3D打印技術的現(xiàn)狀與發(fā)展課件

By:初二（1）班王雪如3D打印技術的現(xiàn)狀及發(fā)展By:初二（1）班王雪如3D打印技術的現(xiàn)狀及發(fā)展引子

3D打印技術慢慢已走進我們的生活，現(xiàn)在已是風靡全球，成為科學領域又一偉大創(chuàng)新。得益于3D技術制作的電影受到好評，現(xiàn)如今3D技術的發(fā)展涉及到了各行各業(yè)。而在制造行業(yè)，“3D打印技術”的影響正在日益凸顯。英國《經(jīng)濟學人》雜志認為，這項技術將與數(shù)字化生產(chǎn)模式一起推動實現(xiàn)新的工業(yè)革命，將3D打印技術列為第三次技術革命范疇；美國《時代》周刊已將3D打印產(chǎn)業(yè)列為“美國十大增長最快的工業(yè)”。僅僅幾十年后，這項技術就得到了長足的發(fā)展。那么我在這里就為大家全方位、立體式地解讀一下，這項馬上可以觸手可及的技術。引子3D打印技術慢慢已走進我們的生活，現(xiàn)在已是3D打印技術的現(xiàn)狀與發(fā)展課件3D打印技術的現(xiàn)狀與發(fā)展課件3D打印技術的現(xiàn)狀與發(fā)展課件3D打印技術的現(xiàn)狀與發(fā)展課件3D打印技術的現(xiàn)狀與發(fā)展課件3D打印技術的現(xiàn)狀與發(fā)展課件3D打印技術的現(xiàn)狀與發(fā)展課件3D打印技術的現(xiàn)狀與發(fā)展課件什么是3D打??？（原理）

3D打印是增材技術的俗稱。都是采取原料加層方法形成3D物體，每次打印一層材料只有0.1mm-0.2mm厚，與2維打印機相比，3D打印機多了一維，將原料逐層堆積而成，如熔融塑料成型法，噴嘴噴出熔融的塑料絲，承物平臺作3維運動，即可堆積出3D實物（等于一層層粘上去）。相對于傳統(tǒng)的材料去除（如切削等）技術，增材技術是一種自下而上材料累加的制造工藝。從更廣義的原理來看，以設計數(shù)據(jù)為基礎，將材料（包括液體、粉材、線材或材塊等）自動地累加起來成為現(xiàn)實體結構的制造方法，都可視為增材技術。什么是3D打印？（原理）3D打印是增材技術的俗

增材技術的工作原理可分為兩個過程：其一是數(shù)據(jù)處理過程，完成將三維數(shù)據(jù)分解為二維數(shù)據(jù)的過程；其二是制作過程，依據(jù)分層的二維數(shù)據(jù)，采用所選定的制作方法制作有與數(shù)據(jù)分層厚度相同的薄片，每層薄片按序疊加起來，就構成了三維實體，實現(xiàn)了從二維薄層到三維實體的制造過程。這一過程是將三維復雜結構降為二維結構，二維結構制作都可以實現(xiàn)，然后再由二維結構累加為三維結構。這一制造思想相對于傳統(tǒng)的制造模式是一種變革，然而這一思想很早就有，只是在近三十年數(shù)字化技術的不斷發(fā)展下成熟，進而物化為一個自動化裝備。增材技術的工作原理可分為兩個過程：其一是數(shù)據(jù)處3D打印的起源

增材技術的核心思想是最早起源于美國。早在1892年，美國一項專利提出利用分層制造法構成立體地形圖。據(jù)報道，美國科學家發(fā)明了一種可打印出三維效果的打印機，并已將其成功推向市場。早在1992年，美國的3D打印機制造商就賣出了第一臺商用3D打印機。3D打印的起源增材技術的核心思想是最早起源于優(yōu)點1.時間及原材料成本優(yōu)勢

3D打印已經(jīng)成為一種潮流，并開始廣泛應用在設計領域，尤其是工業(yè)設計，數(shù)碼產(chǎn)品開模等，可以在數(shù)小時內完成一個模具的打印，節(jié)約了很多產(chǎn)品到市場的開發(fā)時間。這種打印機比常規(guī)建筑方法要快四倍，而且所使用的原料也只有原來的三分之一到二分之一，更重要的是幾乎不會產(chǎn)生任何廢棄物。優(yōu)點1.時間及原材料成本優(yōu)勢

2.類型多樣

3D打印機可以用各種原料打印三維模型，使用3D輔助設計軟件，工程師設計出一個模型或原型之后，通過相關公司生產(chǎn)的3D打印機進行打印，打印的原料可以是有機或者無機的的材料，例如橡膠、塑料、甚至是人體器官，不同的打印機廠商所提供的打印材質不同。3D打印機的應用對象可以是任何行業(yè)，只要這些行業(yè)需要模型和原型。

2.類型多樣3.連接的強功能作用在飛機、核電和火電等行業(yè)所使用的重型機械、高端精密機械裝備上，傳統(tǒng)的焊接和零部件加固的方法使得部件之間的連接并不牢固，但是使用3D打印技術，出來的產(chǎn)品是自然無縫連接，結構之間的穩(wěn)固性和連接強度要遠遠高于傳統(tǒng)方法。這在飛機、核電等高端裝備制造行業(yè)的應用上非常廣泛。在2011年8月，英國南安普敦大學的工程師設計并試飛了世界上第一架“打印”出來的飛機。這架飛機的外殼是由一款專門打印尼龍材質的3D激光打印機一層層地疊印而成的，相當輕便。鑒于其飛行時速達100公里，其質地緊密程度確實超乎人們的想象。3.連接的強功能作用缺點1、材料的限制

仔細觀察你周圍的一些物品和設備，你就會發(fā)現(xiàn)3D打印的第一個絆腳石，那就是所需材料的限制。雖然高端工業(yè)印刷可以實現(xiàn)塑料、某些金屬或者陶瓷打印，但目前無法實現(xiàn)打印的材料都是比較昂貴和稀缺的。另外，現(xiàn)在的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(jīng)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。缺點1、材料的限制2、機器的限制

眾所周知，3D打印要成為主流技術(作為一種消耗大的技術)，它對機器的要求也是不低的，其復雜性也可想而知。

目前的3D打印技術在重建物體的幾何形狀和機能上已經(jīng)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(xiàn)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，每個人都能隨意打印想要的東西，那么機器的限制就必須得到解決才行。

2、機器的限制3、知識產(chǎn)權的憂慮

在過去的幾十年里，音樂、電影和電視產(chǎn)業(yè)中對知識產(chǎn)權的關注變得越來越多。3D打印技術毫無疑問也會涉及到這一問題，因為現(xiàn)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(shù)量不限。如何制定3D打印的法律法規(guī)用來保護知識產(chǎn)權，也是我們面臨的問題之一，否則就會出現(xiàn)泛濫的現(xiàn)象。3、知識產(chǎn)權的憂慮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，我們是很難界定的，如果有人打印出生物器官或者活體組織，是否有違道德?我們又改如何處理呢?如果無法盡快找到解決方法，相信我們在不久的將來會遇到極大的道德挑戰(zhàn)。

4、道德的挑戰(zhàn)5、花費的承擔

3D打印技術需要承擔的花費是高昂的，對于普通大眾來說更是如此。例如上面提到第一臺在京東上架的3D打印機的售價為1萬5，又有多少人愿意花費這個價錢來嘗試這種新技術呢?也許只有愛好者們吧。如果想要普及到大眾，降價是必須的，但又會與成本形成沖突。如何解決這個問題，制造商們估計要頭疼了。

每一種新技術誕生初期都會面臨著這些類似的障礙，但相信找到合理的解決方案3D打印技術的發(fā)展將會更加迅速，就如同任何渲染軟件一樣，不斷地更新才能達到最終的完善。5、花費的承擔3D打印機的現(xiàn)狀

3D打印技術應用領域正逐步拓展，市場空間廣闊。過去幾年里，快速制造技術通過與數(shù)控加工、鑄造、金屬冷噴涂、硅膠模等制造手段結合，已成為現(xiàn)代模型、模具和零件制造的強有力手段，在航空航天、汽車摩托車、家電、生物醫(yī)學等領域得到了廣泛應用，對改善制造業(yè)的產(chǎn)品設計和制造水平起到了巨大作用，在工程和教學研究等應用領域也占有了獨特地位。通常應用在產(chǎn)品試制和試驗階段，比如功能檢測和裝配檢測等環(huán)節(jié)應用較多。此外，在個人消費領域，3D打印技術讓消費者在家里就能直接制作出想要的衣服、首飾、裝飾品、玩具、樂器、自行車甚至食品。3D打印機的現(xiàn)狀3D打印技術應用領域正逐步拓展

3D打印技術也逐步改變所有人的生活。和任何其他技術類似，3D打印機迅速地變得越來越便宜，功能卻越來越強大。三維打印技術，現(xiàn)在已經(jīng)處在了人人都用得起的臨界點。在美國，5年前一臺標準的3D打印機的價格是25000-50000美元，而近期3DSystems和Autodesk推出了1500美元左右的個人用產(chǎn)品，最簡單的3D打印機的價格甚至已經(jīng)達到了800美元。3D打印技術也逐步改變所有人的生活。和任何其他全球3D打印的市場應用領域分類全球3D打印的市場應用領域分類1.工藝美術品

通過3D打印技術，按你虛擬模型制作出復制品：形狀、紋理、顏色，與使用者的設計完全一致。罐子采用砂石紋理，具有接近粘土質感的效果，用增材制造技術可以獲得各種的陶瓷藝術品。1.工藝美術品

左圖為一件采用增材技術得到的樹脂基的工藝品，題名為頗有詩意的“夜光小宇宙”。仔細看，它的確是一萬年前宇宙開始出現(xiàn)時的一片混沌的樣子，或者已經(jīng)出現(xiàn)了點綴在深邃夜空中的閃爍星星。它不僅給人以思索：“與巨大永恒的宇宙相比，我們人類顯得多么渺小呀！我們不應當碌碌無為、茍且地生活，而應當胸襟開闊、坦坦蕩蕩地生活?！闭堊⒁猓哼@里的星星半點可不是隨意而為，而是有數(shù)據(jù)支持的，也就是有科學依據(jù)的。

公元6世紀的北齊石獅子具有活潑的外貌，動感十足，有流露出調皮的神色。無奈它們沐風櫛雨，早已剝奪風化，殘缺不堪。中國藝術家利用3D掃描技術從石獅子身上獲得數(shù)字信息，利用3D處理軟件，對它們進行了數(shù)字修復（這也有極大的再創(chuàng)造成分，因為需要補充的那些部分，必須依靠修復者的藝術修養(yǎng)與精細構思），得到了完整石獅子的數(shù)字模型，通過使用增材制造設備，獲得石獅子的原型件，據(jù)此復原了北齊的石獅子（如右圖）。在考古界，對于增材制造技術寄予厚望。例如，我國在近代考古史上，發(fā)現(xiàn)了不少女性未腐尸體和較為完整的顱骨，有的甚至栩栩如生，令世人驚嘆世事的無常。這些女人活著時到底長什么樣子呢？基于增材制造技術的現(xiàn)代人像復原技術讓她們復活了。人們發(fā)現(xiàn)，她們之中有的甚至具有現(xiàn)代影視女星的氣質。公元6世紀的北齊石獅子具2.建筑模型瑞典創(chuàng)新工作室使用美國公司的3D打印技術，創(chuàng)建了這個令人震驚的具有高度細節(jié)的3D建筑模型，這將幫助球場增加到30,000個座位，該體育館將于2013年完工。在3D數(shù)字場館模型中，虛擬實現(xiàn)的每一個細節(jié)，將會在實物模型中完美表現(xiàn)，非常了不起的是擁有7400個高細節(jié)度的座位，每個有4毫米寬?？偨Y：使用增材技術可以重塑建筑業(yè)。2.建筑模型瑞典創(chuàng)新工作室使用美國公司

這個巨大的3D房子打印機將從房子地基開始，地板、墻、天花板、管道甚至更高級的東西，比如電線，剛開始以為，它只能打印塊狀建筑物，但顯然這個3D打印機會執(zhí)行更多的功能，你只要把門和窗戶的CAD圖樣畫清楚，保證打印完后有洞可以供你進去，其他的則留給巨大的3D打印機就行！

3D打印機的可貴之處在于它可以聽從電腦程序打印完一層自動爬上另一層，非常有次序，甚至比人工的更加準確，一磚一瓦都不會遺漏，所以這保證了它的穩(wěn)定性；而且會依據(jù)強大的幾何計算、采用堅固的材料，來保證幾年到更多的時間內，房子不會有質量問題。這個巨大的3D房3.首飾業(yè)

右圖為采用增材技術獲得的3D打印鈦金屬或其他貴金屬昆蟲工藝品，可以用作精美的佩飾。采用3D打印技術，首先需要以活潑可愛、千姿百態(tài)的昆蟲為依據(jù)，構思并設計出各種動感十足的模型，它們必須包含某種夸張的成分在內。然后獲得其數(shù)字模型，選擇所需的金屬材質，驅動3D打印機，得到蝴蝶、蜂鳥、甲殼蟲、螳螂等佩飾或首飾。如果在精度上能夠滿足顧客的要求，就無需后處理而直接快速安裝在顧客的胸針或項鏈上，或者安裝在戒指環(huán)上。3.首飾業(yè)右圖為采用增材技術獲得的3D打印4.服裝業(yè)

這件美麗和創(chuàng)新的連衣裙，由、兩位設計師利用3D打印技術制作的獨特禮服，上面鑲嵌著超過12000顆施華洛世奇水晶。4.服裝業(yè)這件美麗和創(chuàng)新的連衣裙，

這款名叫Strvct的高跟鞋由美國時尚工作室ContinuumFashion設計，是一款網(wǎng)格狀充滿未來感的鞋子(像不像鳥巢)。整個鞋面和鞋跟都用尼龍材料打印生成，內襯一個鞋墊就OK了。這款名叫Strvct的高跟鞋由美國時尚工作室5.自行車造型個性化設計與快速設計

借助突破性的新技術，科學家“打印”出一輛可以供真人騎乘的自行車。這種自行車名為“Airbike”，采用尼龍材料制作，其堅固程度堪比鋼鋁材料，但重量卻比之輕65%。這種方式使用的原材料只有傳統(tǒng)制造方式的1/10，大大減少浪費。

Airbike可按照消費者的要求打印，無需調整，此外這款自行車也無需進行維修或者裝配。5.自行車造型個性化設計與快速設計6.概念車的制作概念車是什么？

概念車并不是已投產(chǎn)或將投產(chǎn)的車型，它僅僅是向人們展示設計人員新穎、獨特、超前的構思而已，每一輛概念車都可以更多地擺脫生產(chǎn)制造水平方面的束縛，盡情的甚至夸張的展示自己的獨特魅力。

見上圖，來自德國設計師歐米茄的阿爾法獲得第一名。這款概念車非常酷，設定的技術背景也相當科幻，甚至有些夢幻。歐米茄假定2040年人類已經(jīng)掌握了冷聚變技術，人們只需小小的一些原子就能獲得巨大能量，換言之就是人類掌握了無窮無盡的能源——這車設計了3個磁質等離子流推進器，顯然地球已經(jīng)容納不了這輛車了，絕對天頂星技術。雖然長的有些像電吹風，但這車真的挺酷。6.概念車的制作概念車是什么？見上圖，來自德國3D打印真槍實彈殺手可能就在你身邊

美國分布式防御公司的創(chuàng)始人科迪·威爾森經(jīng)過一年多時間的研發(fā)，利用一臺價值8000美元的3D打印機成功制造一支塑料手槍。英國兩名臥底記者將一支他們根據(jù)設計圖自行制作的3D塑料手槍藏在衣服中，竟順利通過了倫敦圣潘克拉斯國際火車站的安檢，將其帶上了開往法國巴黎的“歐洲之星”列車！曝光后，立即引發(fā)一片嘩然。如果3D槍支制造變得更加普及，那么多年以來加強槍支管控的努力將會落空。禁止法案或許一定程度上可以阻止人們制造武器，但是數(shù)字打印文件的網(wǎng)絡共享將很難控制。3D打印真槍實彈殺手可能就在你身邊3D打印的未來

到今天，3D打印機已經(jīng)能夠打印出很多東西，對醫(yī)療、文化、建筑、食品、汽車等行業(yè)也產(chǎn)生了非常大的影響，它的應用范圍之廣可能是我們無法想象的。理論上來說，只要是能夠在計算機上繪制成型的產(chǎn)品都可以通過3D打印機將之付諸現(xiàn)實。下面我們就通過3D打印在各行業(yè)帶給我們那些美妙絕倫的產(chǎn)品，來暢想一下3D打印所創(chuàng)造的未來吧。3D打印的未來到今天，3D打印機已經(jīng)能夠打

對于那些需要器官移植的患者來說，3D打印技術無疑是他們的福音。一方面我們無需擔心不同機體器官之間的排異反應，另一方面相較于人體器官，3D打印成本非常之低，例如打印一個人體心臟瓣膜，只需要價值10美元的高分子材料即可。英國赫瑞瓦特大學成功研制了一種基于胚胎干細胞能夠定制化打印制造人體器官組織的新技術。如果這項技術可以普及開來的話，許多重癥患者就能夠很容易的獲得可供移植的肝臟、心臟、人體組織等其他人造器官。之前科學家已經(jīng)用相同的方法制造除了骨骼和皮膚，不過目前他們希望能夠培育更復雜的胚胎細胞架構，從而打造出精密的“人體器官”。科學家研究發(fā)現(xiàn)，通過改變3D打印機噴嘴直徑可精確控制細胞分發(fā)的速度，新打印形成的胚胎細胞具有能夠轉變成為任何類型細胞的能力。如果這項技術最終成行的話，不僅解決了器官捐量上的難題，同時可以避免器官移植排斥性等難題帶來質上的提高?；蛟S未來有一天，我們可以說，“想換顆年輕的心臟嗎？我們打印一顆！”一、醫(yī)療行業(yè)對于那些需要器官移植的患者來說，3D打印技3D打印技術的現(xiàn)狀與發(fā)展課件二、文物保護3D打印出的復制品可以作為博物館里文物的替代品予以展出，避免真品遭受到意外的傷害。來自南卡羅來納州的非裔美國人通過3D打印技術創(chuàng)作了一件19世紀的人面壺。這是一種描繪人臉的陶壺，原始制作材料為高嶺土，由19世紀下半葉尚處在奴役階段的非裔美國人創(chuàng)造。制作過程也與常見的3D打印無異，通過3D掃描儀掃描人面壺之后形成3D模型，然后在計算機中進行檢驗和調整。模型構建好之后就可以交給3D打印機進行打印了，打印陶器使用的是激光粉末燒結技術。打印完之后的人面壺表面細節(jié)上完全吻合，除了沒有采用相同的釉彩，取而代之的是電鍍一層帶有銀色光澤的鎳，頗具現(xiàn)代元素。二、文物保護3D打印出的復制品可以作為博物3D打印技術的現(xiàn)狀與發(fā)展課件三、建筑行業(yè)

在建筑行業(yè)中，已經(jīng)有不少設計師、工程師涉及3D打印行業(yè)，通過3D打印機打印的建筑模型更為快速，成本也更為低廉，而且更接近于設計師的原始構思，提供了工作效率，節(jié)省了大量的建筑原材料。3D打印月球建筑

在月球上建造一座“月球基地”，在很多科幻小說以及電影中都成出現(xiàn)過。隨著科技的發(fā)展，構建類似于太空站的月球基地在技術上已經(jīng)比較成熟，不過由于地球與月球之間的距離過于遙遠，運輸建筑材料的成本過高，導致這一想法一直未