3D打印論文

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1、金陵科技學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院 課程（論文）專(zhuān)用紙 目 錄 摘 要 ………………………………………………………………………………Ⅰ 引 言……（宋體小四）……………………………………………………………1 一、××××××××××……………（宋體小四）………………………………2 （一）××××××××××…………（宋體小四）………………………………3 1．××××××××××……………（宋體小四）………………………………3 2．××××××××××……………（宋體小四）………………………………4

2、 （二）××××××××××…………（宋體小四）………………………………6 1．××××××××××……………（宋體小四）………………………………6 2．××××××××××……………（宋體小四）………………………………7 3．××××××××××……………（宋體小四）………………………………7 二、××××××××××……………（宋體小四）………………………………8 （一）××××××××××…………（宋體小四）………………………………8 1．××××××××××……………（宋體小四）………………………………8 2．××××××××××× ……………（宋體小四）…………………

3、………10 3．×××××××××× ……………（宋體小四）……………………………11 （二）×××××××××× …………（宋體小四）……………………………13 1．×××××××××× ……………（宋體小四）……………………………13 2．×××××××××× ……………（宋體小四）……………………………14 3．×××××××××× ……………（宋體小四）……………………………15 結(jié) 論…… （宋體小四）…………………………………………………………16 致 謝 …（宋體小四）……………………………………………………………17 參考文獻(xiàn) ……（宋體小四）…

4、………………………………………………………18 3D打印及其發(fā)展影響 [摘要]3D打印是一種新興的快速成型技術(shù)，近年來(lái)廣泛傳播，備受關(guān)注，被譽(yù)為“第三次工業(yè)革命”核心技術(shù)。本文介紹了3D打印原理，深入說(shuō)明了現(xiàn)階段3D打印還存在技術(shù)不成熟、精度不高、材料受限、消費(fèi)高等不足問(wèn)題。但隨著3D打印技術(shù)的快速發(fā)展，它勢(shì)必對(duì)很多行業(yè)領(lǐng)域有所沖擊，特別是醫(yī)療界、食品行業(yè)、傳統(tǒng)機(jī)械加工和模具等必定會(huì)受到很大的影響。 [關(guān)鍵詞]3D打印 快速成型技術(shù) 限制 影響 第 I 頁(yè) 共 I 頁(yè) 引 言 從3D打印技術(shù)誕生于20世紀(jì)80年代后期至今，3D打印技術(shù)越來(lái)

5、越成熟，被譽(yù)為“第三次工業(yè)革命”核心技術(shù)。特別是近兩年，國(guó)內(nèi)開(kāi)始興起3D打印熱潮，開(kāi)始了一些關(guān)于3D打印研究。如今，國(guó)內(nèi)也有3D打印機(jī)生產(chǎn)企業(yè)，淘寶也開(kāi)始售賣(mài)3D打印產(chǎn)品。就在本月，南京3D打印研究院通過(guò)自主研發(fā)的3D食品打印機(jī)成功打印出集藝術(shù)與口感于一體的巧克力。 為了擴(kuò)大3D打印技術(shù)的影響，為了讓更多的人了解3D打印最新研究狀況以及未來(lái)對(duì)某些行業(yè)的影響，故撰寫(xiě)此文供大家閱讀。 本文首先對(duì)簡(jiǎn)單介紹了3D打印以及其原理，再分析現(xiàn)身的不足之處，最后在能克服其自身不足的情況下分析了3D打印對(duì)各行業(yè)的影響。 受材料等主要因素的影響，3D打印技術(shù)目前存在在很多不足和發(fā)展限制，故3D打印的魅力就在

6、于其受到的限制，一旦3D打印技術(shù)沖破了這些限制，其潛力也就爆發(fā)出來(lái)。 一、3D打印簡(jiǎn)介 3D打印（3D printing），即快速成型技術(shù)的一種，它是一種以數(shù)字模型文件為基礎(chǔ)，運(yùn)用粉末狀金屬或塑料等可黏合材料，通過(guò)逐層打印的方式來(lái)構(gòu)造物體的技術(shù)。通俗點(diǎn)講，3D打印是一種不再需要傳統(tǒng)的刀具、夾具和機(jī)床就可以打造任意形狀，根據(jù)零件或物體的三維模型數(shù)據(jù)，通過(guò)成型設(shè)備以材料累加的方式制成實(shí)物模型的技術(shù)。 3D打印，作為一項(xiàng)綜合性應(yīng)用技術(shù)較強(qiáng)的還不太成熟的技術(shù)，它綜合了機(jī)電控制技術(shù)、材料科學(xué)與化學(xué)技術(shù)、信息技術(shù)、數(shù)字建模等多多方面前沿技術(shù)，科技含量高。3D打印機(jī)，作為3D打印打印的

7、核心設(shè)備，集機(jī)械、控制及計(jì)算機(jī)等為一體，由數(shù)控系統(tǒng)、成型環(huán)境和高精度機(jī)械系統(tǒng)等組成。 目前，3D打印技術(shù)主要應(yīng)用于產(chǎn)品模型、藝術(shù)創(chuàng)作等領(lǐng)域，由于技術(shù)和材料等一系列條件的限制，3D打印技術(shù)還為完全進(jìn)軍機(jī)械和醫(yī)學(xué)等行業(yè)，隨著技術(shù)的完善和材料的研發(fā)，3D打印必定會(huì)以第三次工業(yè)革命的領(lǐng)軍角色掀起革命熱潮。 二、3D打印原理 3D打印技術(shù)是以計(jì)算機(jī)三維設(shè)計(jì)模型為藍(lán)本，用軟件將其離散分解成若干層平面切片，然后由數(shù)控成型系統(tǒng)利用激光束、熱熔噴嘴等方式將粉末狀、液狀或絲狀金屬、陶瓷、塑料、細(xì)胞組織等材料進(jìn)行逐層堆積黏結(jié)，最終疊加成型，制造出實(shí)體產(chǎn)品。 3、 目前3D打印的不足 （1）

8、 、技術(shù)不成熟 從2010年出現(xiàn)商業(yè)3D打印機(jī)至今，3D打印技術(shù)越見(jiàn)成熟，目前市場(chǎng)上的快速成型技術(shù)分為3DP 技術(shù)、FDM熔融層積成型技術(shù)、SLA立體平版印刷技術(shù)、SLS選區(qū)激光燒結(jié)、DLP激光成型技術(shù)和UV紫外線(xiàn)成型技術(shù)等，但3D打印技術(shù)還沒(méi)有達(dá)到完全成熟階段。很多快速成型技術(shù)有待研發(fā)，現(xiàn)有技術(shù)有待完善。例如SLS粉體成型之優(yōu)點(diǎn)是硬度高，但是韌性只有注塑件的十分之一。 其次，目前3D打印機(jī)打印的產(chǎn)品有一定的整體大小限制并且3D打印機(jī)打印產(chǎn)品起連接作用的零部件有一定的厚度限制，當(dāng)其厚度小到無(wú)法承受內(nèi)應(yīng)力時(shí)，連接部分便會(huì)斷裂。 最后，3D打印技術(shù)的推廣應(yīng)用不廣泛也是其技術(shù)不成熟的表現(xiàn)之一。

9、只有少數(shù)企業(yè)少數(shù)人才掌握了這項(xiàng)新生技術(shù)，導(dǎo)致其3D打印的研發(fā)工作很難比較全面展開(kāi)。 （2） 、精度有待提高 3D打印以“每層疊加”為加工方式，這對(duì)打印設(shè)備的精準(zhǔn)度和穩(wěn)定性要求極高，一旦有一層出現(xiàn)問(wèn)題，整個(gè)產(chǎn)品就會(huì)變形。 美國(guó)Solidscape公司是全球最大的3D打印技術(shù)服務(wù)商Stratasys旗下子公司，是全球最高精度3D打印機(jī)制造商。其擁有全球最高精度的3d打印機(jī)Solidscape。Solidscape最小層厚可以達(dá)到6.3μm，表面精度達(dá)到0.81μm，分辨率達(dá)到5000*5000*8000dpi。該達(dá)到全球最高精度和獨(dú)有的特性3D打印產(chǎn)品，可以100%實(shí)現(xiàn)鑄造。 但高精度3D

10、打印機(jī)只存在于實(shí)驗(yàn)產(chǎn)品中，還為完全推出，目前普遍存在于市場(chǎng)的3D打印機(jī)的精度只有0.1mm，很難滿(mǎn)足某些飾品的精度需求。 （3） 、材料受到限制 用于3D打印的原材料較為特殊，必須能夠液化、絲化、粉末化，打印后又能重新結(jié)合起來(lái)，材料工藝要求極高，現(xiàn)有3D打印材料種類(lèi)較少，故限制了3D打印技術(shù)的應(yīng)用推廣。雖然現(xiàn)有各種顏色原材料以豐富產(chǎn)品外觀(guān)，但依然無(wú)透明材料滿(mǎn)足產(chǎn)品視覺(jué)要求。另外材料的性能要求遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿(mǎn)足不了某些產(chǎn)品的需要，例如航空零配件，即使能夠打印出該零配件，但因?yàn)椴牧显?，所得產(chǎn)品的性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到航空要求。 快速成型材料基本上可以分為高分子材料和金屬材料兩大類(lèi)，高分子材料如光敏樹(shù)

11、脂、ABS、PC、尼龍粉、石膏粉、蠟等，是目前主流的快速成型材料。金屬材料受快速成型工藝的局限及材料本身的限制，應(yīng)用并不廣泛；未來(lái)，金屬材料可能會(huì)在應(yīng)用中體現(xiàn)它的優(yōu)勢(shì)，可能會(huì)有更多的金屬加工工藝及金屬材料出現(xiàn)。 （4） 、3D打印消費(fèi)高 如前面所說(shuō)，用于3D打印的原材料較為特殊，必須能夠液化、絲化、粉末化，打印后又能重新結(jié)合起來(lái)，材料工藝要求極高，故材料成本很高。相關(guān)數(shù)據(jù)表明，打印一個(gè)一次性紙杯大小的產(chǎn)品，整個(gè)耗材價(jià)格達(dá)到100到200元，一般消費(fèi)者難以承受，從材料成本角度看，3D打印產(chǎn)品難以替代現(xiàn)規(guī)模經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)方式下的產(chǎn)品。 目前，全球還為形成比較完成的3包含材料制備、相關(guān)軟件、工藝、裝

12、備、管理及創(chuàng)意服務(wù)和應(yīng)用的相關(guān)產(chǎn)業(yè)鏈，能夠完成相關(guān)服務(wù)的企業(yè)少之又少！有能力生產(chǎn)3D打印機(jī)和3D打印的原材料的企業(yè)相對(duì)較少，故得花費(fèi)巨資購(gòu)進(jìn)3D打印機(jī)和相關(guān)材料，但因?yàn)樵O(shè)備技術(shù)不太成熟，3D打印機(jī)罷工成了常有事情，維修3D打印機(jī)的人才更少，故維修費(fèi)之高也影響了3D打印消費(fèi)。 目前，3D打印產(chǎn)品主要為模型和飾品等低消費(fèi)產(chǎn)品，因?yàn)樽陨矸N類(lèi)的限制和價(jià)格之高，所以難以通過(guò)產(chǎn)品擴(kuò)大3D打印產(chǎn)品的市場(chǎng)，所以，3D打印主要還是處在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行相關(guān)研發(fā)工作。 四、3D打印發(fā)展應(yīng)用及影響 （1） 、進(jìn)軍醫(yī)療界 在醫(yī)療界，3D打印技術(shù)主要應(yīng)用在外科手術(shù)中。需器官移植的患者身上，可為其“量身打造”所需

13、器官，無(wú)需擔(dān)心排異反應(yīng)。而打印一個(gè)人體心臟瓣膜，只需要價(jià)值10美元的高分子材料。2012年11月，蘇格蘭科學(xué)家利用人體細(xì)胞首次用3D打印機(jī)打印出人造肝臟組織。2015年5月，國(guó)內(nèi)第一個(gè)實(shí)用型3D打印假肢誕生，經(jīng)過(guò)反復(fù)的設(shè)計(jì)和試用，最終那位5歲小男孩借助假肢可以完成一些基本動(dòng)作，目前已經(jīng)能夠控制自行車(chē)把手駕駛自行車(chē)。牙病是人群中普遍存在的，通過(guò)3D打印打印牙齒可以幫助患者正常進(jìn)食。 當(dāng)前，雖然醫(yī)療界中的3D打印技術(shù)能給患者帶來(lái)很大的幫助，但其主要還處于實(shí)驗(yàn)階段?？萍荚诎l(fā)展，3D打印技術(shù)在成熟，3D打印技術(shù)遲早會(huì)成熟到能到完成各項(xiàng)醫(yī)療任務(wù)。 （二）、深入建筑領(lǐng)域 在建筑行業(yè)里，使用3D打印

14、機(jī)打印建筑模型是普遍存在的現(xiàn)象，這種方法環(huán)保、快速并且成本低，同時(shí)制作精美，除了無(wú)法達(dá)到透視效果，完全合乎工程師和設(shè)計(jì)師的要求，同時(shí)又能節(jié)省大量建模材料。 因?yàn)?D打印機(jī)規(guī)格和材料的限制，目前我們無(wú)法直接打印出一座建筑，也無(wú)法打印生產(chǎn)建筑所需的一張一瓦；正因?yàn)椴牧喜煌该餍再|(zhì)的限制，我們?cè)诖蛴〗ㄖＰ蜁r(shí)無(wú)法進(jìn)行建筑內(nèi)部打印，模型表面有形，內(nèi)部空虛，應(yīng)用價(jià)值較低。 當(dāng)3D打印技術(shù)克服以上技術(shù)困難時(shí)，它將完全進(jìn)入建筑領(lǐng)域。 （3） 、3D打印食品 3D食物打印技術(shù)與3D打印技術(shù)同時(shí)發(fā)展，它是3D打印技術(shù)與食物加工技術(shù)結(jié)合的產(chǎn)物，綜合了機(jī)電控制技術(shù)、數(shù)字建模技術(shù)、材料科學(xué)與食物制造等方

15、面的先進(jìn)技術(shù)，具有很高的科技含量。 3D食物打印機(jī)采用了一種全新的電子藍(lán)圖系統(tǒng)，不僅方便打印食物，同時(shí)也能幫助人們?cè)O(shè)計(jì)出不同樣式的食物。該打印機(jī)所使用的“墨水”均為可食用性的原料，如巧克力汁、面糊、奶酪等。一旦人們?cè)陔娔X上畫(huà)好食物的樣式圖并配好原料，電子藍(lán)圖系統(tǒng)便會(huì)顯示出打印機(jī)的操作步驟，完成食物的“搭建”工程。這款食物打印機(jī)將大大簡(jiǎn)化食物的制作過(guò)程，同時(shí)也能夠幫助人們制作出更加營(yíng)養(yǎng)、健康而且有趣地食品，這款3D食物打印機(jī)上市后，可供家庭及餐館等不同場(chǎng)所使用。 世界首款 3D 食品打印機(jī)——Foodini，是西班牙創(chuàng)業(yè)公NaturalMachines 研制出的，是一款融“食物、技術(shù)

16、、藝術(shù)和設(shè)計(jì)”于一身的家用食品機(jī)械，通過(guò)多個(gè)噴嘴的不同組合，可以制作出種類(lèi)各異的食物，如披薩、巧克力、意面和漢堡等。 Choctory是國(guó)內(nèi)首臺(tái)能夠成熟打印3D立體模型的巧克力打印機(jī)，由南京增材制造（3D打印）研究院自主研發(fā)所得。目前已進(jìn)入工業(yè)測(cè)試階段。2015年5月12日，3D打印巧克力亮相第二十八屆中國(guó)國(guó)際烘焙展覽會(huì)。此次展出的眾多異形3D打印巧克力就是由該Choctory制作而成。 咀嚼和吞咽食物是老年人常見(jiàn)的問(wèn)題，在醫(yī)學(xué)上稱(chēng)之為“吞咽困難”。3D打印食品可謂是老年人的福音。因?yàn)?D食物打印材料的特殊性，食物很容易咀嚼和吞咽，這對(duì)于老人來(lái)說(shuō)即使牙齒不全也能吃到自己喜愛(ài)的食物。3D食品

17、打印機(jī)很可能成為老人護(hù)理行業(yè)的革新者。 健康飲食是21世紀(jì)人們比較注重的一個(gè)切身健康利益的話(huà)題，3D打印技術(shù)能夠根據(jù)不同的人物需求，打印出符合兒童、青少年、孕婦和老人等營(yíng)養(yǎng)需求的食物，能給肥胖者和患病者（如3高、糖尿病等）帶來(lái)很大的便利和幫助。3D打印食品外觀(guān)和味道與原來(lái)食品相似，口感更好。 目前，3D食物打印技術(shù)還處于工業(yè)測(cè)試階段，待技術(shù)成熟之后將3D食物打印技術(shù)商品化，市場(chǎng)必定廣闊。 （4） 、3D打印產(chǎn)品商業(yè)化 中國(guó)人口眾多，假牙市場(chǎng)規(guī)模廣大，將3D打印技術(shù)應(yīng)用到假牙生產(chǎn)中，不僅將原來(lái)需要半年多次手術(shù)的周期降低到5個(gè)小時(shí)，而且將原來(lái)需要1到2萬(wàn)的成本降低到5000元左右。3D打印

18、假牙還處于臨床試驗(yàn)階段，當(dāng)其技術(shù)成熟到臨床時(shí)，可想而知其市場(chǎng)規(guī)模會(huì)有多大。 當(dāng)前，已有許多淘寶店售賣(mài)3D打印產(chǎn)品，但主要以文具等低端產(chǎn)品為主，主要還是技術(shù)限制了3D打印產(chǎn)品商業(yè)化的發(fā)展。如果3D打印技術(shù)成熟，材料豐富，3D打印產(chǎn)品走進(jìn)千家萬(wàn)戶(hù)并不是夢(mèng)。 （五）、文物保護(hù) 2013年，史密森尼博物館就因?yàn)樵嫉耐旭R斯·杰弗遜要放在弗吉尼亞州展覽，所以博物館用了一個(gè)巨大的3D打印替代品放在了原來(lái)雕塑的位置。這啟發(fā)了我們將3D打印技術(shù)應(yīng)用到文物保護(hù)中。確實(shí)，博物館中需要很多替代品來(lái)代替原始作品，保護(hù)其不受環(huán)境或意外事件的損壞。 在考古現(xiàn)場(chǎng)，可能年代久遠(yuǎn)，文物損壞程度不一，通過(guò)3D打印建立虛

19、擬模型，可將文物信息數(shù)據(jù)化保存，使用不同的材料打印出模型供人們鑒賞。 （六）、對(duì)機(jī)械方面的影響 1、對(duì)傳統(tǒng)制造業(yè)的影響 與傳統(tǒng)制造業(yè)的“減材制造技術(shù)”相反，3D打印遵從的是加法原則，即“逐層疊加”原則，提高了原材料和能源的利用率。3D打印技術(shù)完全可以離開(kāi)傳統(tǒng)的刀具、夾具和機(jī)床，從而大幅降低了生產(chǎn)成本和縮短了加工周期。3D打印無(wú)漏油現(xiàn)象，不需要使用冷卻液等，因此減少了對(duì)環(huán)境的影響。相比于傳統(tǒng)的車(chē)、銑、鏜、鉆、刨、拉、磨等復(fù)雜工藝，而且能加工出的結(jié)構(gòu)有限，3D打印技術(shù)能夠不僅不需要這些復(fù)雜繁瑣的加工工藝，并且能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜結(jié)構(gòu)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)制造，成型產(chǎn)品的密度也更加均勻。 當(dāng)前，因?yàn)?D打

20、印受到各種限制，其還不足以在傳統(tǒng)制造業(yè)造成很大的影響。當(dāng)3D打印技術(shù)完成成熟，材料等條件滿(mǎn)足要求，3D打印將代替部分傳統(tǒng)制造業(yè)。 2、對(duì)模具制造業(yè)的影響 模具，作為工業(yè)之母，在3D打印技術(shù)發(fā)展的的沖擊下將受到一定的影響。 前瞻產(chǎn)業(yè)研究院《2013-2017年中國(guó)模具制造行業(yè)產(chǎn)銷(xiāo)需求預(yù)測(cè)與轉(zhuǎn)型升級(jí)分析報(bào)告》分析認(rèn)為，短期內(nèi)3D打印不會(huì)震撼模具制造業(yè)的地位。目前3D打印技術(shù)并不適合批量生產(chǎn)，生產(chǎn)一件和生產(chǎn)１萬(wàn)件的成本單價(jià)基本相等，并且目前3D打印單個(gè)產(chǎn)品所需的時(shí)間較長(zhǎng)。在規(guī)模經(jīng)濟(jì)效應(yīng)的影響下，大批量生產(chǎn)中模具在我國(guó)占據(jù)明顯優(yōu)勢(shì)，在非批量、精密要求不高的產(chǎn)品制造領(lǐng)域，模具不具備替代性。而在非

21、批量的、精密的和尖端的產(chǎn)品制造中3D打印應(yīng)用的潛力較大，比如航空航天、醫(yī)療器械等領(lǐng)域。從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，隨著3D打印技術(shù)的發(fā)展，未來(lái)打印效率的提高及成本的降低，3D技術(shù)對(duì)模具行業(yè)的影響將不容小覷。 使用金屬材料，通過(guò)3D打印機(jī)可以快速打印出模具，這不僅減少了模具制造的時(shí)間周期，更加減少了人力和物力的投入，3D打印技術(shù)很有可能代替現(xiàn)有模具制造技術(shù)。 3D打印機(jī)不僅能夠打印出模具，還能打印出由模具生產(chǎn)的產(chǎn)品，但因?yàn)橄鄬?duì)于模具生產(chǎn)，3D打印單個(gè)產(chǎn)品所需的時(shí)間較長(zhǎng)，所以3D打印技術(shù)和模具制造技術(shù)有一定的相容互補(bǔ)性。例如，企業(yè)在開(kāi)發(fā)新產(chǎn)品時(shí)，可以用3D打印技術(shù)制造模具，再用傳統(tǒng)制造技術(shù)進(jìn)行批量生產(chǎn)。

22、 結(jié) 論 3D打印，作為第三次“工業(yè)革命”的核心技術(shù)，發(fā)展迅速，備受關(guān)注。深入了解3D打印，并掌握其一些基本技術(shù)，在以后的發(fā)展中必能收益。目前，3D打印還存在很多不足，在一定層度上限制了其發(fā)展和影響。隨著科技的發(fā)展，3D打印必能突破材料等因素的限制，在各個(gè)領(lǐng)域中造成很大的影響。 致 謝 感謝哈爾濱工業(yè)大學(xué)劉晉春等主編的第五版《特種加工》提供的選題參考以及相關(guān)基礎(chǔ)知識(shí)，感謝百度百科，維基百科等解決了3D打印中的基本常識(shí)性問(wèn)題，感謝南京3D打印研究院近期微博上公布的有關(guān)3D食品打印機(jī)打印巧克力等相關(guān)新聞，特別感謝中國(guó)知網(wǎng)提供的相關(guān)期刊文獻(xiàn)。謝謝！

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