...wd......wd......wd...3D打印技術(shù)1．3D打印的概念及原理1.1.3D打印的概念3D打印技術(shù)，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粘合材料，通過逐層打印的方式來構(gòu)造物體的技術(shù)。3D打印機(jī)則出現(xiàn)在上世紀(jì)90年代中期，即一種利用光固化和紙層疊等技術(shù)的快速成型裝置。它與普通打印機(jī)工作原理基本一樣，打印機(jī)內(nèi)裝有液體或粉末等“印材料〞，與電腦連接后，通過電腦控制把“打印材料〞一層層疊加起來，最終把計(jì)算機(jī)上的藍(lán)圖變成實(shí)物。如今這一技術(shù)在多個(gè)領(lǐng)域得到應(yīng)用，人們用它來制造服裝、建筑模型、汽車、巧克力甜品等。1.2．3D打印的原理每一層的打印過程分為兩步，首先在需要成型的區(qū)域噴灑一層特殊膠水，膠水液滴本身很小，且不易擴(kuò)散。然后是噴灑一層均勻的粉末，粉末遇到膠水會(huì)迅速固化黏結(jié)，而沒有膠水的區(qū)域仍保持松散狀態(tài)。這樣在一層膠水一層粉末的交替下，實(shí)體模型將會(huì)被“打印〞成型，打印完畢后只要掃除松散的粉末即可“刨〞出模型，而剩余粉末還可循環(huán)利用。見圖1所示。圖13D打印過程2.3D打印的優(yōu)缺點(diǎn)2.13D打印的優(yōu)點(diǎn)一是節(jié)省原材料和人工。由于采用“添加制造技術(shù)〞，它的用料只有原來的1/3到1/2，打印速度卻快4倍。同時(shí)因省去生產(chǎn)線和一局部組裝過程，可降低人工本錢。第二個(gè)優(yōu)點(diǎn)是可以制作形態(tài)各異的物品。理論上，只要電腦可以設(shè)計(jì)出的造型，3D打印機(jī)都可以打印出來，2011年在加拿大展出的3D打印汽車Urbee，即以其時(shí)尚前衛(wèi)的流線型外觀吸引了眾多關(guān)注。2.23D打印的缺點(diǎn)3D打印技術(shù)具有局限性，具體主要表達(dá)在材料上，目前打印材料主要只有塑料、樹脂和金屬，骨骼等有機(jī)原料。3.3D打印的應(yīng)用3D打印機(jī)的應(yīng)用對(duì)象可以是任何行業(yè)，只要這些行業(yè)需要模型和原型。以色列的Objet公司認(rèn)為，3D打印機(jī)[7]需求量較大的行業(yè)包括政府、航天和國防、醫(yī)療設(shè)備、高科技、教育業(yè)以及制造業(yè)。行業(yè)比例份額見圖2。圖23D打印的行業(yè)比例份額醫(yī)療行業(yè)。最近，一位83歲的老人由于患有慢性的骨頭感染，因此換上了由3D打印機(jī)“打印〞出來的下顎骨，這是世界上首位使用3D打印產(chǎn)品做人體骨骼的案例?？茖W(xué)研究。美國德雷塞爾大學(xué)的研究人員通過對(duì)化石進(jìn)展3D掃描，利用3D打印技術(shù)做出了適合研究的3D模型，不但保存了原化石所有的外在特征，同時(shí)還做了比例縮減，更適合研究。產(chǎn)品原型。比方微軟的3D模型打印車間，在產(chǎn)品設(shè)計(jì)出來之后，通過3D打印機(jī)打印出來模型，能夠讓設(shè)計(jì)制造部門更好的改良產(chǎn)品，打造出更出色的產(chǎn)品。文物保護(hù)。博物館里常常會(huì)用很多復(fù)雜的替代品來保護(hù)原始作品不受環(huán)境或意外事件的傷害，同時(shí)復(fù)制品也能將藝術(shù)或文物的影響更多更遠(yuǎn)的人。最近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雕塑的位置。建筑設(shè)計(jì)。在建筑業(yè)里，工程師和設(shè)計(jì)師們已經(jīng)承受了用3D打印機(jī)打印的建筑模型，這種方法快速、本錢低、環(huán)保，同時(shí)制作精巧。完全符合設(shè)計(jì)者的要求，同時(shí)又能節(jié)省大量材料。制造業(yè)。制造業(yè)也需要很多3D打印產(chǎn)品，因?yàn)?D打印無論是在本錢、速度和準(zhǔn)確度上都要比傳統(tǒng)制造好很多。而3D打印技術(shù)本身非常適合大規(guī)模生產(chǎn)，所以制造業(yè)利用3D技術(shù)能帶來很多好處，甚至連質(zhì)量控制都不再是個(gè)問題。食品產(chǎn)業(yè)。沒錯(cuò)，就是“打印〞食品。研究人員已經(jīng)開場(chǎng)嘗試打印巧克力了?；蛟S在不久的將來，很多看起來一模一樣的食品就是用食品3D打印機(jī)“打印〞出來的。當(dāng)然，到那時(shí)可能人工制作的食品會(huì)貴很多倍。汽車制造業(yè)。不是說你的車是3D打印機(jī)打印出來的〔當(dāng)然或許有一天這也有可能〕，而是說汽車行業(yè)在進(jìn)展安全性測(cè)試等工作時(shí)，會(huì)將一些非關(guān)鍵部件用3D打印的產(chǎn)品替代，在追求效率的同時(shí)降低本錢。配件、飾品。這是最廣闊的一個(gè)市場(chǎng)。在未來不管是你的個(gè)性筆筒，還是有你半身浮雕的手機(jī)外殼，抑或是你和愛人擁有的世界上獨(dú)一無二的戒指，都有可能是通過3D打印機(jī)打印出來的。甚至不用等到未來，現(xiàn)在就可以實(shí)現(xiàn)。4.3D打印的開展前景4.1．3D打印的國內(nèi)開展在2013年兩會(huì)上，全國政協(xié)委員、中航工業(yè)副總工程師、中國航母艦載機(jī)殲-15〔見圖3〕總設(shè)計(jì)師孫聰透露，殲-15工程率先采用了數(shù)字化協(xié)同設(shè)計(jì)理念：三維數(shù)字化設(shè)計(jì)改變了設(shè)計(jì)流程，提高了試制效率；五級(jí)成熟度管理模式，沖破設(shè)計(jì)和制造的組織壁壘，而這與3D打印技術(shù)關(guān)系嚴(yán)密。他透露，鈦合金和M100鋼的3D打印技術(shù)已應(yīng)用于新機(jī)試制過程，主要是主承力局部。在傳統(tǒng)的戰(zhàn)斗機(jī)制造流程當(dāng)中，飛機(jī)的3D模型設(shè)計(jì)好后，需要進(jìn)展長期的投入來制造水壓成型設(shè)備，而使用3D打印這種增材制造技術(shù)后，零件的成型速度、應(yīng)用速度得以大幅度提高。如果不是采用3D打印的增材制造技術(shù)，殲-15戰(zhàn)斗機(jī)至今能否首飛都很難講?！扳伜辖?D打印技術(shù)已用于新機(jī)研制〞，這一條消息立刻成為媒體矚目的焦點(diǎn)?！毒┤A時(shí)報(bào)》引述孫聰?shù)脑捳f，鈦合金和M100鋼的3D打印技術(shù)已廣泛用于新機(jī)設(shè)計(jì)試制過程。報(bào)道稱，于2012年10月至11月首飛成功的機(jī)型，廣泛使用了3D打印技術(shù)制造鈦合金主承力局部，包括整個(gè)前起落架?！?002年，3D打印技術(shù)剛萌芽時(shí)，我們就進(jìn)展相關(guān)技術(shù)研發(fā)，通過與北航的合作，目前已具備一定產(chǎn)業(yè)能力。〞圖3中國航母艦載機(jī)殲-15此外，在2012年8月，金屬復(fù)合材料生產(chǎn)商銀邦股份宣布和無錫安迪利捷貿(mào)易公司合資成立飛爾康快速制造科技公司，其注冊(cè)資本為5000萬元，銀邦股份參股45%，主營3D打印的金屬粉末生產(chǎn)和銷售。華泰證券點(diǎn)評(píng)道，銀邦股份進(jìn)軍新領(lǐng)域?yàn)橥顿Y者提供了充分的想象空間。成立于2009年的杭州銘展網(wǎng)絡(luò)科技公司是3D打印機(jī)的生產(chǎn)者和代理商。公司是3DSystems局部產(chǎn)品的中國區(qū)代理服務(wù)商，同時(shí)也基于開源3D打印技術(shù)制造出了個(gè)人3D打印機(jī)系列，目標(biāo)是批量生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)型家用打印機(jī)，以方便設(shè)計(jì)師、工程師、科技人員甚至普通愛好者的使用。此外，銘展還建立了“我愛3D〞設(shè)計(jì)作品分享社區(qū)，讓更多人參與創(chuàng)新分享3D打印作品。4.2.3D打印的國際開展三年前尚處于技術(shù)前沿的3D打印如今已成制造業(yè)中的新興戰(zhàn)略領(lǐng)域。2012年8月，美國總統(tǒng)奧巴馬撥款3000萬美元，在俄亥俄州建立了國家級(jí)3D打印添加劑工業(yè)研究中心，并方案第一步投入5億美元用于3D打印，以確保美國制造業(yè)不繼續(xù)轉(zhuǎn)移到中國和印度。長期跟蹤3D打印行業(yè)的某家咨詢公司表示，2011年，3D打印機(jī)的市場(chǎng)規(guī)模為17億美元左右，到2015年該市場(chǎng)將達(dá)37億美元。目前全球有兩家三維打印機(jī)制造巨頭，分別為Stratasys和3DSystems，均在美國納斯達(dá)克上市。不過，這一數(shù)字僅占全球制造市場(chǎng)的0.02%。在飛機(jī)、核電和火電等行業(yè)所使用的重型機(jī)械、高端精細(xì)機(jī)械裝備上，傳統(tǒng)的焊接和零部件加固的方法使得部件之間的連接并不結(jié)實(shí)，但是使用3D打印技術(shù)，出來的產(chǎn)品是自然無縫連接，構(gòu)造之間的穩(wěn)固性和連接強(qiáng)度要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)方法。這在飛機(jī)、核電等高端裝備制造行業(yè)的應(yīng)用上非常廣泛。5.對(duì)于3D打印的爭(zhēng)議有些業(yè)內(nèi)人認(rèn)為，三維打印技術(shù)對(duì)制造業(yè)的影響將可與噴墨打印機(jī)對(duì)文件打印的影響相媲美。15世紀(jì)出現(xiàn)的活字印刷術(shù)讓手寫體變成了印刷體。印刷機(jī)同那些可以進(jìn)展大規(guī)模生產(chǎn)的機(jī)器一樣，高效地打印出同一物品的副本，但是，其在打印個(gè)性化文件時(shí)的效率并不高。后來，噴墨打印機(jī)使打印變得更便捷、更廉價(jià)、更有個(gè)性。如今，盡管傳統(tǒng)打印機(jī)仍然打印著大量的書籍和報(bào)紙等，但更多的打印任務(wù)是由噴墨打印機(jī)來承擔(dān)的，它能按需打印出書籍、標(biāo)簽、照片等。三維打印技術(shù)帶來的變化或?qū)⒏淖冎圃鞓I(yè)的經(jīng)濟(jì)面貌。許多人認(rèn)為，這項(xiàng)技術(shù)將讓商業(yè)完全去中心化，逆轉(zhuǎn)伴隨著工業(yè)化到來的城市化進(jìn)程，人們將不再需要工廠，屆時(shí)，每個(gè)村莊都將擁有一個(gè)由打印機(jī)組成的制造廠，制造所需的物品。但是，也有人認(rèn)為，城市的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)利益遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出吸引工人到裝配線上工作的能力。有人堅(jiān)持認(rèn)為，三維打印技術(shù)減少了對(duì)工廠工人的需求，削減低本錢、低工資國家的優(yōu)勢(shì)，因而會(huì)增加興旺國家的生產(chǎn)能力。不過，也有人對(duì)此表示疑心，他們稱，亞洲制造商也有能力采用該技術(shù)，而且，即使三維打印技術(shù)確實(shí)會(huì)讓生產(chǎn)重回興旺國家，它也無法提供更多的工作時(shí)機(jī)，因?yàn)榕c標(biāo)準(zhǔn)的制造過程相比，它并非勞動(dòng)密集型的技術(shù)。而三維打印技術(shù)給物流公司帶來的威脅是顯而易見的，2010年在由中外運(yùn)敦豪國際航空快遞〔DHL〕組織的一次大會(huì)上，有人就提出了這種可能性：當(dāng)公司能夠在需求產(chǎn)品的地方打印出急需的零部件時(shí)，為什么還會(huì)從國外空運(yùn)呢附件一：市場(chǎng)上的3D打印機(jī)比照名稱公司打印尺寸X/Y分辨率特點(diǎn)層厚價(jià)格sk3dPrinterMakerBOTFDM120*120*115小巧0.33600OBJET30OBJET294×192.7×148.6600*600dpi曲面精度高0.02820wEden350/350VOBJET350x350x200600*600dpi曲面精度高0.016>100wEden260VOBJET260x260x200600*600dpi曲面精度高0.016100wConnex350OBJET350x350x200600*601dpi多材料打印0.016200wDimensionEliteStratasys,Inc204*204*3050.08mm溶解式支撐系統(tǒng)0.17840wFortus360mcStratasys,Inc355×254×2540.1溶解式支撐系統(tǒng)0.12790wEWSL35EASYWAY355×350×2500.1光固化0.053Z?pro152×152×101±.0254mm鑄造效果DimensionuPrintStratasys,Inc203×152×1520.127mm水溶性支撐0.25420wFORMIGAP100eos200×250×3300.1mmCO2，30W0.1mmEOSINTP395eos340×340×6200.1CO2，31W0.1ZPrinter?450Z-corp20