、FDM、SLS、LOM 等工藝，下面簡單介紹三種主流技術： （1）光刻造型技術(SLA)：可以想象一下把一根黃瓜切成很薄的薄片再拼成一整根。先由把 3D

6、的數(shù)字模型，“切”成若干個平面，這就形成了很多個剖面，在工作的時候，有一個可以舉升的，這個周圍有一個液體槽，槽里面充滿了可以紫外線照射的液體，紫外線激光會從底層做起，最底層的，然后下移，下一層，如此往復，直到最終成型。精度高，可以表現(xiàn)準確的表面和平滑的效果，精度可以達到每層厚度 0.05 毫米到 0.15 毫米。可以使用的材料有限，并且不能多色成型。（2）熔融沉積成型技術，同樣是需要把 3D 的模型薄片化，但是成型的原理不一樣。學過高等數(shù)學的朋友都知道積分，熔融沉積成型技術，就是把材料用高溫熔化成液態(tài)，然后通過噴嘴擠壓出一個個很小的球狀顆粒，這些顆粒在噴出后立即，通過這些顆粒在空間的排列組合形

7、成實物。 精度更高、成型實物強度更高、可以彩色成型。成型后表面粗糙。（3）選擇性激光燒結(jié)(簡稱SLS)不同材料的粉末為原料SLS 工藝又稱為選擇性激光燒結(jié)， 由德克薩斯大學汀分校的C.R. Dechard 于研制成功。SLS 工藝是利用粉末狀材料成形的。將材料粉末鋪灑在已成形零件的上表面，并刮平；用高強度的 CO2 激光器在剛鋪的新層上掃描出零件截面；材料粉末在高強度的激光照射下被燒結(jié)在一起，得到零件的截面，并與下面已成形的部分粘接；當一層截面燒結(jié)完后，鋪上新的一層材料粉末，選擇地燒結(jié)下層截面。選擇性激光燒結(jié)的特點：材料多樣且性能接近普通工程材料；無碾壓步驟因此 Z 向的精度不容易保證好；工藝

8、簡單，不需要碾壓和掩模步驟；使用熱塑性材料可以制作活動鉸鏈之類的零件；成型件表面多粉多孔，使用密封劑可以改善并強化零件；使用刷或吹的方法可以輕易地除去原型件上未燒結(jié)的粉末材料。每種技術都有各自的優(yōu)缺點，因而一些公司會提供多種以供選擇。一般來說，主要的考慮是打印的速度和成本，三維的價格，物體原型的成本，還有材料以及色彩的選擇和成本?？梢灾苯哟蛴〗饘俚膬r格昂貴。有時候人們會先使用普通的三維件。來制作模具，然后用這些模具制作金屬部3D 打印技術已經(jīng)取得了顯著的進展，但仍存在以下幾方面問題：（1）3D 打印的耗材。耗材是目前制約 3D 打印技術廣泛應用的關鍵。目前已研發(fā)的領域的應用，、樹脂和金屬等，然

9、而 3D 打印技術要實現(xiàn)材料主要有就需要開發(fā)出的可打印材料，根據(jù)材料特點深入研究加工、結(jié)構與材料之間的關系，開發(fā)質(zhì)量測試程序和方法，建立材料性能數(shù)據(jù)的規(guī)范性標準等。此外，在一些關鍵產(chǎn)業(yè)領域，尋找合適的材料也是一大，例如空客概念飛機的仿真結(jié)構，要求機身必須透明且有很高的硬度。為符合這些要求就需要研發(fā)新型的復合材料。Eerox PARC的研究員正在致力于可打印電子產(chǎn)品的新工藝研究，但是目前的可用原料還不多。 在打印材料方面，以色列 Objet 公司處于領先地位。最近，該公司宣布為 Connex 系列多材料 3D新開發(fā)了 39種新的“數(shù)字材料”，可供客戶選擇的基本材料已多達 90 種。這些材料的質(zhì)地

10、、韌性、剛度、強度都各不相同。該公司目前可提供 107 種“數(shù)字材料”，這些材料都是由公司提供的基本材料復合而成，這樣可使設計師、工程師和制造商能夠非常精確地模擬其最終產(chǎn)品的材料性能。用戶使用 Connex 多材料 3D，可以在一個模型中同時使用多達 14 種不同硬度和的材料。此外，目前對金屬材料進行 3D 打印的需求尤為迫切，如工具鋼、不銹鋼、鈦合金$鎳基合金$銀和金等，但目前這些打印技術尚未完全突破。（2）3D本身。據(jù)，世界上目前只有一種 3D能夠同時打印出多種材料的產(chǎn)品。由于 3D 打印工藝發(fā)展還不完善，快速成型零件的精度和表面質(zhì)量大多不能滿足工程直接使用要求，只能做原型使用。3D 打印

11、產(chǎn)品由于采用疊加制造工藝，層與層之間連接得再緊密，目前也很難與傳統(tǒng)鍛件相媲美。（3）3D 打印的價格。 目前，3D打印不具備規(guī)模經(jīng)濟的優(yōu)勢，價格方面的優(yōu)勢尚不明顯。目前，1kg 打印材料少則幾百元，多則要 4 萬元左右，因此 3D 打印技術在一段時間里還無法全面取代傳統(tǒng)制造技術。但是在單件小批量、個性化訂制和網(wǎng)絡社區(qū)化生產(chǎn)方面，對于大多數(shù)產(chǎn)品來說，不管打印 1 件還是 100 件，價格都相差無幾，因而 3D 打印具有無可比擬的優(yōu)勢。3D 打印技術的意義不僅在于改變資本和工作的分配模式，且也在于它能改變知識的規(guī)則。該技術的出現(xiàn)使制造業(yè)的成功不再取決于生產(chǎn)規(guī)模，而取決于創(chuàng)意。然而，單靠創(chuàng)意也是很的

12、，模仿者和創(chuàng)新者都能輕而易舉地在市場上快速推出新產(chǎn)品，極有可能就像當初的音樂領域一樣盜版的。3D 打印技術需要依靠數(shù)字模型來進行生產(chǎn)，但是對普通用戶來說學會使用計算機輔助設計工具 CAD 還是有一定難度。但隨著社會發(fā)展，未來會有越來越多的學生學習并掌握這方面的技能，而且企業(yè)也會提供一些簡單的產(chǎn)品數(shù)據(jù)庫，用戶不必學會 3D 設計技能就能制作模型，就像傻瓜相機的發(fā)展一樣。政策方面。3D 技術的研發(fā)需要大量的投入或產(chǎn)業(yè)界的支撐。如在醫(yī)療領域，可能會因缺少食品和藥品滯緩等。3D 打印技術的實際應用：（1）“空氣單車”是位于英國部門的，造成許多臨床醫(yī)療產(chǎn)品應用的的歐洲航空防務和航天公司采用3D，應用 3

13、D 打印技術制造出的世界上第一輛打印自行車。這輛自行車使用像鋼鐵和鋁合金一樣結(jié)實的尼龍材料，重量比金屬材料要輕 65%。更有趣的是， “空氣單車”無論是車輪、鏈條還是軸承都是一次打印出來的，無需原來先制造零件再將零件組裝在一起的總裝流程，打印結(jié)束后，自行車就能夠活動自如。自行車的制造過程就像在平面打印中打印不連續(xù)的線條一樣簡單，3D打印出空間彼此不相連的物體。（2）醫(yī)學應用能夠3D 打印技術作為科技前沿的代表性技術，自然受到了醫(yī)療行業(yè)的青睞。如今，3D 打印技術逐漸應用到醫(yī)學領域的范圍已經(jīng)超出了的想象，引起了廣泛關注。就目前而言，3D打印技術在醫(yī)療方面的運用主要在以下幾個方面：快打印出來的可用

14、于教學和術前模擬等，這是最傳速制作模型，3D統(tǒng)的用途。據(jù)國外組織，這種由愛丁堡，英國研發(fā)的 3D 打印技術可用胚胎干細胞制造瓦特大學開發(fā)的方法意味著病入膏肓的或是中受嚴重的，可輕易獲得肝臟、心臟和其它。作為手術植入體3D 打??；3D 打印產(chǎn)品可以根據(jù)確切體型匹配定制，如今通過 3D 打印制造的醫(yī)療植入物這種技術已被應用于制造更好的鈦質(zhì)骨植入物、義肢以及矯正設備。研究利用 3D開發(fā)骨骼打印技術，造出類似骨骼的材料，它可被用于骨科、牙科治療或開發(fā)治療骨質(zhì)疏松癥藥物。（3）日常生活應用“3D 食物”是紐約康奈爾大學研制的食物制造設備。這部“3D食物”采用了類似日常計算機的工作原理，將食材和配料預先放入容器內(nèi)（墨盒）中，只需輸入所需食譜，通過所配套的 CAD就能把美食“印”出來。對不少廚師而言，這種烹飪的新廚具意味著他們可以創(chuàng)作新菜品，制作出個性美食，獲得更高的食物附加值。使用“3D 食物 以大幅地縮減從原材料到成品的環(huán)節(jié)，從而避免食物加工、的污染與保存等不利影響。由于烹飪的原料和配料必須放置在因此食物原料必須是液體或其他可以“打印”的狀態(tài)。（4）IT 應用”制作食物，可、包裝等環(huán)節(jié)中的容器內(nèi)，最近，迪士尼的一組研究利用 3D 打印技術在與有機玻璃同樣效果的高透