3D打印科普講座課件

原理、現(xiàn)狀和未來3D打印的魅力世界匯報人：朱言言2017年5月5日3D打印科普講座主要內(nèi)容一.3D打印的原理二.

3D打印技術(shù)分類和特點三.

3D打印在各行各業(yè)中的應(yīng)用四.3D打印的流程五.3D打印的未來3D打印科普講座什么是3D？D=Dimension維1D=線

2D=面

3D=體

3D=3維

一.3D打印的原理傳統(tǒng)(2D)打印3D打?。捍蛴〕鰜淼臇|西是立體的3D打印科普講座一.3D打印的原理俗稱：3D打印專業(yè)用語：增材制造出現(xiàn)最早、最形象的3D打?。荷w房子圖紙/數(shù)模磚/水泥逐漸增加三維房子整體——離散——整體3D打印科普講座一.3D打印的原理根據(jù)零件的三維數(shù)模，通過計算機(jī)程序控制、逐點-逐層（二維）增加材料成形三維復(fù)雜結(jié)構(gòu)的數(shù)字制造技術(shù)增材方式

熔化燒結(jié)粘結(jié)3D打印科普講座制造復(fù)雜品產(chǎn)品多樣化縮短生產(chǎn)周期制造技能簡化減少空間占用節(jié)省材料3D打印主要優(yōu)勢一.3D打印的原理特別適合復(fù)雜結(jié)構(gòu)、個性化制造及創(chuàng)新構(gòu)思的快速驗證3D打印技術(shù)具有成形材料廣、零件性能優(yōu)的突出特點3D打印科普講座

增材制造/3D打印改變社會生產(chǎn)模式改變?nèi)祟惿罘绞降谌喂I(yè)革命3D打印科普講座主要內(nèi)容一.3D打印的原理二.

3D打印技術(shù)分類和特點三.

3D打印在各行各業(yè)中的應(yīng)用四.3D打印的流程五.3D打印的未來3D打印科普講座

第2類：金屬增材制造：1977(~1992)年開始用途：裝備關(guān)鍵金屬零部件的直接制造與升級再制造

第1類：非金屬增材制造：1984年提出，RP/RPM新產(chǎn)品開發(fā)(間接制造);產(chǎn)品定制化；生產(chǎn)離散化增材制造/3D打印：三大類第3類：生物組織增材制造：~2003年開始用途：人體組織及器官的體外/體內(nèi)“培養(yǎng)”

3D打印科普講座二.

3D打印技術(shù)分類和特點

第1類：非金屬增材制造：1984年提出，RP/RPM新產(chǎn)品開發(fā)(間接制造);產(chǎn)品定制化；生產(chǎn)離散化工藝名稱原材料增材方式光敏樹脂固化：SLA液體樹脂光固化疊層實體制造：LOM紙/塑料膜粘結(jié)熔絲擠出造型：FDM樹脂絲粘結(jié)粉床激光燒結(jié)

：SLS粉末燒結(jié)粉床3D打印

：3DP粉末粘結(jié)五種基本方法3D打印科普講座二.

3D打印技術(shù)分類和特點采用激光一點點照射光固化液態(tài)樹脂使之固化的方法成形，是當(dāng)前應(yīng)用最廣泛的一種高精度成形工藝。（成本較高）1.SLA光固化（立體光刻）成形材料：液態(tài)光敏樹脂；

--制件性能：相當(dāng)于工程塑料或蠟?zāi)＃?/p>

--主要用途：高精度塑料件、鑄造用蠟?zāi)?、樣件或模?D打印科普講座二.

3D打印技術(shù)分類和特點1.SLA光固化（立體光刻）典型SLA設(shè)備SLA成形的典型零件3D打印科普講座二.

3D打印技術(shù)分類和特點1.SLA光固化的升級—CLIP技術(shù)：連續(xù)液體界面提取技術(shù)CLIP從底部投影，使光敏樹脂固化，不需要固化的部分通過控制氧氣，形成死區(qū)，抑制光固化反應(yīng)而保持穩(wěn)定的液態(tài)區(qū)域，這樣就保證了固化的連續(xù)性3D打印科普講座二.

3D打印技術(shù)分類和特點1.SLA光固化的升級—CLIP技術(shù)：連續(xù)液體界面提取技術(shù)科幻電影：終結(jié)者2科幻與現(xiàn)實3D打印科普講座二.

3D打印技術(shù)分類和特點1.SLA光固化的升級—CLIP技術(shù)：連續(xù)液體界面提取技術(shù)第一款商業(yè)化3D打印機(jī)：carbonM1型優(yōu)勢：連續(xù)液態(tài)界面成形，表面光滑，比普通SLA打印速度快25-100倍劣勢：價格貴，目前租用，每年需要支付4萬美元的費(fèi)用；零件尺寸較小144mmx81mmx330mm適用5種材料：硬聚氨酯；柔性聚氨酯；彈性聚氨酯；氰酸酯；一般樹脂3D打印科普講座二.

3D打印技術(shù)分類和特點2.疊層實體制造：LOM原理：激光切割材料：紙、塑料、金屬箔片特點：每層厚度70-150μm精度低，材料浪費(fèi)，適合中大型零件價格：高（基本退出市場）采用激光切割箔材，箔材之間靠熱熔膠在熱壓輥的壓力和傳熱作用下熔化并實現(xiàn)粘接，一層層疊加制造原型。3D打印科普講座二.

3D打印技術(shù)分類和特點2.疊層實體制造：LOMLOM成形的典型零件LOM原材料-紙早期的LOM設(shè)備3D打印科普講座二.

3D打印技術(shù)分類和特點3.熔絲擠出造型：FDM是一種不依靠激光作為成型能源、利用加熱高溫將絲材（如工程塑料ABS、聚碳酸酯PC等）熔化，通過打印頭擠出成細(xì)絲，在構(gòu)件平臺堆積成型，冷卻后硬化的成型方法。--成形材料：固體絲狀工程塑料；--制件性能：相當(dāng)于工程塑料或蠟?zāi)＃?/p>

--主要用途：塑料件、鑄造用蠟?zāi)！蛹蚰Ｐ?。FDM是最簡單也是最常見的3D打印技術(shù)，通常應(yīng)用于桌面級3D打印設(shè)備。（成本低）3D打印科普講座二.

3D打印技術(shù)分類和特點3.熔絲擠出造型：FDM方便的打印彩色物品ABS塑料類

PLA塑料類

3D打印科普講座二.

3D打印技術(shù)分類和特點3.熔絲擠出造型：FDM基于FDM技術(shù)的3D打印機(jī)種類最多，從個人家庭桌面打印機(jī)到企業(yè)工業(yè)打印機(jī)，全范圍覆蓋網(wǎng)上就可以買到：個人家庭使用3D打印科普講座二.

3D打印技術(shù)分類和特點3.熔絲擠出造型：FDM個人家用3D打印機(jī)，隨心所欲自由設(shè)計、自由想象3D打印科普講座二.

3D打印技術(shù)分類和特點4.粉末激光燒結(jié)技術(shù)SLS采用激光逐點燒結(jié)粉末材料，使包覆于粉末材料外的固體粘接劑或粉末材料本身熔融實現(xiàn)材料的粘接。燒到的地方就成型了，未燒到的地方還是粉末。成型材料和成型件的物理性能很好，持久耐用。（金屬粉末可部分熔化粘接而不需要粘接劑）3D打印科普講座二.

3D打印技術(shù)分類和特點4.粉末激光燒結(jié)技術(shù)SLS--成形材料：粉末,金屬或塑料；

--制件性能：相當(dāng)于工程塑料、蠟?zāi)?、砂型?/p>

--主要用途：樣件或模型，金屬件。SLS優(yōu)點；1、可采用多種材料。2、制造工藝比較簡單。3、高精度。一般能夠達(dá)到工件整體范圍內(nèi)±(0.05～2.5)mm的公差。當(dāng)粉末粒徑為0.1mm以下時，成型后的原型精度可達(dá)±0.1mm。4、材料利用率高，價格便宜，成本低。5、無需支撐結(jié)構(gòu)。3D打印科普講座二.

3D打印技術(shù)分類和特點4.粉末激光燒結(jié)技術(shù)SLS摩托車引擎缸體（253.8

253.7

181.8mm3）SLS熔模鑄造鋁合金鑄件塑料制件---熔模精密鑄造3D打印科普講座二.

3D打印技術(shù)分類和特點4.粉末激光燒結(jié)技術(shù)SLS復(fù)雜尼龍零件的直接3D打印3D打印科普講座二.

3D打印技術(shù)分類和特點5.粉末床噴射3D打印，3DP

3DP即三維打印快速成型技術(shù)，其與傳統(tǒng)二維噴墨打印接近，從噴頭噴出粘結(jié)劑（彩色粘結(jié)劑可以打印出彩色制件），將平臺上的粉末粘結(jié)成型，通常用采用石膏粉作為成型材料。3DP技術(shù)目前主要應(yīng)用有兩個：全彩3D打印及砂模鑄造。3D打印科普講座二.

3D打印技術(shù)分類和特點5.粉末床噴射3D打印，3DP3DP成形工藝過程示意圖材料：塑料、陶瓷特點：精度低價格：低3D打印科普講座全彩色3DP：先鋪一薄層粉末材料，然后利用噴嘴選擇性地在粉層表面噴射粘接劑，將粉末材料粘接在一起形成實體層，逐層粘接，最終形成三維零件。二.

3D打印技術(shù)分類和特點5.粉末床噴射3D打印，3DP3D打印科普講座二.

3D打印技術(shù)分類和特點5.粉末床噴射3D打印，3DP3DP砂型–砂型鑄造-鋁合金發(fā)動機(jī)零件間接制造3D打印科普講座

第2類：金屬增材制造：1977(~1992)年開始用途：裝備關(guān)鍵金屬零部件的直接制造與升級再制造

第1類：非金屬增材制造：1984年提出，RP/RPM新產(chǎn)品開發(fā)(間接制造);產(chǎn)品定制化；生產(chǎn)離散化增材制造/3D打?。喝箢惖?類：生物組織增材制造：~2003年開始用途：人體組織及器官的體外/體內(nèi)“培養(yǎng)”

3D打印科普講座高能束零件~2003年提出；激光、電子束尺寸小~600mm、效率低~100g/h、成本高粉床(鋪粉)選區(qū)熔化SLM/SEBM：小型復(fù)雜構(gòu)件金屬增材制造：方法一發(fā)展方向1.增大尺寸及精度：工藝、設(shè)備2.提高效率及質(zhì)量：工藝、材料、設(shè)備3.降低制造成本：粉末、設(shè)備、工藝3D打印科普講座二.

3D打印技術(shù)分類和特點激光SLM電子束SEBM3D打印科普講座粉末零件數(shù)模少量加工最終零件零件精坯激光熔化沉積

“增材制造”送粉/絲金屬增材制造，大型承力構(gòu)件~1992年開始，激光/電子束/電弧激光束高性能材料制備與復(fù)雜零件“近凈成形”一體化非平衡材料、多材料復(fù)合、梯度材料高性能構(gòu)件無需大型鍛造裝備及鍛壓模具材料利用率高、加工時間短、成本低、周期短“超?！笨焖俜磻?yīng)能力、高柔性，快速修復(fù)材料技術(shù)制造技術(shù)高性能大型復(fù)雜整體構(gòu)件制造技術(shù)發(fā)展方向金屬增材制造：方法二3D打印科普講座二.

3D打印技術(shù)分類和特點送粉/絲金屬增材制造，大型承力構(gòu)件3D打印技術(shù)中，難度最大、工藝最復(fù)雜，對國家工業(yè)裝備制造影響力最大的一種3D打印技術(shù)，是3D打印領(lǐng)域的明星！3D打印科普講座e·E

=sL·DT·a＝DL難以制造“大型構(gòu)件”構(gòu)件嚴(yán)重“變形或開裂”技術(shù)挑戰(zhàn)一：內(nèi)應(yīng)力難以控制變形開裂3D打印科普講座技術(shù)挑戰(zhàn)二：“內(nèi)部質(zhì)量”難控多變力學(xué)性能低且不穩(wěn)定無法用作關(guān)鍵主承力構(gòu)件內(nèi)部缺陷微觀結(jié)構(gòu)內(nèi)部晶粒3D打印科普講座方法2：送粉/絲熔化堆積

大型整體構(gòu)件第2類：金屬構(gòu)件增材制造3D打印科普講座

第2類：金屬增材制造：1977(~1992)年開始用途：裝備關(guān)鍵金屬零部件的直接制造與升級再制造

第1類：非金屬增材制造：1984年提出，RP/RPM新產(chǎn)品開發(fā)(間接制造);產(chǎn)品定制化；生產(chǎn)離散化增材制造/3D打?。喝箢惖?類：生物組織增材制造：~2003年開始用途：人體組織及器官的體外/體內(nèi)“培養(yǎng)”

3D打印科普講座

“活性細(xì)胞”3D打印:人體器官“制造”？

第3類：生物組織增材制造人體硬/軟組織或器官體內(nèi)或體外“培養(yǎng)”3D打印科普講座

“活性細(xì)胞”3D打印:人體器官“制造”？

第3類：生物組織及人體器官增材制造用途：人體硬/軟組織或器官體內(nèi)或體外“培養(yǎng)”（3D打印生物可降解多孔支架+活性細(xì)胞或細(xì)胞直接打印后進(jìn)行“體外或體內(nèi)培養(yǎng)”）~2003年開始，尚未應(yīng)用3D打印科普講座TCP＋PLGA制作的骨組織工程支架清華大學(xué)林峰教授提供可降解“生物支架”增材制造及生物組織體外或體內(nèi)培養(yǎng)第3類：生物組織及人體器官增材制造3D打印科普講座可降解“生物支架”增材制造及生物組織體外或體內(nèi)培養(yǎng)清華大學(xué)林峰教授提供第3類：生物組織及人體器官增材制造3D打印科普講座主要內(nèi)容一.3D打印的原理二.

3D打印技術(shù)分類和特點三.

3D打印在各行各業(yè)中的應(yīng)用四.3D打印的流程五.3D打印的未來3D打印科普講座醫(yī)療美國一家兒科醫(yī)學(xué)中心利用3D打印技術(shù)成功制造出全球第一顆人類心臟，這顆用塑料打印出的心臟可以像正常人類心臟一樣正常跳動。外科醫(yī)生能夠利用3D打印心臟來練習(xí)復(fù)雜的手術(shù)。3D打印血管德國Fraunhoferinstitutes的跨學(xué)科研究小組宣布，解開了3D打印血管的奧秘。3D打印骨頭Open3DP創(chuàng)新小組向世界宣布3D打印在骨頭上的應(yīng)用。三.

3D打印在各行各業(yè)中的應(yīng)用3D打印科普講座醫(yī)療維克森林大學(xué)的安東尼·阿塔拉博士展示一個3D打印腎臟原型。阿塔拉博士使用的3D打印機(jī)使用一種類似凝膠的生物可降解材料，逐層打印腎臟。維克森林大學(xué)，阿塔拉的研究小組利用3D打印技術(shù)打印的耳朵支架，隨后在上面“播撒”皮膚細(xì)胞，培育出仿真度極高的人造耳。當(dāng)前的人造耳采用聚苯乙烯泡沫塑料等材料，看起來十分僵硬，很不自然。維克森林大學(xué)的實驗室，科學(xué)家利用3D打印機(jī)打印的鼻子支架，隨后可借助支架利用患者自身細(xì)胞培育人造鼻。由于利用患者自身細(xì)胞，患者的身體不會對這個新鼻子產(chǎn)生排斥。三.

3D打印在各行各業(yè)中的應(yīng)用3D打印科普講座鞋子耐克推全球第一款3D打印足球鞋這項新技能的運(yùn)用意味著耐克能夠在更短的時刻內(nèi)依據(jù)靴子的原型作出一些改動。并且這款靴子比曾經(jīng)的鞋子愈加輕盈且能減縮短跑時刻。3d打印鞋美國設(shè)計工作室ContinuumFashion發(fā)布了他們的第一個可穿3d打印鞋履系列——“strvct”。紐拜倫利用3D打印技術(shù)制造的跑鞋三.

3D打印在各行各業(yè)中的應(yīng)用3D打印科普講座服飾3D打印的服裝白色尼龍制作出來的胸衣配飾、羽毛狀衣服手鐲面飾類似橡膠的新型材料三.

3D打印在各行各業(yè)中的應(yīng)用3D打印科普講座模型微縮工廠模型Materialise3D打印了一個非常精細(xì)的微縮工廠模型：一個植物燃?xì)夤綥indeAG的微縮工廠縮小模型。兩個月胎兒模型日本公司利用3D打印技術(shù)制作胎兒臉部模型父母們不僅可以看到腹中孩子的照片，通過3D打印技術(shù)，還可以拿到和孩子等大的寶寶的模型。古羅馬城市12名耶魯學(xué)生和他們的教授一起，通過3D打印，重建古羅馬城市景觀。三.

3D打印在各行各業(yè)中的應(yīng)用3D打印科普講座模型奧迪A4和寶馬3系列的插值模型DrivAer是奧迪A4和寶馬3系列的插值模型，是一款長120厘米，寬45厘米，高40厘米的真實模型。這款模型在慕尼黑工業(yè)大學(xué)的電腦完成設(shè)計，然后由3D打印機(jī)使用環(huán)氧樹脂和石膏打印。無人駕駛的激光燒結(jié)飛機(jī)南安普敦大學(xué)研制出的這種飛機(jī)(SULSAUAV)，所有的部件，包括機(jī)翼、整體操縱面、出入艙口，均由尼龍激光燒結(jié)打印機(jī)EOSEOSINTP730打印而成。三.

3D打印在各行各業(yè)中的應(yīng)用這是世界上首輛3D打印的汽車，零部件只有40個。3D打印科普講座工業(yè)、建筑3D打印混凝土成品OpenReflex單反相機(jī)LéoMarius用ABS樹脂材料打印出來的。除了反光板和一些螺絲外，整部相機(jī)分為三大部分：膠片艙、快門、取景器。打印立體的建筑印刷機(jī)從噴嘴處噴出以鎂為主要原料的粘合膠，這些粘合膠跟沙子結(jié)合并在印刷機(jī)對其施壓后變成巖石。三.

3D打印在各行各業(yè)中的應(yīng)用3D打印科普講座珠寶首飾黃金掛件Shapeways上就有大量的設(shè)計師設(shè)計的

TimeKeeperPendant仿俄羅斯大皇冠斯摩棱斯克鉆石珠寶集團(tuán)引入3D打印技術(shù)，掃描原始皇冠和EnvisionTec

3D打印機(jī)精確復(fù)制原版的俄羅斯大皇冠，復(fù)刻品采用WIC-100樹脂以及14k白金打造。皇冠余下部分采用傳統(tǒng)手工技藝完成。3D打印的鈦金屬腕表設(shè)計師ZachRave制造過程是激光使鈦粉按設(shè)計融合成粉層，一層層疊加直到最后形成產(chǎn)品。每一件產(chǎn)品都是獨(dú)一無二的。600美元/只三.

3D打印在各行各業(yè)中的應(yīng)用3D打印科普講座食物3D打印出可食用的熱狗肌肉片現(xiàn)代草甸(ModernMeadow)打印出了一塊約2cm長，1cm寬，1mm厚的肌肉片，這塊灰白的肌肉混合有血液和人造脂肪。這種生物原料是一種稱之為“bioink”的由數(shù)以十萬記得活細(xì)胞所構(gòu)成的物質(zhì)，想要在超市里見到3D打印的人造肉至少還要等上15-20年。打印食物的3D打印機(jī)砂糖“砂糖實驗室”用砂糖混合水與酒精，選擇合適濕度和硬度的砂糖材料，提高打印分辨率和砂糖的強(qiáng)度。三.

3D打印在各行各業(yè)中的應(yīng)用3D打印科普講座家具、裝飾設(shè)計師Bitonti用3D打印出的桌子花朵臺燈這款花朵臺燈的“花瓣”可以慢慢展開，燈光也會隨著“花瓣”的展開而變強(qiáng)。這款臺燈采用了3D打印技術(shù)制得，即整個燈罩是一次成型、連為一體的，包括花瓣之間的連接部分。iMaterialise公司3D打印的燈飾。水晶吊燈PAPERO波蘭ToDo設(shè)計工作室設(shè)計PAPERO看上去像是一塊懸掛的水晶，由兩部分組成：上面不透明部分為ABS塑料，采用3D打印技術(shù)打印而成，下面半透明部分用聚丙烯塑料板，采用激光切割工藝。三.

3D打印在各行各業(yè)中的應(yīng)用3D打印科普講座娛樂首款開源微縮模型游戲IllGottenGames團(tuán)隊發(fā)明了PocketTactics（口袋戰(zhàn)術(shù)-首款用3D打印的開源微縮模型游戲。游戲包括了人物小雕像、小棋子、骰子-都可以從Thingiverse下載，然后用MakerBot打印。Tinkercad是一個基于網(wǎng)頁的CAD程序，用戶可以輕松地擴(kuò)展和修改游戲。詭異

“X-Cube”魔方由丹麥學(xué)生克里斯蒂安森發(fā)明，魔方分為多個坐標(biāo)軸不同種拼接方式，一共有52個可以活動部件，102個小模塊組成，擁有的11次方組不同組合。在線定制Android公仔吉他3DSystems公司以GibsonLesPaul系列作為藍(lán)本的3D打印吉他的身軀三.

3D打印在各行各業(yè)中的應(yīng)用3D打印科普講座槍械、安全3D打印槍成功通過安檢并登上列車塑料槍械威爾遜和分布式防御組織(DefenseDistributed)成員打算籌集2萬美元用以設(shè)計一款塑料槍械，并發(fā)布其藍(lán)圖，然后人們利用RepRap開源3D打印機(jī)便可將槍械制造出來。但募得資金目前已被政府凍結(jié)。復(fù)制高安全性的鑰匙西勒奇(Schlage)制鎖公司因其高安全性的Primus鎖而聞名。黑客開發(fā)出一段程序，能夠采用3D打印或激光切割技術(shù)制作出Primus鑰匙模型。采用尼龍材料，每把鑰匙5美元。鈦合金的鑰匙150美元。建議高度安全機(jī)構(gòu)應(yīng)該使用電子鎖，才能達(dá)到難以復(fù)制的要求。羅馬尼亞罪犯使用3D打印機(jī)制造ATM設(shè)備竊取悉尼居民的資金三.

3D打印在各行各業(yè)中的應(yīng)用3D打印科普講座考古復(fù)制250萬年的古人類頭骨GonzaloMartinez使用的是Objet最新透明VeroClear材料，得到這種光滑的“像冰一樣”的模型。3.9億年前遠(yuǎn)古生物立體模型借助3D打印技術(shù)，一只生活在3.9億年前渾身尖刺、全身硬甲覆蓋的軟體動物近日再次展現(xiàn)在人們眼前。揭開名畫背后的秘密Coform的科學(xué)家使用一臺叫做Mini-Dome的設(shè)備可以將畫作上的一筆一畫都放大，清晰地看到這幅自畫像是如何完成的。故3D可以用于博物館和文化遺產(chǎn)的修復(fù)工作。三.

3D打印在各行各業(yè)中的應(yīng)用3D打印科普講座工業(yè)設(shè)計三.

3D打印在各行各業(yè)中的應(yīng)用3D打印科普講座主要內(nèi)容一.3D打印的原理二.

3D打印技術(shù)分類和特點三.

3D打印在各行各業(yè)中的應(yīng)用四.3D打印的流程五.3D打印的未來3D打印科普講座3D打印的具體流程該如何實現(xiàn)3D打??？3D打印科普講座第一步：準(zhǔn)備一個可打印的3D數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為3D打印機(jī)分層軟件可識別的格式文件，不同打印機(jī)格式不同，通用的為STL格式AutoCAD，UG，solidworks，CATIA，CADKEY，Pro／Engineer，3dmax等三維掃描Geomagic、Rapidform等Tinkercad、Autodesk123D、3DTin、SketchUp等該如何實現(xiàn)3D打??？603D打印科普講座第二步：選擇一臺合適的3D打印機(jī)該如何實現(xiàn)3D打??？613D打印科普講座第三步：把3D數(shù)據(jù)導(dǎo)入打印機(jī)控制軟件，點擊START，然后泡上一杯咖啡，坐等作品出爐該如何實現(xiàn)3D打??？623D打印科普講座最后一步：后處理該如何實現(xiàn)3D打??？633D打印科普講座主要內(nèi)容一.3D打印的原理二.

3D打印技術(shù)分類和特點三.

3D打印在各行各業(yè)中的應(yīng)用四.3D打印的流程五.3D打印的未來3D打印科普講座3D打印與普通民眾的距離其實很近專業(yè)3D打印機(jī)個人3D打印機(jī)五.3D打印的未來653D打印科普講座