第一章3D打印技術(shù)概論任務(wù)四3D打印技術(shù)應(yīng)用及發(fā)展學(xué)習(xí)目標(biāo)：1.了解3D打印技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域；2.能夠利用網(wǎng)絡(luò)等資源收集關(guān)于3D打印技術(shù)的典型案例。任務(wù)描述：隨著工業(yè)社會(huì)的快速發(fā)展，3D打印技術(shù)以其高度的適配性貫穿了人們的吃、穿、住、行，成為滿足工業(yè)制造乃至日常生活需求的一種重要途徑之一。并且，隨著這一技術(shù)本身的高速發(fā)展，其應(yīng)用領(lǐng)域也在不斷被擴(kuò)展。通過(guò)老師講解、查閱網(wǎng)絡(luò)資料等了解3D打印技術(shù)應(yīng)用于哪些領(lǐng)域，制作一個(gè)簡(jiǎn)短的PPT匯報(bào)課件向同學(xué)們介紹。一、機(jī)械制造領(lǐng)域3D打印技術(shù)與傳統(tǒng)機(jī)械制造技術(shù)相比，具有制造成本低、研制周期短、材料利用率高、生產(chǎn)效率高、產(chǎn)品質(zhì)量精度高等明顯優(yōu)勢(shì)，非常適合各種模具及零配件的研發(fā)及生產(chǎn)。目前，3D打印技術(shù)在在機(jī)械制造領(lǐng)域已經(jīng)得到廣泛的研究和應(yīng)用。（一）模具制造應(yīng)用3D打印技術(shù)之后，模具制造的這段時(shí)間被充分利用起來(lái)，制件的整機(jī)裝配和各種試驗(yàn)可隨時(shí)與模具制造環(huán)節(jié)進(jìn)行信息交流，力爭(zhēng)做到模具一次性通過(guò)驗(yàn)收，這樣模具制造與整機(jī)的試驗(yàn)評(píng)價(jià)并行工作，大大加快了產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)進(jìn)度，迅速完成從設(shè)計(jì)到投產(chǎn)的轉(zhuǎn)換，圖1-4-1所示為傳統(tǒng)制造工藝與3D打印工藝的比較。3D打印技術(shù)對(duì)于模具的設(shè)計(jì)與制造過(guò)程有著明顯的指導(dǎo)作用。對(duì)于具體產(chǎn)品來(lái)說(shuō)，模具制造時(shí)間可以大大縮短，模具制造的質(zhì)量可以得到提高，相應(yīng)的產(chǎn)品的最終質(zhì)量也可以得到保障。以3D打印生成的實(shí)體模作模芯或模套，結(jié)合精鑄、粉末燒結(jié)或電極研磨技術(shù)可以快速制造企業(yè)所需要的功能模具或工裝設(shè)備。其制造周期一般為傳統(tǒng)的數(shù)控切削方法的1/5～1/10，而成本僅為其1/3～1/5，且模具的幾何復(fù)雜程度愈高，這種效益愈顯著。如圖所示的工業(yè)常用的六缸發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋采用傳統(tǒng)砂型鑄造工裝模具設(shè)計(jì)制造周期長(zhǎng)達(dá)5個(gè)月，3D打印技術(shù)只需一周便可制成。（二）汽車制造傳統(tǒng)機(jī)械制造業(yè)在生產(chǎn)各種零部件之前，需先進(jìn)行零件模具的開(kāi)發(fā)，其開(kāi)發(fā)周期一般在45天以上，而3D打印技術(shù)可以在不適用任何刀具、模具、工裝夾具的情況下，快速實(shí)現(xiàn)零部件的生產(chǎn)。根據(jù)零件復(fù)雜程度，需1～7天。金斯頓大學(xué)的電動(dòng)汽車賽車隊(duì)甚至使用3D打印技術(shù)制備出賽車零部件，大大降低了汽車總重量。經(jīng)過(guò)測(cè)試發(fā)現(xiàn)，該技術(shù)制備的部件不僅可以承受高速運(yùn)動(dòng)環(huán)境和賽車的高溫環(huán)境，尤其在緊急情況下它們能承受按鈕的大力沖擊。3D打印技術(shù)制造的賽車零部件我國(guó)也已經(jīng)有汽車零部件企業(yè)通過(guò)3D打印技術(shù)制作缸體、缸蓋、變速器齒輪等產(chǎn)品作為研發(fā)使用。但是由于受到打印材料的限制，3D打印技術(shù)在汽車零部件的應(yīng)用上僅限于新產(chǎn)品或關(guān)鍵零部件樣機(jī)原型原理、可行性方面的驗(yàn)證，要實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)鑄造技術(shù)的大批量、規(guī)?；a(chǎn)還不太現(xiàn)實(shí)。在不久的將來(lái)，若能將3D打印技術(shù)的個(gè)性化、復(fù)雜化特點(diǎn)與傳統(tǒng)制造業(yè)的規(guī)?；⑴炕嘟Y(jié)合，與信息技術(shù)、材料技術(shù)相結(jié)合，一定會(huì)實(shí)現(xiàn)3D打印技術(shù)的創(chuàng)新發(fā)展的。3D打印技術(shù)制造的汽車零部件（三）家電行業(yè)目前，3D打印技術(shù)在國(guó)內(nèi)的家電行業(yè)上得到了很大程度的普及與應(yīng)用，許多家電企業(yè)走在了國(guó)內(nèi)前列，如：廣東的美的、華寶、科龍，江蘇的春蘭、小天鵝，青島的海爾等，都先后采用3D打印技術(shù)來(lái)開(kāi)發(fā)新產(chǎn)品，并收到了很好的效果。3D打印技術(shù)的應(yīng)用很廣泛，可以相信，隨著3D打印制造技術(shù)的不斷成熟和完善，它將會(huì)在越來(lái)越多的領(lǐng)域得到推廣和應(yīng)用。3D打印技術(shù)在家電行業(yè)的應(yīng)用二、醫(yī)學(xué)領(lǐng)域近年來(lái)，人們對(duì)3D打印技術(shù)在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用研究較多。以醫(yī)學(xué)影像數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，利用3D打印技術(shù)制作人體器官模型，對(duì)外科手術(shù)有極大的應(yīng)用價(jià)值。外科學(xué)是最早應(yīng)用3D打印技術(shù)的醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，特別是骨外科、領(lǐng)面外科、整形外科等的臨床實(shí)踐。利用3D打印技術(shù)可以加工出內(nèi)、外部三維結(jié)構(gòu)完全仿真的生物模型（Bio-model)其線尺寸誤差小于0.05mm，總體誤差不超過(guò)0.1%，這樣的精度完全可以滿足外科手術(shù)的需要并且克服了生理解剖標(biāo)本的難度及道德倫理方面的困擾。另外，在模型上還可以試行手術(shù)，以預(yù)演術(shù)中可能會(huì)遇到的情況，并可比較不同術(shù)式的優(yōu)劣，同時(shí)也可給年輕醫(yī)生提供演示或操作訓(xùn)練的機(jī)會(huì)。對(duì)于正額外科及整形外科手術(shù)則更可以通過(guò)對(duì)術(shù)前及術(shù)后形態(tài)的比較，預(yù)測(cè)評(píng)估患者的術(shù)后效果。圖為3D打印技術(shù)在膝關(guān)節(jié)畸形的模擬截骨中的應(yīng)用，從而大大提高手術(shù)精度與直觀性。三、航空航天技術(shù)領(lǐng)域在航空航天領(lǐng)域中，空氣動(dòng)力學(xué)地面模擬實(shí)驗(yàn)（即風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)）是設(shè)計(jì)性能先進(jìn)的天地往返系統(tǒng)（即航天飛機(jī)）所必不可少的重要環(huán)節(jié)。該實(shí)驗(yàn)中所用的模型形狀復(fù)雜、批量小、零件規(guī)格差異大、精度要求高，又具有流線型特性，因此產(chǎn)品的定型是一個(gè)復(fù)雜而精密的過(guò)程，往往需要多次的設(shè)計(jì)、測(cè)試和改進(jìn)，耗資大、耗時(shí)長(zhǎng)。3D打印技術(shù)以其靈活多樣的工藝方法和技術(shù)優(yōu)勢(shì)，根據(jù)CAD模型，由3D打印設(shè)備自動(dòng)完成實(shí)體模型的制備，并很好的保證模型質(zhì)量。（一）展示模型——制導(dǎo)炸彈彈翼組件圖為2008年珠海航展上展出的空軍某型250kg級(jí)制導(dǎo)炸彈。該彈是在現(xiàn)有的老式航彈彈體上加裝彈翼組件后改裝而來(lái)的。展出的綠色彈體為常規(guī)航空炸彈，白色部分為彈翼組件，采用了激光打印成型全尺寸制作完成。整個(gè)組件在10天內(nèi)即全部完成，其中采用立體光固化成型制作7天，表面處理時(shí)間3天，為模型及時(shí)參與航展提供了有效保障。（二）功能講解演示模型——航空發(fā)動(dòng)機(jī)圖為美國(guó)通用公司的全尺寸航空發(fā)動(dòng)機(jī)模型，所有零部件均由SLA技術(shù)實(shí)現(xiàn)。制作過(guò)程中甚至可在外殼上特別設(shè)計(jì)出可打開(kāi)的剖面機(jī)構(gòu)，以充分展示其內(nèi)部結(jié)構(gòu)，利于進(jìn)行產(chǎn)品內(nèi)部組件的展示和功能講解。（三）風(fēng)洞模型——某無(wú)人機(jī)風(fēng)洞試驗(yàn)?zāi)Ｐ惋L(fēng)洞試驗(yàn)是任何飛機(jī)研制必不可少的一個(gè)關(guān)鍵進(jìn)程，以試驗(yàn)飛機(jī)各項(xiàng)氣動(dòng)外形性能和飛行性能等。低速風(fēng)洞試驗(yàn)?zāi)Ｐ?，要求模型?shù)據(jù)準(zhǔn)確，具備一定的強(qiáng)度，一般采用金屬數(shù)控機(jī)床（ComputerNumericalControl，CNC）加工，后期還需人工進(jìn)行表面打磨，加工周期長(zhǎng)，成本高，且由于比較重，試驗(yàn)操作也不方便。（四）單件產(chǎn)品快速制造——某型導(dǎo)彈彈體的快速精鑄件在航空零件中，精密鑄件所占的比重很大，特點(diǎn)是品種多、形狀復(fù)雜。傳統(tǒng)的鑄造方法周期長(zhǎng)、成本高。將3D打印技術(shù)與鑄造技術(shù)相結(jié)合，為鑄造原型和模殼的制作提供了速度更快、精度更高、結(jié)構(gòu)更復(fù)雜的技術(shù)保障，是快速制得金屬零件的有效途徑，尤其適合單件小批量鑄件的生產(chǎn)。其中SLA工藝由于優(yōu)越的尺寸穩(wěn)定性和良好的表面質(zhì)量，對(duì)于航空航天領(lǐng)域中常見(jiàn)的一些薄壁、大框架尺寸的結(jié)構(gòu)復(fù)雜件，更是具有不可替代的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。四、文化藝術(shù)領(lǐng)域在文化藝術(shù)領(lǐng)域，3D打印技術(shù)多用于藝術(shù)創(chuàng)作、文物復(fù)制、數(shù)字雕塑等。雖然3D打印技