快速成型技術(shù)（3D打?。?/p>

鄭小飛2013.07快速成型技術(shù)（3D打印）

鄭小飛前言隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，生產(chǎn)完成了從工廠業(yè)手工向機器大工業(yè)的過渡，從而改變了人們生活與工作方式。在日新月異的信息化、智能化浪潮中，人們個性化的需求意見日漸增長。未來的產(chǎn)業(yè)將是生產(chǎn)那些個性化的產(chǎn)品，未來的制造工廠也會漸漸被分散的個人取代，實現(xiàn)“社會制造”。社會制造的關(guān)鍵是主動、實時地將社會需求和社會制造能力有機地銜接起來，從而實現(xiàn)和供應(yīng)之間的相互轉(zhuǎn)換。而3D打印是一種可以快速實現(xiàn)社會需求-“數(shù)據(jù)模型”向個性化產(chǎn)品轉(zhuǎn)化的技術(shù)，將互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、物流網(wǎng)和3D打印技術(shù)組成社會制造的網(wǎng)絡(luò)，通過眾包的方式讓民眾充分參與產(chǎn)品的全生命制造過程，必會促進個性化、實時化、經(jīng)濟化的生產(chǎn)和消費模式，形成新的產(chǎn)業(yè)革命。前言隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，生產(chǎn)完成了從工廠業(yè)手工向機3D打印模型3D打印模型概述快速成型(RapidPrototyping,簡稱RP)技術(shù)是20世紀80年代后期發(fā)展起來的,快速成型技術(shù)是近年來發(fā)展起來的直接根據(jù)CAD模型快速生產(chǎn)樣件或零件的成組技術(shù)總稱，它集成了CAD技術(shù)、數(shù)控技術(shù)、激光技術(shù)和材料技術(shù)等現(xiàn)代科技成果，是先進制造技術(shù)的重要組成部分。與傳統(tǒng)制造方法不同，快速成型從零件的CAD幾何模型出發(fā)，通過軟件分層離散和數(shù)控成型系統(tǒng)，用激光束或其他方法將材料堆積而形成實體零件。由于它把復(fù)雜的三維制造轉(zhuǎn)化為一系列二維制造的疊加，因而可以在不用模具和工具的條件下生成幾乎任意復(fù)雜的零部件，極大地提高了生產(chǎn)效率和制造柔性。其對制造業(yè)的影響可與20世紀50-60年代的數(shù)控技術(shù)相比，快速成型技術(shù)可以自動、直接、快速精確的將設(shè)計思路轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂幸欢üδ艿脑突蛑苯又圃炝慵瑥亩梢詫Ξa(chǎn)品設(shè)計進行快速評估、修改及功能試驗，大大縮短了產(chǎn)品的研制周期。概述內(nèi)容3D打印技術(shù)的原理、特點3D打印典型案例與行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀典型3D打印技術(shù)215343D打印技術(shù)的重大意義3D打印技術(shù)與行業(yè)的前景展望內(nèi)容3D打印技術(shù)的原理、特點3D打印典型案例與行業(yè)發(fā)展現(xiàn)制造技術(shù)分類去除制造切削加工等切削機床受迫制造鑄造、鍛造等鍛造機等粉、片、液體等3D打印制造裝備仿生制造？？原理工藝設(shè)備方法論1.3D打印技術(shù)原理制造技術(shù)分類去除制造切削加工等切削機床受迫制造鑄造、鍛造等鍛1.13D打印技術(shù)原理3D打印技術(shù)（學(xué)術(shù)界稱為增材制造、快速成形等）是通過對CAD數(shù)據(jù)離散分析，得到堆積的約束、路徑及方法，通過材料疊加堆積而形成三維實體模型基于離散和堆積原理也稱為“疊層制造”學(xué)習(xí)3D打印技術(shù)因具備計算機基本操作知識、三維設(shè)計軟件、機械基礎(chǔ)、控制基礎(chǔ)、網(wǎng)絡(luò)信息等多學(xué)科知識。1.13D打印技術(shù)原理3D打印技術(shù)（學(xué)術(shù)界稱為增材制造、3D打印技術(shù)原理圖快速制造原理示意圖三維——二維——三維的轉(zhuǎn)換CAD模型堆積成形產(chǎn)品3D打印技術(shù)原理圖快速制造原理示意圖三維——二維——1.23D打印技術(shù)特點3D打印技術(shù)變“減材”加工為“立體打印”將三維實體變?yōu)槎S平面，降低制造復(fù)雜度1.23D打印技術(shù)特點3D打印技術(shù)變“減材”加工為“立體打1.23D打印技術(shù)特點特別適合復(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1.23D打印技術(shù)特點特別適合復(fù)雜結(jié)構(gòu)、個性化制造及創(chuàng)新內(nèi)容3D打印技術(shù)的原理、特點3D打印典型案例與行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀典型3D打印技術(shù)215343D打印技術(shù)的優(yōu)點3D打印技術(shù)與行業(yè)的前景展望內(nèi)容3D打印技術(shù)的原理、特點3D打印典型案例與行業(yè)發(fā)展現(xiàn)拓展產(chǎn)品創(chuàng)意與創(chuàng)新空間、無需任何夾具，設(shè)計和制造一體化。：設(shè)計人員不再受傳統(tǒng)工藝和制造資源約束，專注于產(chǎn)品形態(tài)創(chuàng)意和功能創(chuàng)新，在“設(shè)計即生產(chǎn)”、“設(shè)計即產(chǎn)品”理念下，追求“創(chuàng)造無極限”在零部件的設(shè)計上可以采用最優(yōu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計，無需考慮加工問題，解決了傳統(tǒng)的航空航天、船舶、汽車等動力裝備高端復(fù)雜精細結(jié)構(gòu)零部件的制造難題。2.13D打印技術(shù)為社會制造提供創(chuàng)新的原動力拓展產(chǎn)品創(chuàng)意與創(chuàng)新空間、無需任何夾具，設(shè)計和制造一體化。：設(shè)極大降低產(chǎn)品研發(fā)創(chuàng)新成本、縮短創(chuàng)新研發(fā)周期，提高新產(chǎn)品投產(chǎn)的一次成功率

：由于簡化或省略了工藝準備、試驗等環(huán)節(jié)，產(chǎn)品數(shù)字化設(shè)計、制造、分析高度一體化，顯著縮短新產(chǎn)品開發(fā)定型周期，降低成本，實現(xiàn)同步并行工程的實施。設(shè)計試驗工藝準備制造縮短周期設(shè)計工藝準備制造六缸發(fā)動機缸蓋傳統(tǒng)砂型鑄造工裝模具設(shè)計制造周期長達5個月，3D打印只需一周便可制成。2.13D打印技術(shù)為社會制造提供創(chuàng)新的原動力極大降低產(chǎn)品研發(fā)創(chuàng)新成本、縮短創(chuàng)新研發(fā)周期，提高新產(chǎn)品投產(chǎn)的簡化制造提高產(chǎn)品質(zhì)量與性能

據(jù)悉，一架“空客A380”飛機或“波音747”飛機，分別約有450多萬個零部件，從理論上說，零部件越多越不安全，結(jié)合部往往就是隱患。3D打印技術(shù)的一個明顯優(yōu)勢就是可以將多個零部件集合成一個整體制造出來，減少零部件的數(shù)量，不但大大簡化了之后的裝配工作，也是其安全性和可靠性隨之提高。此鈦合金復(fù)雜大型主承力構(gòu)件，傳統(tǒng)制造方式需要分體制造，然后焊接，而使用激光3D打印整體可實現(xiàn)成形，安全性和可靠性大大提高。2.23D打印技術(shù)可提升社會制造的工藝能力簡化制造提高產(chǎn)品質(zhì)量與性能據(jù)悉，一架“空客A380”飛機或能制造出傳統(tǒng)工藝無法加工的零部件、解決常規(guī)機械加工或手工無法解決的問題，極大增強了工藝實現(xiàn)能力3D打印突破了結(jié)構(gòu)幾何約束，能夠制造出傳統(tǒng)方法無法加工的非常規(guī)結(jié)構(gòu)特征，這種工藝能力對于實現(xiàn)零部件輕量化、優(yōu)化性能有極其重要的意義。航空發(fā)動機的復(fù)雜關(guān)鍵零部件2.23D打印技術(shù)可提升社會制造的工藝能力能制造出傳統(tǒng)工藝無法加工的零部件、解決常規(guī)機械加工或手工無法提高了難加工材料可加工性，拓展了工程應(yīng)用領(lǐng)域整體式鎳合金轉(zhuǎn)子生物材料人體器官修復(fù)體高能束加工陶瓷、鈦合金等傳統(tǒng)難加工材料零件拓展了高性能材料的工程應(yīng)用范圍；采用金屬/無機/有機生物材料制成的人體器官修復(fù)體等醫(yī)用零部件則拓展了工業(yè)制品的應(yīng)用范圍。2.23D打印技術(shù)可提升社會制造的工藝能力提高了難加工材料可加工性，拓展了工程應(yīng)用領(lǐng)域整體式鎳合金轉(zhuǎn)子3D打印制造技術(shù)促進綠色制造模式非接觸和無壓力成形、近凈成形能耗低、節(jié)約材料、污染物排放少；利用3D打印實現(xiàn)大型復(fù)雜零部件的修復(fù)再制造，節(jié)約資源能源。2.33D打印技術(shù)實現(xiàn)社會制造的綠色可持續(xù)發(fā)展3D打印制造技術(shù)促進綠色制造模式非接觸和無壓力成形、近凈成形關(guān)鍵創(chuàng)新思路：將零件內(nèi)部設(shè)計為網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，替代實心，從而減少材料使用量，降低制造時間和能源消耗量。具有內(nèi)部網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的鈦合金發(fā)動機葉片材料使用量減少70%，選擇性激光熔化（SLM）制造時間降低60%技術(shù)難點：（1）傳統(tǒng)制造方法無法成形；

（2）網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)設(shè)計，優(yōu)化性能。3D打印制造技術(shù)促進綠色制造模式2.33D打印技術(shù)實現(xiàn)社會制造的綠色可持續(xù)發(fā)展關(guān)鍵創(chuàng)新思路：將零件內(nèi)部設(shè)計為網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，替代實心，從而減少材內(nèi)容3D打印技術(shù)的原理、特點3D打印典型案例與行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀典型3D打印技術(shù)215343D打印技術(shù)的優(yōu)點3D打印技術(shù)與行業(yè)的前景展望內(nèi)容3D打印技術(shù)的原理、特點3D打印典型案例與行業(yè)發(fā)展現(xiàn)3.2.13D打印典型案例工業(yè)：3D打印與傳統(tǒng)鑄造工藝結(jié)合，實現(xiàn)航空航天、汽車、國防等領(lǐng)域大型復(fù)雜異形關(guān)鍵零部件件的快速制造，實現(xiàn)新產(chǎn)品的快速低成本開發(fā)。3D打印技術(shù)加速航天航空、汽車等領(lǐng)域關(guān)鍵零部件的快速開發(fā)與制造，提高相關(guān)領(lǐng)域的創(chuàng)新能力與水平。3.2.13D打印典型案例工業(yè)：3D打印與傳統(tǒng)鑄造工藝結(jié)工業(yè)：3D打印與傳統(tǒng)模具制造工藝結(jié)合，提高復(fù)雜模具的冷卻效率，減少產(chǎn)品缺陷，縮短制造周期，大幅降低制造成本。3.23D打印典型案例復(fù)合制造工藝隨形冷卻流道設(shè)計與冷卻效果模擬模具冷卻周期縮短68%以上，溫度梯度由12℃降至4℃，缺陷率有60%將至0。工業(yè)：3D打印與傳統(tǒng)模具制造工藝結(jié)合，提高復(fù)雜模具的冷卻效率工業(yè)：3D打印與傳統(tǒng)模具制造工藝結(jié)合工業(yè)：3D打印與傳統(tǒng)模具制造工藝結(jié)合工業(yè)：3D打印與傳統(tǒng)熱等靜壓工藝結(jié)合，實現(xiàn)復(fù)雜難加工材料零部件的整體凈近成形。3.23D打印典型案例工業(yè)：3D打印與傳統(tǒng)熱等靜壓工藝結(jié)合，實現(xiàn)復(fù)雜難加工材料零部工業(yè)：3D打印直接成形復(fù)雜高性能金屬功能零部件，直接應(yīng)用在航天航空、汽車等領(lǐng)域。3.23D打印典型案例美國AeroMet公司使用激光成形技術(shù)制造的次承力結(jié)構(gòu)件在F/A-18戰(zhàn)斗機上實現(xiàn)了裝機驗證。工業(yè)：3D打印直接成形復(fù)雜高性能金屬功能零部件，直接應(yīng)用在航醫(yī)療：研究直接細胞直接打印技術(shù)，制造出血管、肝臟等軟組織。3.23D打印典型案例醫(yī)療：研究直接細胞直接打印技術(shù)，制造出血管、肝臟等軟組織。3醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用3.23D打印典型案例文化創(chuàng)意：制造形狀復(fù)雜、彩色的工藝品，可實現(xiàn)文物的復(fù)制以及創(chuàng)新的設(shè)計。3D打印制造的“火龍”工藝品栩栩如生的彩色金剛鸚鵡文物復(fù)制（西漢長裙女傭）3.23D打印典型案例文化創(chuàng)意：制造形狀復(fù)雜、彩色的工衣:用3D打印機在家中“打印”鞋子（美國）食：用3D打印機制造巧克力、肉類3.2.13D打印國內(nèi)外應(yīng)用案例日常生活：3D打印已經(jīng)進入我們的生活，開始影響我們的衣食住行。衣:用3D打印機在家中“打印”鞋子（美國）食：用3D3.33D打印行業(yè)現(xiàn)狀2012年3D打印行業(yè)產(chǎn)值增長28.6%，達到了22.04億美金，3D打印行業(yè)連續(xù)三年增長量超過20%。3D打印行業(yè)歷年產(chǎn)值變化（WohlersReport2013）3.33D打印行業(yè)現(xiàn)狀2012年3D打印行業(yè)產(chǎn)值增長28內(nèi)容3D打印技術(shù)的原理、特點3D典型案例與行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀典型3D打印技術(shù)215343D打印技術(shù)的優(yōu)點3D打印技術(shù)與行業(yè)的前景展望內(nèi)容3D打印技術(shù)的原理、特點3D典型案例與行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀典4.1快速成型典型工藝光固化成形(StereoLithographyApparatus，簡寫SLA);薄材疊層制作(LaminatedObjectManufactur-ing簡寫LOM)選擇性激光燒結(jié)(SelectiveLaserSintering，簡寫SLS);熔絲沉積成形(FusedDepositionModeling，簡寫FDM);等四種。以下對這些典型工藝原理，特點進行簡單的介紹。4.1快速成型典型工藝光固化成形(StereoLit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，是當前應(yīng)用最廣泛的一種高精度成形工藝。4.1SLA光固化（立體光刻）（成本高）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，是當前應(yīng)華中科技大學(xué)研制的第一代SLA設(shè)備4.1光固化快速成形制造技術(shù)及其應(yīng)用SLA成形的典型零件華中科技大學(xué)研制的第一代SLA設(shè)備4.1光固化快速成形制SLA成形的可裝配瓶狀模型4.1光固化快速成形制造技術(shù)及其應(yīng)用SLA成形的可裝配瓶狀模型4.1光固化快速成形制造技術(shù)及SLA成形的微小精細結(jié)構(gòu)零部件成形：約10m，1小時左右4.1光固化快速成形制造技術(shù)及其應(yīng)用SLA成形的微小精細結(jié)構(gòu)4.1光固化快速成形制造技術(shù)及其SLA成形的典型零件4.1光固化快速成形制造技術(shù)及其應(yīng)用SLA成形的典型零件4.1光固化快速成形制造技術(shù)及其應(yīng)用4.2薄材疊層制作LOM分層實體制造采用激光切割箔材，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。4.2薄材疊層制作LOM分層實體制造采用激光切割箔材，LOM成形的典型零件華中科技大學(xué)研制的LOM材料4.2薄材疊層快速成形制造技術(shù)及其應(yīng)用華中科技大學(xué)研制的LOM設(shè)備LOM成形的典型零件華中科技大學(xué)研制的LOM材料4.2薄摩托車零件4.2薄材疊層快速成形制造技術(shù)及其應(yīng)用摩托車零件4.2薄材疊層快速成形制造技術(shù)及其應(yīng)用小型發(fā)動機零件原型件4.2薄材疊層快速成形制造技術(shù)及其應(yīng)用小型發(fā)動機零件原型件4.2薄材疊層快速成形制造技術(shù)及其4.3SLS選擇性激光燒結(jié)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。4.3SLS選擇性激光燒結(jié)采用激光逐點燒結(jié)粉末材料，使包

為某單位成形的航空航天零部件蠟?zāi)＜熬荑T造鈦合金零部件零件尺寸：109×109×1011mm34.3粉末材料3D打印技術(shù)及其應(yīng)用為某單位成形的航空航天零部件蠟?zāi)＜熬荑T造鈦合金零部件4摩托車引擎缸體（253.8253.7181.8mm3）SLS熔模鑄造鋁合金鑄件非金屬制件快速成形制造技術(shù)塑料制件---熔模精密鑄造4.3粉末材料3D打印技術(shù)及其應(yīng)用摩托車引擎缸體（253.8253.7181.8金屬粉末燒結(jié)金屬粉末燒結(jié)蠟件蠟件非金屬制件快速成形制造技術(shù)塑料制件---熔模精密鑄造大型薄壁鑄件，最小壁厚3.0mm851.12523.20380.35mm3熔模鑄件SLS鑄造4.3粉末材料3D打印技術(shù)及其應(yīng)用非金屬制件快速成形制造技術(shù)塑料制件---熔模精密鑄造大型薄壁砂制件砂制件復(fù)雜尼龍零件的直接3D打印4.3粉末材料3D打印技術(shù)及其應(yīng)用復(fù)雜尼龍零件的直接3D打印4.3粉末材料3D打印技術(shù)及其用覆膜砂型(芯)澆注的液壓閥體鑄件及其剖分圖非金屬制件3D打印技術(shù)樹脂覆膜砂制件4.3粉末材料3D打印技術(shù)及其應(yīng)用用覆膜砂型(芯)澆注的液壓閥體鑄件及其剖分圖非金屬制件34.4FDM熔融沉積成形采用絲狀熱塑性成形材料，連續(xù)地送入噴頭后在其中加熱熔融并擠出噴嘴，逐步堆積成形。（成本低）4.4FDM熔融沉積成形采用絲狀熱塑性成形材料，連續(xù)地送4.4北京太爾時代公司的INSPIRE系列4.4北京太爾時代公司的INSPIRE系列4.4北京太爾時代公司的MEM4.4北京太爾時代公司的MEM雙噴頭系統(tǒng)設(shè)備支持雙噴頭雙材料，兼容BST（剝離型支撐）和SST（溶解型支撐）。雙材料使支撐更易剝離。雙噴頭系統(tǒng)設(shè)備支持雙噴頭雙材料，兼容BST（剝離型支撐）和S4.4方便快捷的內(nèi)部網(wǎng)格結(jié)構(gòu)內(nèi)部網(wǎng)格結(jié)構(gòu)有效地節(jié)約材料成本和時間成本4.4方便快捷的內(nèi)部網(wǎng)格結(jié)構(gòu)內(nèi)部網(wǎng)格結(jié)構(gòu)有效地節(jié)約材料成4.4常見快速成形工藝運行成本對比4.4常見快速成形工藝運行成本對比內(nèi)容3D打印技術(shù)的原理、特點3D打印典型案例與行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀典型3D打印技術(shù)215343D打印技術(shù)的優(yōu)點3D打印技術(shù)與行業(yè)的前景展望內(nèi)容3D打印技術(shù)的原理、特點3D打印典型案例與行業(yè)發(fā)展現(xiàn)5.3D打印技術(shù)與行業(yè)的前景展望提升3D打印技術(shù)水平：3D打印是社會制造的基礎(chǔ)和動力，高效、高精、高性能、低成本的3D打印技術(shù)是發(fā)展3D打印產(chǎn)業(yè)的根本。建立社會制造網(wǎng)絡(luò)與管理模式：3D打印技術(shù)是社會需求、產(chǎn)品設(shè)計、改進、制造和運輸高度信息化和智能化的實現(xiàn)手段，需要建立高效的社會制造網(wǎng)絡(luò)和管理模式。3D技術(shù)廣泛的融化生活：3D打印技術(shù)將會在各行各業(yè)中取得應(yīng)用，不僅跟工業(yè)、醫(yī)學(xué)等行業(yè)，還可以和農(nóng)、商、文、教育等深入融合，改變?nèi)藗兊纳睢?.3D打印技術(shù)與行業(yè)的前景展望提升3D打印技術(shù)水平：3D5.3D打印技術(shù)與行業(yè)的前景展望3D打印技術(shù)應(yīng)用前景：目前應(yīng)用最多的為模型、原型、高性能塑料和功能件的制造；未來在模具、醫(yī)療、電子、個人消費品、組織工程、智能結(jié)構(gòu)和其他未知領(lǐng)域都有很大的潛力。5.3D打印技術(shù)與行業(yè)的前景展望3D打印技術(shù)應(yīng)用前景：5.3D打印技術(shù)與行業(yè)的前景展望極限環(huán)境按需制造太空3D打印美國NASA啟動太空3D打印項目。2010年8月成立“MadeinSpace”；2011年春季建立3D打印實驗室；、2011年夏季NASA宇航局飛行項目通過亞軌道飛行計劃；2011年7月-9月微重力實驗；2011年12-2013年2月進行3個階段的設(shè)計、制造項目，計劃2014年將3D打印設(shè)備送入太空；當前，材料、閉環(huán)控制系統(tǒng)、其他增材制造技術(shù)的研發(fā)5.3D打印技術(shù)與行業(yè)的前景展望極限環(huán)境按需制造太空3D打5.3D打印技術(shù)與行業(yè)的前景展望深海3D打印遠洋3D打印生物制造，細胞打印……5.3D打印技術(shù)與行業(yè)的前景展望深海3D打印STL文件（ASCII碼和二進制）三維CAD造型，生成STL文件，如solidworks、ug、proe、3dmax、AutoCAD2000等均支持STL文件輸出通過CT重構(gòu)或其他反求工程也可以獲得stl文件文件格式STL文件（ASCII碼和二進制）文件格式快速成型技術(shù)（3D打?。?/p>

鄭小飛2013.07快速成型技術(shù)（3D打?。?/p>

鄭小飛前言隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，生產(chǎn)完成了從工廠業(yè)手工向機器大工業(yè)的過渡，從而改變了人們生活與工作方式。在日新月異的信息化、智能化浪潮中，人們個性化的需求意見日漸增長。未來的產(chǎn)業(yè)將是生產(chǎn)那些個性化的產(chǎn)品，未來的制造工廠也會漸漸被分散的個人取代，實現(xiàn)“社會制造”。社會制造的關(guān)鍵是主動、實時地將社會需求和社會制造能力有機地銜接起來，從而實現(xiàn)和供應(yīng)之間的相互轉(zhuǎn)換。而3D打印是一種可以快速實現(xiàn)社會需求-“數(shù)據(jù)模型”向個性化產(chǎn)品轉(zhuǎn)化的技術(shù)，將互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、物流網(wǎng)和3D打印技術(shù)組成社會制造的網(wǎng)絡(luò)，通過眾包的方式讓民眾充分參與產(chǎn)品的全生命制造過程，必會促進個性化、實時化、經(jīng)濟化的生產(chǎn)和消費模式，形成新的產(chǎn)業(yè)革命。前言隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，生產(chǎn)完成了從工廠業(yè)手工向機3D打印模型3D打印模型概述快速成型(RapidPrototyping,簡稱RP)技術(shù)是20世紀80年代后期發(fā)展起來的,快速成型技術(shù)是近年來發(fā)展起來的直接根據(jù)CAD模型快速生產(chǎn)樣件或零件的成組技術(shù)總稱，它集成了CAD技術(shù)、數(shù)控技術(shù)、激光技術(shù)和材料技術(shù)等現(xiàn)代科技成果，是先進制造技術(shù)的重要組成部分。與傳統(tǒng)制造方法不同，快速成型從零件的CAD幾何模型出發(fā)，通過軟件分層離散和數(shù)控成型系統(tǒng)，用激光束或其他方法將材料堆積而形成實體零件。由于它把復(fù)雜的三維制造轉(zhuǎn)化為一系列二維制造的疊加，因而可以在不用模具和工具的條件下生成幾乎任意復(fù)雜的零部件，極大地提高了生產(chǎn)效率和制造柔性。其對制造業(yè)的影響可與20世紀50-60年代的數(shù)控技術(shù)相比，快速成型技術(shù)可以自動、直接、快速精確的將設(shè)計思路轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂幸欢üδ艿脑突蛑苯又圃炝慵?，從而可以對產(chǎn)品設(shè)計進行快速評估、修改及功能試驗，大大縮短了產(chǎn)品的研制周期。概述內(nèi)容3D打印技術(shù)的原理、特點3D打印典型案例與行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀典型3D打印技術(shù)215343D打印技術(shù)的重大意義3D打印技術(shù)與行業(yè)的前景展望內(nèi)容3D打印技術(shù)的原理、特點3D打印典型案例與行業(yè)發(fā)展現(xiàn)制造技術(shù)分類去除制造切削加工等切削機床受迫制造鑄造、鍛造等鍛造機等粉、片、液體等3D打印制造裝備仿生制造？？原理工藝設(shè)備方法論1.3D打印技術(shù)原理制造技術(shù)分類去除制造切削加工等切削機床受迫制造鑄造、鍛造等鍛1.13D打印技術(shù)原理3D打印技術(shù)（學(xué)術(shù)界稱為增材制造、快速成形等）是通過對CAD數(shù)據(jù)離散分析，得到堆積的約束、路徑及方法，通過材料疊加堆積而形成三維實體模型基于離散和堆積原理也稱為“疊層制造”學(xué)習(xí)3D打印技術(shù)因具備計算機基本操作知識、三維設(shè)計軟件、機械基礎(chǔ)、控制基礎(chǔ)、網(wǎng)絡(luò)信息等多學(xué)科知識。1.13D打印技術(shù)原理3D打印技術(shù)（學(xué)術(shù)界稱為增材制造、3D打印技術(shù)原理圖快速制造原理示意圖三維——二維——三維的轉(zhuǎn)換CAD模型堆積成形產(chǎn)品3D打印技術(shù)原理圖快速制造原理示意圖三維——二維——1.23D打印技術(shù)特點3D打印技術(shù)變“減材”加工為“立體打印”將三維實體變?yōu)槎S平面，降低制造復(fù)雜度1.23D打印技術(shù)特點3D打印技術(shù)變“減材”加工為“立體打1.23D打印技術(shù)特點特別適合復(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1.23D打印技術(shù)特點特別適合復(fù)雜結(jié)構(gòu)、個性化制造及創(chuàng)新內(nèi)容3D打印技術(shù)的原理、特點3D打印典型案例與行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀典型3D打印技術(shù)215343D打印技術(shù)的優(yōu)點3D打印技術(shù)與行業(yè)的前景展望內(nèi)容3D打印技術(shù)的原理、特點3D打印典型案例與行業(yè)發(fā)展現(xiàn)拓展產(chǎn)品創(chuàng)意與創(chuàng)新空間、無需任何夾具，設(shè)計和制造一體化。：設(shè)計人員不再受傳統(tǒng)工藝和制造資源約束，專注于產(chǎn)品形態(tài)創(chuàng)意和功能創(chuàng)新，在“設(shè)計即生產(chǎn)”、“設(shè)計即產(chǎn)品”理念下，追求“創(chuàng)造無極限”在零部件的設(shè)計上可以采用最優(yōu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計，無需考慮加工問題，解決了傳統(tǒng)的航空航天、船舶、汽車等動力裝備高端復(fù)雜精細結(jié)構(gòu)零部件的制造難題。2.13D打印技術(shù)為社會制造提供創(chuàng)新的原動力拓展產(chǎn)品創(chuàng)意與創(chuàng)新空間、無需任何夾具，設(shè)計和制造一體化。：設(shè)極大降低產(chǎn)品研發(fā)創(chuàng)新成本、縮短創(chuàng)新研發(fā)周期，提高新產(chǎn)品投產(chǎn)的一次成功率

：由于簡化或省略了工藝準備、試驗等環(huán)節(jié)，產(chǎn)品數(shù)字化設(shè)計、制造、分析高度一體化，顯著縮短新產(chǎn)品開發(fā)定型周期，降低成本，實現(xiàn)同步并行工程的實施。設(shè)計試驗工藝準備制造縮短周期設(shè)計工藝準備制造六缸發(fā)動機缸蓋傳統(tǒng)砂型鑄造工裝模具設(shè)計制造周期長達5個月，3D打印只需一周便可制成。2.13D打印技術(shù)為社會制造提供創(chuàng)新的原動力極大降低產(chǎn)品研發(fā)創(chuàng)新成本、縮短創(chuàng)新研發(fā)周期，提高新產(chǎn)品投產(chǎn)的簡化制造提高產(chǎn)品質(zhì)量與性能

據(jù)悉，一架“空客A380”飛機或“波音747”飛機，分別約有450多萬個零部件，從理論上說，零部件越多越不安全，結(jié)合部往往就是隱患。3D打印技術(shù)的一個明顯優(yōu)勢就是可以將多個零部件集合成一個整體制造出來，減少零部件的數(shù)量，不但大大簡化了之后的裝配工作，也是其安全性和可靠性隨之提高。此鈦合金復(fù)雜大型主承力構(gòu)件，傳統(tǒng)制造方式需要分體制造，然后焊接，而使用激光3D打印整體可實現(xiàn)成形，安全性和可靠性大大提高。2.23D打印技術(shù)可提升社會制造的工藝能力簡化制造提高產(chǎn)品質(zhì)量與性能據(jù)悉，一架“空客A380”飛機或能制造出傳統(tǒng)工藝無法加工的零部件、解決常規(guī)機械加工或手工無法解決的問題，極大增強了工藝實現(xiàn)能力3D打印突破了結(jié)構(gòu)幾何約束，能夠制造出傳統(tǒng)方法無法加工的非常規(guī)結(jié)構(gòu)特征，這種工藝能力對于實現(xiàn)零部件輕量化、優(yōu)化性能有極其重要的意義。航空發(fā)動機的復(fù)雜關(guān)鍵零部件2.23D打印技術(shù)可提升社會制造的工藝能力能制造出傳統(tǒng)工藝無法加工的零部件、解決常規(guī)機械加工或手工無法提高了難加工材料可加工性，拓展了工程應(yīng)用領(lǐng)域整體式鎳合金轉(zhuǎn)子生物材料人體器官修復(fù)體高能束加工陶瓷、鈦合金等傳統(tǒng)難加工材料零件拓展了高性能材料的工程應(yīng)用范圍；采用金屬/無機/有機生物材料制成的人體器官修復(fù)體等醫(yī)用零部件則拓展了工業(yè)制品的應(yīng)用范圍。2.23D打印技術(shù)可提升社會制造的工藝能力提高了難加工材料可加工性，拓展了工程應(yīng)用領(lǐng)域整體式鎳合金轉(zhuǎn)子3D打印制造技術(shù)促進綠色制造模式非接觸和無壓力成形、近凈成形能耗低、節(jié)約材料、污染物排放少；利用3D打印實現(xiàn)大型復(fù)雜零部件的修復(fù)再制造，節(jié)約資源能源。2.33D打印技術(shù)實現(xiàn)社會制造的綠色可持續(xù)發(fā)展3D打印制造技術(shù)促進綠色制造模式非接觸和無壓力成形、近凈成形關(guān)鍵創(chuàng)新思路：將零件內(nèi)部設(shè)計為網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，替代實心，從而減少材料使用量，降低制造時間和能源消耗量。具有內(nèi)部網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的鈦合金發(fā)動機葉片材料使用量減少70%，選擇性激光熔化（SLM）制造時間降低60%技術(shù)難點：（1）傳統(tǒng)制造方法無法成形；

（2）網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)設(shè)計，優(yōu)化性能。3D打印制造技術(shù)促進綠色制造模式2.33D打印技術(shù)實現(xiàn)社會制造的綠色可持續(xù)發(fā)展關(guān)鍵創(chuàng)新思路：將零件內(nèi)部設(shè)計為網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，替代實心，從而減少材內(nèi)容3D打印技術(shù)的原理、特點3D打印典型案例與行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀典型3D打印技術(shù)215343D打印技術(shù)的優(yōu)點3D打印技術(shù)與行業(yè)的前景展望內(nèi)容3D打印技術(shù)的原理、特點3D打印典型案例與行業(yè)發(fā)展現(xiàn)3.2.13D打印典型案例工業(yè)：3D打印與傳統(tǒng)鑄造工藝結(jié)合，實現(xiàn)航空航天、汽車、國防等領(lǐng)域大型復(fù)雜異形關(guān)鍵零部件件的快速制造，實現(xiàn)新產(chǎn)品的快速低成本開發(fā)。3D打印技術(shù)加速航天航空、汽車等領(lǐng)域關(guān)鍵零部件的快速開發(fā)與制造，提高相關(guān)領(lǐng)域的創(chuàng)新能力與水平。3.2.13D打印典型案例工業(yè)：3D打印與傳統(tǒng)鑄造工藝結(jié)工業(yè)：3D打印與傳統(tǒng)模具制造工藝結(jié)合，提高復(fù)雜模具的冷卻效率，減少產(chǎn)品缺陷，縮短制造周期，大幅降低制造成本。3.23D打印典型案例復(fù)合制造工藝隨形冷卻流道設(shè)計與冷卻效果模擬模具冷卻周期縮短68%以上，溫度梯度由12℃降至4℃，缺陷率有60%將至0。工業(yè)：3D打印與傳統(tǒng)模具制造工藝結(jié)合，提高復(fù)雜模具的冷卻效率工業(yè)：3D打印與傳統(tǒng)模具制造工藝結(jié)合工業(yè)：3D打印與傳統(tǒng)模具制造工藝結(jié)合工業(yè)：3D打印與傳統(tǒng)熱等靜壓工藝結(jié)合，實現(xiàn)復(fù)雜難加工材料零部件的整體凈近成形。3.23D打印典型案例工業(yè)：3D打印與傳統(tǒng)熱等靜壓工藝結(jié)合，實現(xiàn)復(fù)雜難加工材料零部工業(yè)：3D打印直接成形復(fù)雜高性能金屬功能零部件，直接應(yīng)用在航天航空、汽車等領(lǐng)域。3.23D打印典型案例美國AeroMet公司使用激光成形技術(shù)制造的次承力結(jié)構(gòu)件在F/A-18戰(zhàn)斗機上實現(xiàn)了裝機驗證。工業(yè)：3D打印直接成形復(fù)雜高性能金屬功能零部件，直接應(yīng)用在航醫(yī)療：研究直接細胞直接打印技術(shù)，制造出血管、肝臟等軟組織。3.23D打印典型案例醫(yī)療：研究直接細胞直接打印技術(shù)，制造出血管、肝臟等軟組織。3醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用3.23D打印典型案例文化創(chuàng)意：制造形狀復(fù)雜、彩色的工藝品，可實現(xiàn)文物的復(fù)制以及創(chuàng)新的設(shè)計。3D打印制造的“火龍”工藝品栩栩如生的彩色金剛鸚鵡文物復(fù)制（西漢長裙女傭）3.23D打印典型案例文化創(chuàng)意：制造形狀復(fù)雜、彩色的工衣:用3D打印機在家中“打印”鞋子（美國）食：用3D打印機制造巧克力、肉類3.2.13D打印國內(nèi)外應(yīng)用案例日常生活：3D打印已經(jīng)進入我們的生活，開始影響我們的衣食住行。衣:用3D打印機在家中“打印”鞋子（美國）食：用3D3.33D打印行業(yè)現(xiàn)狀2012年3D打印行業(yè)產(chǎn)值增長28.6%，達到了22.04億美金，3D打印行業(yè)連續(xù)三年增長量超過20%。3D打印行業(yè)歷年產(chǎn)值變化（WohlersReport2013）3.33D打印行業(yè)現(xiàn)狀2012年3D打印行業(yè)產(chǎn)值增長28內(nèi)容3D打印技術(shù)的原理、特點3D典型案例與行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀典型3D打印技術(shù)215343D打印技術(shù)的優(yōu)點3D打印技術(shù)與行業(yè)的前景展望內(nèi)容3D打印技術(shù)的原理、特點3D典型案例與行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀典4.1快速成型典型工藝光固化成形(StereoLithographyApparatus，簡寫SLA);薄材疊層制作(LaminatedObjectManufactur-ing簡寫LOM)選擇性激光燒結(jié)(SelectiveLaserSintering，簡寫SLS);熔絲沉積成形(FusedDepositionModeling，簡寫FDM);等四種。以下對這些典型工藝原理，特點進行簡單的介紹。4.1快速成型典型工藝光固化成形(StereoLit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，是當前應(yīng)用最廣泛的一種高精度成形工藝。4.1SLA光固化（立體光刻）（成本高）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，是當前應(yīng)華中科技大學(xué)研制的第一代SLA設(shè)備4.1光固化快速成形制造技術(shù)及其應(yīng)用SLA成形的典型零件華中科技大學(xué)研制的第一代SLA設(shè)備4.1光固化快速成形制SLA成形的可裝配瓶狀模型4.1光固化快速成形制造技術(shù)及其應(yīng)用SLA成形的可裝配瓶狀模型4.1光固化快速成形制造技術(shù)及SLA成形的微小精細結(jié)構(gòu)零部件成形：約10m，1小時左右4.1光固化快速成形制造技術(shù)及其應(yīng)用SLA成形的微小精細結(jié)構(gòu)4.1光固化快速成形制造技術(shù)及其SLA成形的典型零件4.1光固化快速成形制造技術(shù)及其應(yīng)用SLA成形的典型零件4.1光固化快速成形制造技術(shù)及其應(yīng)用4.2薄材疊層制作LOM分層實體制造采用激光切割箔材，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。4.2薄材疊層制作LOM分層實體制造采用激光切割箔材，LOM成形的典型零件華中科技大學(xué)研制的LOM材料4.2薄材疊層快速成形制造技術(shù)及其應(yīng)用華中科技大學(xué)研制的LOM設(shè)備LOM成形的典型零件華中科技大學(xué)研制的LOM材料4.2薄摩托車零件4.2薄材疊層快速成形制造技術(shù)及其應(yīng)用摩托車零件4.2薄材疊層快速成形制造技術(shù)及其應(yīng)用小型發(fā)動機零件原型件4.2薄材疊層快速成形制造技術(shù)及其應(yīng)用小型發(fā)動機零件原型件4.2薄材疊層快速成形制造技術(shù)及其4.3SLS選擇性激光燒結(jié)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。4.3SLS選擇性激光燒結(jié)采用激光逐點燒結(jié)粉末材料，使包

為某單位成形的航空航天零部件蠟?zāi)＜熬荑T造鈦合金零部件零件尺寸：109×109×1011mm34.3粉末材料3D打印技術(shù)及其應(yīng)用為某單位成形的航空航天零部件蠟?zāi)＜熬荑T造鈦合金零部件4摩托車引擎缸體（253.8253.7181.8mm3）SLS熔模鑄造鋁合金鑄件非金屬制件快速成形制造技術(shù)塑料制件---熔模精密鑄造4.3粉末材料3D打印技術(shù)及其應(yīng)用摩托車引擎缸體（253.8253.7181.8金屬粉末燒結(jié)金屬粉末燒結(jié)蠟件蠟件非金屬制件快速成形制造技術(shù)塑料制件---熔模精密鑄造大型薄壁鑄件，最小壁厚3.0mm851.12523.20380.35mm3熔模鑄件SLS鑄造4.3粉末材料3D打印技術(shù)及其應(yīng)用非金屬制件快速成形制造技術(shù)塑料制件---熔模精密鑄造大型薄壁砂制件砂制件復(fù)雜尼龍零件的直接3D打印4.3粉末材料3D打印技術(shù)及其應(yīng)用復(fù)雜尼龍零件的直接3D打印4.3粉末材料3D打印技術(shù)及其