一、3D打印概述

1.3D打印概念

3D打?。?/span>3DP)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)用粉末狀金屬或其他形態(tài)塑料等可粘合，固化材料，通過(guò)逐層成型的方式來(lái)構(gòu)造物體的技術(shù)。

3D打印通常是采用數(shù)字技術(shù)材料打印機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。常在模具制造、工業(yè)設(shè)計(jì)等領(lǐng)域被用于制造模型，后逐漸用于一些產(chǎn)品的直接制造，已經(jīng)有使用這種技術(shù)打印而成的零部件。該技術(shù)在珠寶、鞋類(lèi)、工業(yè)設(shè)計(jì)、建筑、工程和施工（AEC）、汽車(chē)，航空航天、牙科和醫(yī)療產(chǎn)業(yè)、教育、地理信息系統(tǒng)、土木工程以及其他領(lǐng)域都有所應(yīng)用。

2.3D打印原理

日常生活中使用的普通打印機(jī)可以打印電腦設(shè)計(jì)的平面物品，而所謂的3D打印機(jī)與普通打印機(jī)工作原理基本相同，只是打印材料有些不同，普通打印機(jī)的打印材料是墨水和紙張，而3D打印機(jī)內(nèi)裝有金屬、陶瓷、塑料、砂等不同的“打印材料”，是實(shí)實(shí)在在的原材料，打印機(jī)與電腦連接后，通過(guò)電腦控制可以把“打印材料”一層層疊加起來(lái)，zui終把計(jì)算機(jī)上的藍(lán)圖變成實(shí)物。通俗地說(shuō)，3D打印機(jī)是可以“打印”出真實(shí)的3D物體的一種設(shè)備，比如打印一個(gè)機(jī)器人、打印玩具車(chē)，打印各種模型，甚至是食物等等。之所以通俗地稱(chēng)其為“打印機(jī)”是參照了普通打印機(jī)的技術(shù)原理，因?yàn)榉謱蛹庸さ倪^(guò)程與噴墨打印十分相似。這項(xiàng)打印技術(shù)稱(chēng)為3D立體打印技術(shù)。

3D打印存在著許多不同的技術(shù)。它們的不同之處在于以可用的材料的方式，并以不同層構(gòu)建創(chuàng)建部件。3D打印常用材料有尼龍玻纖、聚乳酸、ABS樹(shù)脂、耐用性尼龍材料、石膏材料、鋁材料、鈦合金、不銹鋼、鍍銀、鍍金、橡膠類(lèi)材料。

3.歷史發(fā)展

1986年，3D systems公司創(chuàng)始人Charles Hull開(kāi)發(fā)了*臺(tái)商業(yè)3D印刷機(jī)。

1993年，麻省理工學(xué)院獲3D印刷技術(shù)。

1995年，美國(guó)ZCorp公司從麻省理工學(xué)院獲得**并開(kāi)始開(kāi)發(fā)3D打印機(jī)。

2005年，市場(chǎng)上*高清晰彩色3D打印機(jī)Spectrum Z510由ZCorp公司研制成功。

2010年11月，世界上*輛由3D打印機(jī)打印而成的汽車(chē)Urbee問(wèn)世。2011年6月6日，發(fā)布了*款3D打印的比基尼。

2011年7月，英國(guó)研究人員開(kāi)發(fā)出世界上*臺(tái)3D巧克力打印機(jī)。

2011年8月，南安普敦大學(xué)的工程師們開(kāi)發(fā)出世界上*架3D打印的飛機(jī)。

2012年11月，蘇格蘭科學(xué)家利用人體細(xì)胞用3D打印機(jī)打印出人造肝臟組織。

2013年10月，成功拍賣(mài)一款名為“ONO之神”的3D打印藝術(shù)品。

4.3D打印的意義和作用

21世紀(jì)是以知識(shí)經(jīng)濟(jì)和信息社會(huì)為特征的時(shí)代，制造業(yè)面臨信息社會(huì)中瞬息萬(wàn)變的市場(chǎng)對(duì)小批量多種產(chǎn)品要求的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。在制造業(yè)日趨化的狀況下，縮短產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期和減少開(kāi)發(fā)新產(chǎn)品投資風(fēng)險(xiǎn)，成為企業(yè)賴(lài)以生存的關(guān)鍵。直接從計(jì)算機(jī)模型產(chǎn)生三維物體的快速成形技術(shù)，是由現(xiàn)代設(shè)計(jì)和現(xiàn)代制造技術(shù)迅速發(fā)展的需求應(yīng)運(yùn)而生的，它涉及機(jī)械工程、自動(dòng)控制、激光、計(jì)算機(jī)、材料等多個(gè)學(xué)科，近年來(lái)，該技術(shù)迅速在工業(yè)造型、制造、建筑、藝術(shù)、醫(yī)學(xué)、航空、航天、考古和影視等領(lǐng)域得到良好的應(yīng)用?？焖俪尚?快速制模/快速制造技術(shù)為企業(yè)提高競(jìng)爭(zhēng)力提供了一種*的設(shè)計(jì)，制造，裝配手段。

3D打印技術(shù)的出現(xiàn)為制造企業(yè)滿足個(gè)性化的需求和產(chǎn)品的快速推出提供了可能性，由于快速成型技術(shù)不采用傳統(tǒng)的加工機(jī)床和工具模具，零件自由成型，只要通過(guò)計(jì)算機(jī)作出零件的三維模型，就能在工作臺(tái)上實(shí)現(xiàn)零件的制造，如果產(chǎn)品設(shè)計(jì)有改動(dòng)，只需在計(jì)算機(jī)中修改模型，不需要重新設(shè)計(jì)工裝夾具，很快制造出實(shí)體零件，大大縮短了產(chǎn)品的制作時(shí)間和投放市場(chǎng)的時(shí)間，幾個(gè)星期甚至幾天內(nèi)就可交出樣品，為傳統(tǒng)工藝的10~30%，成本降為20~35%。

3D打印項(xiàng)目能為工業(yè)創(chuàng)意設(shè)計(jì)成果向制造業(yè)轉(zhuǎn)化提供*的重要保證；能為產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)提供有力的技術(shù)支撐；為工業(yè)設(shè)計(jì)人才的自主創(chuàng)新、人才的培育提供必要的條件和服務(wù)，特別是為國(guó)內(nèi)各高校創(chuàng)新工程實(shí)驗(yàn)中心向化、專(zhuān)業(yè)化、節(jié)能化轉(zhuǎn)變提供重要的技術(shù)保證，從而提升高校，企業(yè)軍工等在整個(gè)制造業(yè)和創(chuàng)新科技中的整體競(jìng)爭(zhēng)力。

5.3D打印工藝分類(lèi)

6.各類(lèi)型3D打印工藝優(yōu)缺點(diǎn)簡(jiǎn)析

6.1．融熔沉積（FDM）技術(shù)的優(yōu)勢(shì)與缺陷

優(yōu)勢(shì)：1.成型材料成本zui低無(wú)需特殊使用環(huán)境

      2. 無(wú)需特殊使用環(huán)境

缺點(diǎn)：1. 成型件的表面有較明顯的條紋

      2. 沿成型軸垂直方向的強(qiáng)度比較弱

      3. 需要設(shè)計(jì)與制作支撐結(jié)構(gòu)

      4. 需要對(duì)整個(gè)截面進(jìn)行掃描涂覆，成型時(shí)間較長(zhǎng)

6.2．電子束自由成型制造（EBF）技術(shù)的優(yōu)勢(shì)與缺陷

優(yōu)勢(shì)：1.成型速度快

      2. 對(duì)粉末顆粒材料要求低

缺點(diǎn)：1. 成型件的表面粗糙，往往很難達(dá)到基本使用要求

      2. 成型精度差，往往只用來(lái)成型毛坯類(lèi)零部件

6.3．選擇性燒結(jié)成型制造技術(shù)的優(yōu)勢(shì)與缺陷

優(yōu)勢(shì)：1.成型速度較快

      2. 對(duì)粉末顆粒材料要求較高

      3.燒結(jié)材料種類(lèi)豐富，包含金屬類(lèi)及非金屬類(lèi)

缺點(diǎn)：1. 成型件的表面粗糙，成型細(xì)節(jié)較差

      2. 成型精度較差，需要配合傳統(tǒng)加工設(shè)備完成加工

6.4．粉末層噴頭（3DP）成型制造技術(shù)的優(yōu)勢(shì)與缺陷

優(yōu)勢(shì)：1.成型速度快

      2. 對(duì)粉末顆粒材料要求低

      3.可成型彩色樣件

缺點(diǎn)：1. 成型件的表面粗糙，往往很難達(dá)到基本使用要求

      2. 成型精度差，往往只用來(lái)成型毛坯類(lèi)零部件

      3.材料種類(lèi)單一，成型件強(qiáng)度高，但韌性較差

6.5．分層實(shí)體（LOM）成型制造技術(shù)的優(yōu)勢(shì)與缺陷

      （該型技術(shù)現(xiàn)基本從市場(chǎng)淘汰）

6.6．光固化成型（SLA）制造技術(shù)的優(yōu)勢(shì)與缺陷

優(yōu)點(diǎn)：1．立體光固化技術(shù)是zui早出現(xiàn)的快速成型制造技術(shù),成熟度高,經(jīng)過(guò)時(shí)間的檢驗(yàn)；

      2．立體光固化技術(shù)成型外觀效果細(xì)膩，尺寸精度在所有3D打印技術(shù)里面zui高；

      3.支撐結(jié)構(gòu)為網(wǎng)狀支撐，材料利用率比較高

      4.成型尺寸zui大，可一次性成型較大零部件

缺點(diǎn)：1.需單獨(dú)的使用環(huán)境，如恒溫，恒濕

      2. 后處理工作專(zhuān)業(yè)性要求較高，需要熟練的技術(shù)人員來(lái)操作

二．3D打印在現(xiàn)代制造業(yè)中意義

21世紀(jì)是以知識(shí)經(jīng)濟(jì)和信息社會(huì)為特征的時(shí)代，制造業(yè)面臨信息社會(huì)中瞬息萬(wàn)變的市場(chǎng)對(duì)小批量多種產(chǎn)品要求的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。在制造業(yè)日趨化的狀況下，縮短產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期和減少開(kāi)發(fā)新產(chǎn)品投資風(fēng)險(xiǎn)以及產(chǎn)品的前期設(shè)計(jì)驗(yàn)證，裝配試制，成為企業(yè)賴(lài)以生存的關(guān)鍵。直接從計(jì)算機(jī)模型產(chǎn)生三維物體的快速成形技術(shù)，是由現(xiàn)代設(shè)計(jì)和現(xiàn)代制造技術(shù)迅速發(fā)展的需求應(yīng)運(yùn)而生的，它涉及機(jī)械工程、自動(dòng)控制、激光、計(jì)算機(jī)、材料等多個(gè)學(xué)科，近年來(lái)，該技術(shù)迅速在工業(yè)造型、制造裝配、建筑、藝術(shù)、醫(yī)學(xué)、航空、航天、考古和影視等領(lǐng)域得到良好的應(yīng)用?？焖俪尚?快速制模/快速制造技術(shù)為企業(yè)提高競(jìng)爭(zhēng)力提供了一種*的手段。

3D打印技術(shù)的出現(xiàn)為制造企業(yè)滿足個(gè)性化的需求和產(chǎn)品的快速推出提供了可能性，由于快速成型技術(shù)不采用傳統(tǒng)的加工機(jī)床和工具模具，零件自由成型，通過(guò)計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)出零件的三維模型，就能在工作臺(tái)上實(shí)現(xiàn)零件的制造，任何的產(chǎn)品設(shè)計(jì)改動(dòng)，只需在計(jì)算機(jī)中修改模型，不需要重新設(shè)計(jì)工裝夾具，很快重新制造出實(shí)體零件，以用作結(jié)構(gòu)驗(yàn)證，裝配驗(yàn)證及部分性能的驗(yàn)證。大大縮短了產(chǎn)品的制作時(shí)間和投放市場(chǎng)的時(shí)間，幾個(gè)星期甚至幾天內(nèi)就可交出樣品，為傳統(tǒng)工藝的10~30%，成本降為20~35%。

3D打印項(xiàng)目能為企業(yè)在從設(shè)計(jì)成果向制造業(yè)轉(zhuǎn)化提供*的重要保證；能為產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)提供有力的技術(shù)支撐；為工業(yè)設(shè)計(jì)人才的自主創(chuàng)新、人才的培育提供必要的條件和服務(wù)，特別是為國(guó)內(nèi)各高新技術(shù)企業(yè)，科研院所及創(chuàng)新工程實(shí)驗(yàn)中心向化、專(zhuān)業(yè)化、節(jié)能化轉(zhuǎn)變提供重要的技術(shù)保證，從而提升企業(yè)，高校及科研院所在整個(gè)制造業(yè)和創(chuàng)新科技中的整體競(jìng)爭(zhēng)力，大大提高上述單位在同行業(yè)的*影響力。

1.國(guó)外*制造業(yè)現(xiàn)狀

    工業(yè)設(shè)計(jì)（包括藝術(shù)設(shè)計(jì)）被稱(chēng)為“創(chuàng)造之神”、“富國(guó)之源”，一直以來(lái)被經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)國(guó)家或地區(qū)作為核心戰(zhàn)略予以普及與推廣。

美國(guó)通過(guò)一場(chǎng)工業(yè)設(shè)計(jì)革命，成為世界首富，zui典型的蘋(píng)果公司的產(chǎn)品僅僅從設(shè)計(jì)造型上就給人一種與眾不同的感覺(jué)，從Mac、iPod到iPad、iPhone，其非凡的設(shè)計(jì)理念和生產(chǎn)工藝造就了一款又一款的蘋(píng)果神話；在英國(guó)，當(dāng)年任首相的撒切爾夫人親自為工業(yè)設(shè)計(jì)呼吁：“忘記設(shè)計(jì)的重要，英國(guó)工業(yè)將具備競(jìng)爭(zhēng)力”； 德國(guó)早在上個(gè)世紀(jì)初就振興設(shè)計(jì)，使經(jīng)濟(jì)如虎添翼；日本更是實(shí)施“設(shè)計(jì)立業(yè)”戰(zhàn)略，從政府扶植、引導(dǎo)，到企業(yè)集團(tuán)重點(diǎn)抓設(shè)計(jì)和新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)，投入在設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的資金上占國(guó)民生產(chǎn)總值比例已達(dá)2.8%，居世界*，由于設(shè)計(jì)的優(yōu)勢(shì)，“輕、薄、小、巧、美”的日本商品風(fēng)靡；韓國(guó)政府在1993年至1997年間，全面實(shí)施了工業(yè)設(shè)計(jì)振興計(jì)劃，并于1998年提出“設(shè)計(jì)韓國(guó)”戰(zhàn)略，經(jīng)過(guò)多年的實(shí)施，設(shè)計(jì)和創(chuàng)新在韓國(guó)開(kāi)花結(jié)果，已經(jīng)擁有三星、LG等品牌；新加坡在其產(chǎn)業(yè)計(jì)劃中提出一個(gè)“設(shè)計(jì)新加坡”子計(jì)劃，要將新加坡建成一個(gè)在產(chǎn)品、概念和服務(wù)設(shè)計(jì)方面的文化和商業(yè)中心，工業(yè)與產(chǎn)品設(shè)計(jì)公司的增長(zhǎng)速度更高達(dá)34%。工業(yè)設(shè)計(jì)依托*的制造技術(shù)，如3D打印技術(shù)，將設(shè)計(jì)成果迅速轉(zhuǎn)換為實(shí)際的產(chǎn)品，快速推向市場(chǎng)，從而獲得巨大的經(jīng)濟(jì)效益，為上述國(guó)家在制造業(yè)的地位與實(shí)力具有巨大的影響力。

2.國(guó)內(nèi)*制造業(yè)現(xiàn)狀

雖然近些年我國(guó)*制造技術(shù)進(jìn)入快速發(fā)展階段，但與發(fā)達(dá)國(guó)家相比，各方面還有很大距離。特別是對(duì)于*制造技術(shù)本質(zhì)的理解認(rèn)識(shí)及對(duì)行業(yè)的規(guī)范管理，雖然進(jìn)行了近10年的技術(shù)宣傳和普及，但一些企業(yè)和民眾對(duì)于*制造技術(shù)的認(rèn)識(shí)仍然很少。這些都極大地阻礙了*制造技術(shù)在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的正常發(fā)展，引發(fā)了企業(yè)資源浪費(fèi)、人才流失等問(wèn)題。

目前國(guó)內(nèi)*制造技術(shù)行業(yè)存在的問(wèn)題主要有以下幾個(gè)方面：

2.1受重視程度不夠，創(chuàng)新意識(shí)不足

有相當(dāng)部分企業(yè)對(duì)*制造技術(shù)未能引起足夠重視，僅停留在觀望階段，核心技術(shù)的欠缺在很大程度上制約著企業(yè)的發(fā)展，大量的代工生產(chǎn)和仿制也使企業(yè)逐漸喪失創(chuàng)新設(shè)計(jì)的能力。僅僅在造型上不斷地引進(jìn)、模仿、抄襲國(guó)外的設(shè)計(jì)，必會(huì)導(dǎo)致新技術(shù)在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)及創(chuàng)新中可有可無(wú)的地位，使已有的成果得不到有效推廣和應(yīng)用。

2.2供求雙方相互制約，市場(chǎng)發(fā)展受限

我國(guó)制造業(yè)市場(chǎng)多為“買(mǎi)方模式”，生產(chǎn)企業(yè)對(duì)技術(shù)的需求主導(dǎo)了*制造的發(fā)展方向。對(duì)需求方而言，由于其目前對(duì)*制造業(yè)的了解、對(duì)其價(jià)值和重要性的認(rèn)識(shí)有限，僅以大量生產(chǎn)為主，未能達(dá)到對(duì)*制造具有更高要求和依賴(lài)的創(chuàng)新階段，從而造成了市場(chǎng)上僅需求大量的產(chǎn)品而技術(shù)含量偏低的現(xiàn)象；對(duì)生產(chǎn)制造供應(yīng)方而言，低端需求必然帶來(lái)低效益，只好低端制造，再加上市場(chǎng)初期對(duì)*制造的宣傳和推廣努力有限，社會(huì)認(rèn)知及影響力不大，造成其在市場(chǎng)中的被動(dòng)地位，很大程度上限制了發(fā)展。不僅如此，供求雙方各自存在的這些問(wèn)題又相互制約了設(shè)計(jì)市場(chǎng)的發(fā)展。如此循環(huán)，雙方都被束縛在初級(jí)設(shè)計(jì)市場(chǎng)中而無(wú)法尋找到新的發(fā)展平臺(tái)。

2.3教育不完善，人才缺乏

目前我國(guó)生產(chǎn)制造從業(yè)人員與日俱增，但真正具有較高水平的技術(shù)人員相當(dāng)匱乏。一方面，教育機(jī)制不完善。在我國(guó)已開(kāi)設(shè)工業(yè)設(shè)計(jì)專(zhuān)業(yè)的200多家高校中，有的高校一味追求綜合性，盲目開(kāi)設(shè)傳統(tǒng)制造專(zhuān)業(yè)，并未配設(shè)專(zhuān)業(yè)老師，師資力量的薄弱，必然導(dǎo)致學(xué)生專(zhuān)業(yè)素質(zhì)的不足，影響教育質(zhì)量的提高。另一方面，理論與實(shí)踐未能有效對(duì)接。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)這幾年傳統(tǒng)制造專(zhuān)業(yè)畢業(yè)生每年有十來(lái)萬(wàn)人，但真正從事*制造的僅有25%左右，就業(yè)難、難定位已成為高校學(xué)生在是否選擇*制造專(zhuān)業(yè)時(shí)質(zhì)疑的重點(diǎn)。