3D打印論文

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1、金陵科技學(xué)院機電工程學(xué)院 課程（論文）專用紙 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 ……（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)，近年來廣泛傳播，備受關(guān)注，被譽為“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、消費高等不足問題。但隨著3D打印技術(shù)的快速發(fā)展，它勢必對很多行業(yè)領(lǐng)域有所沖擊，特別是醫(yī)療界、食品行業(yè)、傳統(tǒng)機械加工和模具等必定會受到很大的影響。 [關(guān)鍵詞]3D打印 快速成型技術(shù) 限制 影響 第 I 頁 共 I 頁 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

5、越成熟，被譽為“第三次工業(yè)革命”核心技術(shù)。特別是近兩年，國內(nèi)開始興起3D打印熱潮，開始了一些關(guān)于3D打印研究。如今，國內(nèi)也有3D打印機生產(chǎn)企業(yè)，淘寶也開始售賣3D打印產(chǎn)品。就在本月，南京3D打印研究院通過自主研發(fā)的3D食品打印機成功打印出集藝術(shù)與口感于一體的巧克力。 為了擴大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對某些行業(yè)的影響，故撰寫此文供大家閱讀。 本文首先對簡單介紹了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。 一、3D打印簡介 3D打?。?D 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)，運用粉末狀金屬或塑料等可黏合材料，通過逐層打印的方式來構(gòu)造物體的技術(shù)。通俗點講，3D打印是一種不再需要傳統(tǒng)的刀具、夾具和機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)，通過成型設(shè)備以材料累加的方式制成實物模型的技術(shù)。 3D打印，作為一項綜合性應(yīng)用技術(shù)較強的還不太成熟的技術(shù)，它綜合了機電控制技術(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，作為3D打印打印的

7、核心設(shè)備，集機械、控制及計算機等為一體，由數(shù)控系統(tǒng)、成型環(huán)境和高精度機械系統(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)還為完全進軍機械和醫(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)是以計算機三維設(shè)計模型為藍本，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、細胞組織等材料進行逐層堆積黏結(jié)，最終疊加成型，制造出實體產(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打印機至今，3D打印技術(shù)越見成熟，目前市場上的快速成型技術(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紫外線成型技術(shù)等，但3D打印技術(shù)還沒有達到完全成熟階段。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打印機打印的產(chǎn)品有一定的整體大小限制并且3D打印機打印產(chǎn)品起連接作用的零部件有一定的厚度限制，當(dāng)其厚度小到無法承受內(nèi)應(yīng)力時，連接部分便會斷裂。 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。 （2） 、精度有待提高 3D打印以“每層疊加”為加工方式，這對打印設(shè)備的精準(zhǔn)度和穩(wěn)定性要求極高，一旦有一層出現(xiàn)問題，整個產(chǎn)品就會變形。 美國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打印機制造商。其擁有全球最高精度的3d打印機Solidscape。Solidscape最小層厚可以達到6.3μm，表面精度達到0.81μm，分辨率達到5000*5000*8000dpi。該達到全球最高精度和獨有的特性3D打印產(chǎn)品，可以100%實現(xiàn)鑄造。 但高精度3D

10、打印機只存在于實驗產(chǎn)品中，還為完全推出，目前普遍存在于市場的3D打印機的精度只有0.1mm，很難滿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，材料工藝要求極高，現(xiàn)有3D打印材料種類較少，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，但依然無透明材料滿足產(chǎn)品視覺要求。另外材料的性能要求遠遠滿足不了某些產(chǎn)品的需要，例如航空零配件，即使能夠打印出該零配件，但因為材料原因，所得產(chǎn)品的性能遠遠達不到航空要求。 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，高分子材料如光敏樹

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，金屬材料可能會在應(yīng)用中體現(xiàn)它的優(yōu)勢，可能會有更多的金屬加工工藝及金屬材料出現(xiàn)。 （4） 、3D打印消費高 如前面所說，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，材料工藝要求極高，故材料成本很高。相關(guān)數(shù)據(jù)表明，打印一個一次性紙杯大小的產(chǎn)品，整個耗材價格達到100到200元，一般消費者難以承受，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打印機和3D打印的原材料的企業(yè)相對較少，故得花費巨資購進3D打印機和相關(guān)材料，但因為設(shè)備技術(shù)不太成熟，3D打印機罷工成了常有事情，維修3D打印機的人才更少，故維修費之高也影響了3D打印消費。 目前，3D打印產(chǎn)品主要為模型和飾品等低消費產(chǎn)品，因為自身種類的限制和價格之高，所以難以通過產(chǎn)品擴大3D打印產(chǎn)品的市場，所以，3D打印主要還是處在實驗室進行相關(guān)研發(fā)工作。 四、3D打印發(fā)展應(yīng)用及影響 （1） 、進軍醫(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，無需擔(dān)心排異反應(yīng)。而打印一個人體心臟瓣膜，只需要價值10美元的高分子材料。2012年11月，蘇格蘭科學(xué)家利用人體細胞首次用3D打印機打印出人造肝臟組織。2015年5月，國內(nèi)第一個實用型3D打印假肢誕生，經(jīng)過反復(fù)的設(shè)計和試用，最終那位5歲小男孩借助假肢可以完成一些基本動作，目前已經(jīng)能夠控制自行車把手駕駛自行車。牙病是人群中普遍存在的，通過3D打印打印牙齒可以幫助患者正常進食。 當(dāng)前，雖然醫(yī)療界中的3D打印技術(shù)能給患者帶來很大的幫助，但其主要還處于實驗階段。科技在發(fā)展，3D打印技術(shù)在成熟，3D打印技術(shù)遲早會成熟到能到完成各項醫(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，同時制作精美，除了無法達到透視效果，完全合乎工程師和設(shè)計師的要求，同時又能節(jié)省大量建模材料。 因為3D打印機規(guī)格和材料的限制，目前我們無法直接打印出一座建筑，也無法打印生產(chǎn)建筑所需的一張一瓦；正因為材料不透明性質(zhì)的限制，我們在打印建筑模型時無法進行建筑內(nèi)部打印，模型表面有形，內(nèi)部空虛，應(yīng)用價值較低。 當(dāng)3D打印技術(shù)克服以上技術(shù)困難時，它將完全進入建筑領(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、面的先進技術(shù)，具有很高的科技含量。 3D食物打印機采用了一種全新的電子藍圖系統(tǒng)，不僅方便打印食物，同時也能幫助人們設(shè)計出不同樣式的食物。該打印機所使用的“墨水”均為可食用性的原料，如巧克力汁、面糊、奶酪等。一旦人們在電腦上畫好食物的樣式圖并配好原料，電子藍圖系統(tǒng)便會顯示出打印機的操作步驟，完成食物的“搭建”工程。這款食物打印機將大大簡化食物的制作過程，同時也能夠幫助人們制作出更加營養(yǎng)、健康而且有趣地食品，這款3D食物打印機上市后，可供家庭及餐館等不同場所使用。 世界首款 3D 食品打印機——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”于一身的家用食品機械，通過多個噴嘴的不同組合，可以制作出種類各異的食物，如披薩、巧克力、意面和漢堡等。 Choctory是國內(nèi)首臺能夠成熟打印3D立體模型的巧克力打印機，由南京增材制造（3D打?。┭芯吭鹤灾餮邪l(fā)所得。目前已進入工業(yè)測試階段。2015年5月12日，3D打印巧克力亮相第二十八屆中國國際烘焙展覽會。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的問題，在醫(yī)學(xué)上稱之為“吞咽困難”。3D打印食品可謂是老年人的福音。因為3D食物打印材料的特殊性，食物很容易咀嚼和吞咽，這對于老人來說即使牙齒不全也能吃到自己喜愛的食物。3D食品

17、打印機很可能成為老人護理行業(yè)的革新者。 健康飲食是21世紀(jì)人們比較注重的一個切身健康利益的話題，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）帶來很大的便利和幫助。3D打印食品外觀和味道與原來食品相似，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，市場必定廣闊。 （4） 、3D打印產(chǎn)品商業(yè)化 中國人口眾多，假牙市場規(guī)模廣大，將3D打印技術(shù)應(yīng)用到假牙生產(chǎn)中，不僅將原來需要半年多次手術(shù)的周期降低到5個小時，而且將原來需要1到2萬的成本降低到5000元左右。3D打印

18、假牙還處于臨床試驗階段，當(dāng)其技術(shù)成熟到臨床時，可想而知其市場規(guī)模會有多大。 當(dāng)前，已有許多淘寶店售賣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)品走進千家萬戶并不是夢。 （五）、文物保護 2013年，史密森尼博物館就因為原始的托馬斯·杰弗遜要放在弗吉尼亞州展覽，所以博物館用了一個巨大的3D打印替代品放在了原來雕塑的位置。這啟發(fā)了我們將3D打印技術(shù)應(yīng)用到文物保護中。確實，博物館中需要很多替代品來代替原始作品，保護其不受環(huán)境或意外事件的損壞。 在考古現(xiàn)場，可能年代久遠，文物損壞程度不一，通過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）、對機械方面的影響 1、對傳統(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)完全可以離開傳統(tǒng)的刀具、夾具和機床，從而大幅降低了生產(chǎn)成本和縮短了加工周期。3D打印無漏油現(xiàn)象，不需要使用冷卻液等，因此減少了對環(huán)境的影響。相比于傳統(tǒng)的車、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，并且能實現(xiàn)復(fù)雜結(jié)構(gòu)產(chǎn)品的設(shè)計制造，成型產(chǎn)品的密度也更加均勻。 當(dāng)前，因為3D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，材料等條件滿足要求，3D打印將代替部分傳統(tǒng)制造業(yè)。 2、對模具制造業(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年中國模具制造行業(yè)產(chǎn)銷需求預(yù)測與轉(zhuǎn)型升級分析報告》分析認為，短期內(nèi)3D打印不會震撼模具制造業(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)１萬件的成本單價基本相等，并且目前3D打印單個產(chǎn)品所需的時間較長。在規(guī)模經(jīng)濟效應(yīng)的影響下，大批量生產(chǎn)中模具在我國占據(jù)明顯優(yōu)勢，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。從長遠來看，隨著3D打印技術(shù)的發(fā)展，未來打印效率的提高及成本的降低，3D技術(shù)對模具行業(yè)的影響將不容小覷。 使用金屬材料，通過3D打印機可以快速打印出模具，這不僅減少了模具制造的時間周期，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，但因為相對于模具生產(chǎn)，3D打印單個產(chǎn)品所需的時間較長，所以3D打印技術(shù)和模具制造技術(shù)有一定的相容互補性。例如，企業(yè)在開發(fā)新產(chǎn)品時，可以用3D打印技術(shù)制造模具，再用傳統(tǒng)制造技術(shù)進行批量生產(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，感謝百度百科，維基百科等解決了3D打印中的基本常識性問題，感謝南京3D打印研究院近期微博上公布的有關(guān)3D食品打印機打印巧克力等相關(guān)新聞，特別感謝中國知網(wǎng)提供的相關(guān)期刊文獻。謝謝！

23、 參考文獻 [1] 龔炳錚.EDI與電子商務(wù).北京：清華大學(xué)出版社，2004年，280～297. 作者名.書名.版本（如為第一版可以省略），出版地：出版社，出版日期，引用內(nèi)容所在頁碼（宋體五號） [1] 劉晉春,白基成，郭永豐. 特種加工 [M]. 第五版，北京：機械工業(yè)出版社，2014,169～178. [2] 金慶同. 特種加工 [M]. 北京：航空工業(yè)出版社，1988. [3] 盧清萍. 快速原型制造技術(shù) [M]. 北京：高等教育出版社，2001. [4] 梁偲，王

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