3D打印技術(shù)簡(jiǎn)介

3D打印技術(shù)的

發(fā)展近年來(lái)，在大家面前出現(xiàn)了一個(gè)很酷的新名詞：3D打印。3D打印雖與市民生活仍有很遠(yuǎn)的距離，但通過(guò)3D打印技術(shù)，可以成功地“打印”出無(wú)人飛機(jī)、自行車、汽車等實(shí)物。3d打印已經(jīng)逐漸開(kāi)始被部分企業(yè)所使用。3D打印技術(shù)的定義3D打印技術(shù)（3Dprinting），即快速成形技術(shù)的一種，它是一種數(shù)字模型文件為基礎(chǔ)，運(yùn)用粉末狀金屬或塑料等可粘合材料，通過(guò)逐層打印的方式來(lái)構(gòu)造物體的技術(shù)。過(guò)去其常在模具制造、工業(yè)設(shè)計(jì)等領(lǐng)域被用于制造模型，現(xiàn)正逐漸用于一些產(chǎn)品的直接制造。特別是一些高價(jià)值應(yīng)用（比如髖關(guān)節(jié)或牙齒，或一些飛機(jī)零部件）已經(jīng)有使用這種技術(shù)打印而成的零部件。3D打印原理3D打印與激光成型技術(shù)一樣，采用了分層加工、疊加成型來(lái)完成3D實(shí)體打印。每一層的打印過(guò)程分為兩步，首先在需要成型的區(qū)域噴灑一層特殊膠水，膠水液滴本身很小，且不易擴(kuò)散。然后是噴灑一層均勻的粉末，粉末遇到膠水會(huì)迅速固化黏結(jié)，

而沒(méi)有膠水的區(qū)域仍保持松散狀態(tài)。這樣在一層膠水一層粉末的交替下，實(shí)體模型將會(huì)被“打印”成型，打印完畢后只要掃除松散的粉末即可“刨”出模型，而剩余粉末還可循環(huán)利用。3D 打印過(guò)程演示圖3D 打印過(guò)程演示圖3D打印技術(shù)的應(yīng)用3D打印技術(shù)通常是采用數(shù)字技術(shù)材料打印機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)。這種打印機(jī)的產(chǎn)量以及銷量在二十一世紀(jì)以來(lái)就已經(jīng)得到了極大的增長(zhǎng)，其價(jià)格也正逐年下降。該技術(shù)珠寶，鞋類，工業(yè)設(shè)計(jì)，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，槍支以及其他領(lǐng)域都有所應(yīng)用。3D打印技術(shù)出現(xiàn)在上世紀(jì)90年代中期，實(shí)際上是利用光固化和紙層疊等技術(shù)的快速成型裝置。它與普通打印機(jī)工作原理基本相同，打印機(jī)內(nèi)裝有液體或粉末等“印材料”，與電腦連接后，通過(guò)電腦控制把“打印材料”一層層疊加起來(lái)，最終把計(jì)算機(jī)上的藍(lán)圖變成實(shí)物。這一技術(shù)如今在多個(gè)領(lǐng)域得到應(yīng)用，人們用它來(lái)制造服裝、建筑模型、汽車、巧克力甜品等。世界第一臺(tái)3D照片打印機(jī)中國(guó)第一臺(tái)生物打印機(jī)世界上第一輛用3D打印機(jī)制造的汽車urbee3D自行車3D打印的花瓶以往靠模具機(jī)器生產(chǎn)出來(lái)的花瓶，通過(guò)科研人員數(shù)碼建模，把設(shè)計(jì)文件發(fā)送到3D打印機(jī)，然后選擇ABC塑料劑，經(jīng)過(guò)噴涂、擠壓等方式一層一層添加打印，約半小時(shí)后，一個(gè)漂亮的花瓶便呈現(xiàn)在面前。大學(xué)生3D打印出機(jī)器人照顧老人2013年11月23日，西安電子科技大學(xué)展出兩千余件大學(xué)生科技競(jìng)賽作品，很多創(chuàng)意令人耳目一新?，F(xiàn)場(chǎng)一臺(tái)機(jī)器人吸引了不少同學(xué)圍觀。機(jī)器人的主要部件都是3D打印，特別是仿生手，能像人手一樣實(shí)現(xiàn)各個(gè)手指單獨(dú)靈活運(yùn)動(dòng)。很多老人行動(dòng)不便，有了機(jī)器人助手，只要對(duì)著攝像頭做出手勢(shì)，機(jī)器人就能模仿動(dòng)作去做家務(wù)。澳大利亞兩位設(shè)計(jì)師打印出3D機(jī)器人皮尤(JethroPugh)和尼克爾斯基(SamNikolsky)兩名來(lái)自澳大利亞墨爾本的工業(yè)設(shè)計(jì)師成功地為機(jī)器手賦予了“生命”，讓其可以靈活地活動(dòng)。幾乎每一塊部件都是兩人在一個(gè)大篷車內(nèi)制作出來(lái)的，耗時(shí)數(shù)周，最終組合成型。作為他們的3D打印產(chǎn)品的一部分，機(jī)械手將參加他們?cè)谌牡难不卣故尽?/p>

北京航空航天大學(xué)首創(chuàng)3D打印制造飛機(jī)大型鈦合金風(fēng)擋(圖)

中國(guó)C-919大型客機(jī)風(fēng)擋在高速飛行時(shí)要承受巨大動(dòng)壓，其窗框由鈦合金制成。北京航空航天大學(xué)王華明教授及其帶領(lǐng)的科研團(tuán)隊(duì)在大型鈦合金結(jié)構(gòu)件激光直接制造技術(shù)領(lǐng)域取得令人矚目的成績(jī)，并且在中國(guó)航空航天裝備應(yīng)用中取得了重要突破。據(jù)了解，中國(guó)成為迄今國(guó)際上唯一實(shí)現(xiàn)激光成形鈦合金大型主承力關(guān)鍵構(gòu)件在飛機(jī)上實(shí)際應(yīng)用的國(guó)家。

歐宇航局3D打印的月球基地模型

3D手機(jī)應(yīng)用3D晶片堆疊在智能手機(jī)領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，但很少有手機(jī)像iPhone4那樣擁有1:1的晶片比例(ratioofsilicon)；大多數(shù)多層PCB有采用微通孔(micro-vias)，但很少會(huì)用到十層電路板。由于積極采用3D晶片堆疊，iPhone4是主流智能手機(jī)中，將印刷電路板面積做最大化利用的產(chǎn)品之一；此外，該款手機(jī)罕見(jiàn)地使用了大量小型配件與螺絲，因此所需的人工封裝密集度，可能不亞于高檔腕表

盡管最近幾年以TSV穿硅互聯(lián)為代表的3D芯片技術(shù)在各媒體上的出鏡率極高，但許多人都懷疑這種技術(shù)到底有沒(méi)有可能付諸實(shí)用，而且這項(xiàng)技術(shù)的實(shí)際發(fā)展速度也相對(duì)緩慢，目前很大程度上仍停留在“紙上談兵”的階段。不過(guò)，許多芯片制造商仍在竭力推進(jìn)基于TSV的3D芯片技術(shù)的發(fā)展并為其投入研發(fā)資金，這些廠商包括IBM,Intel，三星，東芝等等，3D芯片技術(shù)的優(yōu)勢(shì)在于可以在不需要改變現(xiàn)有產(chǎn)品制程的基礎(chǔ)上增加產(chǎn)品的集成度，從而提高單位芯片面積內(nèi)的晶體管數(shù)量。

3D芯片堆疊技術(shù)2.5D與3D芯片堆疊技術(shù)

2.5D芯片堆疊結(jié)構(gòu)

理論上說(shuō)，3D芯片堆疊技術(shù)的實(shí)現(xiàn)可分兩步走，第一階段是先采用借助硅中間互連層的2.5D技術(shù)，這種技術(shù)中雖然也有使用TSV技術(shù)，但如上圖所示，功能芯片(chip1/2)中并沒(méi)有制出TSV結(jié)構(gòu)，而是把TSV結(jié)構(gòu)設(shè)置在專門的襯底中，功能芯片通過(guò)microbump與中間互連層(interposer)連接，再通過(guò)一層TSV襯底連接到3D芯片封裝用襯底上；而第二階段則會(huì)將TSV結(jié)構(gòu)直接植入功能芯片之中。

而現(xiàn)在，多家組織已經(jīng)組建了許多新的，面向主流應(yīng)用的3D芯片堆疊項(xiàng)目組。舉例而言，Semtech組織便正在與IBM公司進(jìn)行這方面的合作，這個(gè)項(xiàng)目的目標(biāo)是將模數(shù)轉(zhuǎn)換器芯片與DSP芯片利用TSV

3D堆疊技術(shù)連接在一起，這兩種芯片將通過(guò)一層中間互聯(lián)層（interposer）連接在一起，該互連層的峰值帶寬可超過(guò)1.3Tbps賽靈思的FPGA3D堆疊技術(shù)

服裝的3D時(shí)代如果說(shuō)2006年秋冬時(shí)裝周上，已故時(shí)裝大師AlexanderMcQueen用3D激光成像技術(shù)在舞臺(tái)上虛擬出一個(gè)活脫脫的KateMoss，是開(kāi)啟3D時(shí)尚之門的里程碑，那么在2010年2月23日，平日里以守舊著稱不愛(ài)趕時(shí)髦的Burberry，開(kāi)創(chuàng)先河般地將2010年秋冬季時(shí)裝發(fā)布會(huì)進(jìn)行了全球同步的3D串流直播，就是更上一層樓了。巴黎時(shí)裝周展示3D打印服裝今年的巴黎時(shí)裝周上，科技與時(shí)尚擦出了火花，多款3D打印機(jī)制作的服飾吸引了很多人的眼球。設(shè)計(jì)師愛(ài)麗絲·范·赫本(IrisvanHerpen)的Voltage高級(jí)女裝就有多款由3D打印機(jī)制造。設(shè)計(jì)師愛(ài)麗絲·范·赫本的Voltage高級(jí)

女裝就有多款由3D打印機(jī)制造3D醫(yī)學(xué)生物打印的技術(shù)成熟之后，我們將會(huì)像是有了個(gè)人專屬的人體器官庫(kù)，并且隨時(shí)可以打印只適合自己的身體器官；也許只需要二十年，我們的器官就能夠成為可以替換的設(shè)備，這樣因?yàn)槠鞴偎ダ隙劳鲞@件事也許可以避免，健康的肉體將會(huì)與健全的思維存在同樣長(zhǎng)的時(shí)間。醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的3D打印技術(shù)——人造骨骼

世界上首例由3D打印技術(shù)制作的人工下頜骨移植手術(shù)細(xì)節(jié)日前公布。移植手術(shù)于去年6月在荷蘭進(jìn)行，接受移植的病人是名患有骨髓炎的83歲女性。術(shù)后她的恢復(fù)狀況良好，新的下頜骨并未影響她的語(yǔ)言表達(dá)和進(jìn)食能力。這項(xiàng)新的人造骨骼3D打印技術(shù)由比利時(shí)公司LayerWise和比利時(shí)哈瑟爾特大學(xué)的科研人員共同開(kāi)發(fā)研制，而器官制作過(guò)程被稱為“疊加制作法（AM）”。通過(guò)該方法，技術(shù)人員可根據(jù)移植患者的具體需求來(lái)設(shè)計(jì)骨骼部件的效果圖，然后利用高精度的鐳射qiang來(lái)熔解鈦粉，并將它們一層層地噴涂疊加起來(lái)，最終形成一個(gè)立體的人造骨骼部件成品。整個(gè)過(guò)程不需要任何的膠水或粘結(jié)劑。3D打印心臟現(xiàn)身

可從人體尿液中獲取能量

英國(guó)Bristol機(jī)器人實(shí)驗(yàn)室的科學(xué)家們宣布，他們成功地使用3D打印機(jī)制造了第一臺(tái)可驅(qū)動(dòng)人工肌肉的機(jī)器“心臟”。這臺(tái)機(jī)器心臟搭載微生物燃料電（MFCs），可從人體尿液中獲取能量。

這種機(jī)器“心臟”又被稱為生物啟發(fā)泵（biologicallyins