1、3D打印 前言q 3D打印（3D printing），即快速成型技術的一種，它是一種以數字模型文件為基礎，運用粉末狀金屬或塑料等可粘合材料，通過逐層打印的方式來構造物體的技術。3D打印通常是采用數字技術材料打印機來實現的。22022-3-8定義q 3D打印技術，是以計算機三維設計模型為藍本，通過軟件分層離散和數控成型系統，利用激光束、熱熔噴嘴等方式將金屬粉末、陶瓷粉末、塑料、細胞組織等特殊材料進行逐層堆積黏結，最終疊加成型，制造出實體產品。與傳統制造業通過模具、車銑等機械加工方式對原材料進行定型、切削以最終生產成品不同，3D打印將三維實體變為若干個二維平面，通過對材料處理并逐層疊加進行生產，大

2、大降低了制造的復雜度。這種數字化制造模式不需要復雜的工藝、不需要龐大的機床、不需要眾多的人力，直接從計算機圖形數據中便可生成任何形狀的零件，使生產制造得以向更廣的生產人群范圍延伸。32022-3-83D打印主流技術q 3D打印的技術主要包括SLA、FDM、SLS、LOM等工藝，下面我們簡單介紹三種主流技術：q 1、立體光刻造型技術(SLA)：大家可以想象一下把一根黃瓜切成很薄的薄片再拼成一整根。先由軟件把3D的數字模型，“切”成若干個平面，這就形成了很多個剖面，在工作的時候，有一個可以舉升的平臺，這個平臺周圍有一個液體槽，槽里面充滿了可以紫外線照射固化的液體，紫外線激光會從底層做起，固化最底層

3、的，然后平臺下移，固化下一層，如此往復，直到最終成型。q 其優點是精度高，可以表現準確的表面和平滑的效果，精度可以達到每層厚度0.05毫米到0.15毫米。缺點則為可以使用的材料有限，并且不能多色成型。42022-3-83D打印主流技術q 2、熔融沉積成型技術，同樣是需要把3D的模型薄片化，但是成型的原理不一樣。學過高等數學的朋友都知道積分，熔融沉積成型技術，就是把材料用高溫熔化成液態，然后通過噴嘴擠壓出一個個很小的球狀顆粒，這些顆粒在噴出后立即固化，通過這些顆粒在立體空間的排列組合形成實物。q 這種技術成型精度更高、成型實物強度更高、可以彩色成型，但是成型后表面粗糙。52022-3-83D打印

4、主流技術q 3、選擇性激光燒結(簡稱SLS)q SLS工藝又稱為選擇性激光燒結，由美國德克薩斯大學奧斯汀分校的C.R. Dechard于1989年研制成功。SLS工藝是利用粉末狀材料成形的。將材料粉末鋪灑在已成形零件的上表面，并刮平；用高強度的CO2激光器在剛鋪的新層上掃描出零件截面；材料粉末在高強度的激光照射下被燒結在一起，得到零件的截面，并與下面已成形的部分粘接；當一層截面燒結完后，鋪上新的一層材料粉末，選擇地燒結下層截面。62022-3-83D打印的應用q 1、3D打印在醫學中的應用q 科學家們正在利用3D打印機制造諸如皮膚、肌肉和血管片段等簡單的活體組織，很有可能將有一天我們能夠制造出

5、像腎臟、肝臟甚至心臟這樣的大型人體器官。如 果生物打印機能夠使用病人自身的干細胞，那么器官移植后的排異反應將會減少。72022-3-83D打印的應用q 2、3D打印在工業中的應用q 首先3D打印技術可以加工傳統方法難以制造的零件。過去傳統的制造方法就是一個毛坯，把不需要的地方切除掉，是多維加工的，或者采用磨具，把金屬和塑料融化灌進去得到這樣的零件，這樣對復雜的零部件來說加工起來非常困難。立體打印技術對于復雜零部件而言具有極大的優勢，立體打印技術可以打印非常復雜的東西。82022-3-83D打印的應用q 例：首款3D打印汽車q 當3D打印正在改變制造業的流程時，現在又要改變汽車的生產方式了。世界

6、上第一款3D打印汽車面世，這次不是玩具，而是真正能開上馬路的汽車。q 據連線雜志報道，Urbee 2是一款三輪的混合動力汽車，它的所有零部件都是3D打印出來的。正如Makerbot和Form 1正在重新定義制造業，Urbee正在致力于改變我們制造汽車的方式。92022-3-83D打印的應用q 這款汽車是Jim Kor和他的Kor Ecologic團隊頭腦風暴的產物，他們一直專注于研究未來的3D交通工具。他們在網站上展示了對于未來汽車的構想：q “用最少的能耗開最遠的路程；把生產、使用、回收過程的污染降到最低；盡可能用汽車產地附近的原材料生產汽車”q Kor的目標是讓未來的汽車更節能、環保，生產

7、過程更便捷。102022-3-83D打印的應用qUrbee的生產車間是RedEye，世界上第一款3D打印機摩托車原型也誕生于此。Kor說3D打印的一個優勢是具有其他片狀金屬材料所不具備的靈活性和可塑性。傳統的汽車制造是生產出各部分然后再組裝到一起，3D打印機能打印出單個的、一體式的汽車車身，再將其他部件填充進去。據稱，新版本3D汽車需要50個零部件左右，而一輛標準設計的汽車需要成百上千的零部件。112022-3-83D打印的應用q 這讓制造變得更簡單。Kor只要將模型的每部分上傳到打印機上，2500小時后，他就拿到了所有的塑料部件，然后他再把這些東西組裝在一起。完整的Urbee看上去像是一個大

8、號電腦鼠標。q Urbee的打印材料大部分是塑料，當然，它的地盤和引擎還是鋼鐵。這車開到路上安全嗎？Kor的答案是肯定的，“我們甚至覺得它可以用于專業比賽的賽車”，他告訴連線雜志，“我們要讓這輛車通過美國勒芒比賽的技術檢測122022-3-83D打印的應用q 建筑設計業q 在建筑業里，工程師和設計師們已經接受了用3D打印機打印的建筑模型，這種方法快速、成本低、環保，同時制作精美。完全合乎設計者的要求，同時又能節省大量材料。132022-3-83D打印機q 三維打印通常是采用數字技術材料打印機來實現。這種打印機的產量以及銷量在二十一世紀以來就已經得到了極大的增長，其價格也正逐年下降。q 使用打印

9、機就像打印一封信：輕點電腦屏幕上的“打印”按鈕，一份數字文件便被傳送到一臺噴墨打印機上，它將一層墨水噴到紙的表面以形成一副二維圖像。而在3D打印時，軟件通過電腦輔助設計技術（CAD）完成一系列數字切片，并將這些切片的信息傳送到3D打印機上，后者會將連續的薄型層面堆疊起來，直到一個固態物體成型。3D打印機與傳統打印機最大的區別在于它使用的“墨水”是實實在在的原材料。142022-3-83D打印機q 堆疊薄層的形式有多種多樣。有些3D打印機使用“噴墨”的方式。例如，一家名為Objet的以色列3D打印機公司使用打印機噴頭將一層極薄的液態塑料物質 噴涂在鑄模托盤上，此涂層然后被置于紫外線下進行處理。之

10、后鑄模托盤下降極小的距離，以供下一層堆疊上來。另外一家總部位于美國明尼阿波利斯市的公司Stratasys使用一種叫做“熔積成型”的技術，整個流程是在噴頭內熔化塑料，然后通過沉積塑料纖維的方式才形成薄層。152022-3-83D打印機q 還有一些系統使用粉末微粒作為打印介質。粉末微粒被噴撒在鑄模托盤上形成一層極薄的粉末層，然后由噴出的液態粘合劑進行固化。它也可以使用一種叫做“激光燒結”的技術熔鑄成指定形狀。這也正是德國EOS公司在其疊加工藝制造機上使用的技術。而瑞士的Arcam公司則是利用真空中的電子流熔化粉末微粒。以上提到的這些僅僅是許多成型方式中的一部分。q 當遇到包含孔洞及懸臂這樣的復雜結

11、構時，介質中就需要加入凝膠劑或其他物質以提供支撐或用來占據空間。這部分粉末不會被熔鑄，最后只需用水或氣流沖洗掉支 撐物便可形成孔隙。如今可用于打印的介質種類多樣，從繁多的塑料到金屬、陶瓷以及橡膠類物質。有些打印機還能結合不同介質，令打印出來的物體一頭堅硬而另 一頭柔軟。162022-3-83D打印機172022-3-83D打印機182022-3-83D打印的缺陷q 1、材料的限制q 仔細觀察你周圍的一些物品和設備，你就會發現3D打印的第一個絆腳石，那就是所需材料的限制。雖然高端工業印刷可以實現塑料、某些金屬或者陶瓷打印，但目前無法實現打印的材料都是比較昂貴和稀缺的。另外，現在的打印機也還沒有達

12、到成熟的水平，無法支持我們在日常生活中所接觸到的各種各樣的材料。q 研究者們在多材料打印上已經取得了一定的進展，但除非這些進展達到成熟并有效，否則材料依然會是3D打印的一大障礙。192022-3-83D打印的缺陷q 2、機器的限制q 眾所周知，3D打印要成為主流技術(作為一種消耗大的技術)，它對機器的要求也是不低的，其復雜性也可想而知。q 目前的3D打印技術在重建物體的幾何形狀和機能上已經獲得了一定的水平，幾乎任何靜態的形狀都可以被打印出來，但是那些運動的物體和它們的清晰度就難以實現了。這個困難對于制造商來說也許是可以解決的，但是3D打印技術想要進入普通家庭，每個人都能隨意打印想要的東西，那么

13、機器的限制就必須得到解決才行。202022-3-83D打印的缺陷q 3、知識產權的憂慮q 在過去的幾十年里，音樂、電影和電視產業中對知識產權的關注變得越來越多。3D打印技術毫無疑問也會涉及到這一問題，因為現實中的很多東西都會得到更加廣泛的傳播。人們可以隨意復制任何東西，并且數量不限。如何制定3D打印的法律法規用來保護知識產權，也是我們面臨的問題之一，否則就會出現泛濫的現象。212022-3-83D打印的缺陷q 4、道德的挑戰q 道德是底線。什么樣的東西會違反道德規律，我們是很難界定的，如果有人打印出生物器官或者活體組織，是否有違道德?我們又改如何處理呢?如果無法盡快找到解決方法，相信我們在不久的將來會遇到極大的道德挑戰。222022-3-83D打印的缺陷q 5、花費的承擔q 3D打印技術需要承擔的花費是高昂的，對于普通大眾來說更是如此。例如上面提到第一臺在京東上架的3D打印機的售價為1萬5，又有多少人愿意花費這個價錢來嘗試這種新技術呢?也許只有愛好者們吧。如果想要普及到大眾，降價是必須的