3D打印技术的应用

3D打印技术的应用5、衣食住行4、生物医疗3、文化产业2、建筑设计1、工业设计3D打印所具有的无模具、快速、自由成形的制造特点给工业产品的设计思想和制造方法带来了翻天覆地的变化。工业设计5、其它工业设计4、模具开发3、家用电器2、汽车制造1、航空航天工业设计航空航天航空航天产品要求长寿命、高可靠和能适应各种环境、同时要满足高强度、轻量化的要求，结构复杂，使得研发制造周期较长，3D打印技术所具有的无模、快速、自由成形的特点有望缩短航空航天产品的研发和生产周期。航空航天航空航天飞行器模型和原型的快速一体化制造光固化快速成形飞机风洞模型航空航天航空航天飞行器模型和原型的快速一体化制造面向空心涡轮叶片的陶瓷型芯型壳一体化制造方法某种型号航空空心涡轮叶片（西安交通大学）航空航天航空航天精密复杂零件的金属直接成形激光近成形的叶片（美国Optomec公司）激光选区熔化制造的整体叶环（美国Morris公司）薄壁涡轮燃烧室零件（德国EOS公司）航空航天航空航天精密复杂零件的金属直接成形带筋壁板的优化设计与制造：整体制造，减少装配，提高安全性内空结构，节省材料与能耗，是实现绿色航空航天的新手段。航空航天航空航天精密复杂零件的金属直接成形高温合金空心涡轮叶片样件（西安交通大学）航天飞行器的激光近成形一体化制造样件（西北工业大学）航空航天航空航天精密复杂零件的金属直接成形电子束选区熔化成形钛合金涡轮盘及闭合叶轮（西北有色金属研究院）Ti-Al基合金叶片及组织（西北有色金属研究院）航空航天航空航天精密复杂零件的金属直接成形层板喷注器和铝合金叶轮(西北工业大学)航空航天航空航天大型整体金属结构件激光近成形钛合金整体加强框梁（Aeromet公司）激光近成形C919飞机中央翼肋缘条,（a）上缘条；（b）下缘条(西北工业大学）航空航天航空航天金属结构件的激光成形修复使用激光成形再制造的钛合金零件取代原来的铝合金零件（美国AeroMet公司）(a)成形修复过程(b)修复后发动机壳体激光成形修复（美国Optomec公司）航空航天航空航天金属结构件的激光成形修复激光成形修复的误加工或有缺陷零件：（a）高温合金叶片；（b）钛合金叶片；(c)钛合金机匣（西北工业大学）5、其它工业设计4、模具开发3、家用电器2、汽车制造1、航空航天工业设计汽车制造3D打印技术所具有的高度柔性化、个性化的实体自由成形特点，及快速的所见即所得实景展现优势，使其在个性张扬的汽车设计、研发和零件的快速制造中应用日渐广泛。汽车制造3D打印汽车在车展上亮相汽车整车车身开发（西安交通大学）汽车制造某款城市越野车的车身及综合检具（西安交通大学）汽车制造整车及仪表盘、前后保险杠、发动机壳体的快速制造（西安交通大学）汽车制造激光选区烧结原型与精密铸造结合得到的铝合金摩托车零部件激光选区烧结原型与精密铸造结合得到的铝合金汽车零部件（华中科技大学）汽车制造（a）（b）（c）激光选区烧结整体制造的六缸柴油发动机缸盖水套砂型和铸件：（a）CAD模型；（b）砂型；（c）金属铸件（华中科技大学）汽车制造SLM直接制造的免组装万向节(华南理工大学)车轮悬架(EOS)汽车发动机油泵（ConceptLaser）5、其它工业设计4、模具开发3、家用电器2、汽车制造1、航空航天工业设计家用电器3D打印技术能为家电企业提供新的制造方法、制作工艺，尤其是小批量、定制化的产品，开发周期和制作费用大大降低。为企业升级转型、提升竞争力提供了有力的支撑。同时，由于家电行业产品更新速度较快，增材制造技术为家电行业提供了新产品定型及检测的新方法，通过增材制造技术能迅速缩短产品的研发周期，使企业在瞬息万变的行业中占领市场。家用电器采用光固化制造的家电产品壳体：(a)黄河机电25寸多媒体彩电前壳;(b)长虹DVD前面板;(c)阿尔卡特手机外壳家用电器采用激光选区熔化技术制造的复杂家电零部件：(a)复杂结构的空调换热器（EOS）(b)家电产品电子感应器空调设计实例手板模型造型设计与制造（浙江余姚市某公司）5、其它工业设计4、模具开发3、家用电器2、汽车制造1、航空航天工业设计模具开发传统模具制造工艺复杂、时间长、费用高而影响了新产品对于市场的响应速度。而传统的快速模具（例如中低熔点合金模具、电铸模、喷涂模具等）又由于工艺粗糙、精度低、寿命短，很难完全满足用户的要求。另外，为了提高模具的使用寿命并辅助成形工艺，往往需要设计复杂的内部冷却流道，传统方法通常是钻若干直孔，对于复杂结构冷却效果难以达到最优，影响生产效率甚至引起零件变形。因此，应用增材制造技术制造快速模具，在最终生产模具开模之前进行产品的试制与小批量生产，可以大大提高产品开发的一次成功率，有效地节约开发时间和费用。模具开发等离子喷涂熔射技术得到的模具（华中科技大学）：(左)凹模；(右)凸模汽车方向盘电弧喷涂模具（左）与制件（右）（清华大学）模具开发汽车车门内板Bi-Sn合金拉延模具凹模（左）与凸模（烟台泰利公司）金属喷涂得到的车型模具（西安交通大学）模具开发铝颗粒充填模具及玻璃纤维增强复合材料制件（美国3DSystems公司）金属颗粒增强环氧树脂换热片模具及制品（清华大学）午线轮胎硅胶-陶瓷型橡胶模：(a)轮胎的LOM原型；(b)精密陶瓷型；(c)合金铸铁模具（清华大学）模具开发航天飞行器的激光近成形一体化制造样件（西北工业大学）SLS制造的砂芯及铸件（德国EOS公司）带有随形冷却水道的注塑模具型芯（华中科技大学）３DSystems和EOS制造具有随形冷却流道模具的案例：（ａ）3DSystems制造的注塑模具（ｂ）EOS制造的高尔夫球模具。35随形冷却流道设计与冷却效果模拟EOS模具应用效果：•冷却周期从24s减少到7s，缩短68%以上；•平均注射温度从95℃将至68℃，温度梯度由12℃减少到4℃；•缺陷率由60%将至0%；•制造效率增加为3件/分钟。5、其它工业设计4、模具开发3、家用电器2、汽车制造1、航空航天工业设计其它工业设计SLM直接制造的自由曲面耦合设计的齿轮手机外壳造型设计（引自玩机Dang）SLM直接制造的扳手尼龙3D打印自行车（引自互动百科）5、衣食住行4、生物医疗3、文化产业2、建筑设计1、工业设计建筑模型通常由手工雕塑，精度差强人意，无法完整表达设计师思想。3D打印技术可很快地、准确地建筑设计师的设计理念转为看得见、摸得着的建筑模型，使得建筑设计的表现更为具化和直接。建筑设计建筑设计发电站水库大坝模型PietMeijs制造的建筑模型（引自Objet公司）增材制造制作的实物模型建筑模型的附属模型建筑设计模型建筑设计造型展示西安大雁塔增材制造缩放实物模型用于装饰的附属模型彩色建筑模型（引自Zprinter）重塑建筑业梦中之屋（iMaterialise公司）3D数字场馆模型（瑞典创新工作室WEDO）人们使用蓝图来对新的建筑项目进行可视化，有了3D打印设备，房主可以打印出色彩饱满的立体新家。而使用3D打印技术，具有高度细节的3D建筑模型被成功打印，虚拟实现的每一个细节都将会在实物模型中完美体现。建筑设计建筑设计NASA用蜘蛛3D打印机微波打印出首个月球基地StoneSprayProject:把沙子变成3D打印建筑的机器人建筑设计轮廓工艺（南加州大学）5、衣食住行4、生物医疗3、文化产业2、建筑设计1、工业设计文化产业文化创意3D打印技术是文化创意产业广泛应用的基础性、战略性工具技术。包括工程设计、模具设计、数控编程、仿真分析、虚拟现实、展览展示、影视动漫、地产宣传片、3D立体画、电子楼书、教育训练等机器人模型（北京殷华公司）为伦敦奥运会制作的伦敦马球图微缩礼品模型《哈利波特与死亡圣器》中的魔法圣器饰品文化产业工艺美术品工艺美术的灵感来源于人类的生产实践，反映了时代的先进制造技术水平。中国龙艺术品（深圳礼品公司）3D陶瓷花瓶（引自Sculpteo）印章模型猛兽灯（北京工业设计促进中心）文化产业乐器3D打印制造的钢琴3D打印的二胡演奏3D打印制造的爵士鼓文化产业文物重塑电影中的兽首复制雕塑重塑北齐石狮子模型（引自百度图片）5、衣食住行4、生物医疗3、文化产业2、建筑设计1、工业设计生物医疗体外医疗模型和医疗器械的制造基于生物医学图像（如CT、MRI等）的生物三维建模，然后转化为个性化的生物体外模型，应用于外科整形、手术规划和个性化假肢设计等领域。体外齿科头骨模型（清华大学）熔融沉积制造的患者骨盆模型（北京殷华公司）生物医疗体外医疗模型和医疗器械的制造我国首例完成的人工仿生骨盆修复术（清华大学）(a)CAD模型；(b)RP模型；(c)钛合金植入体；(d)手术完成后的X光照片激光选区熔化个性化制造股骨上部肿瘤切除术手术模板（华南理工大学）生物医疗永久植入物的制造因所制造产品需要植入体内发挥功能，所以对使用的材料要求必须具有良好的生物相容性，并不要求在体内环境中降解。典型应用有钛合金假体定制、人工骨、非降解骨钉、人工外耳、个性化种植牙等。耳软骨支架（相容、不降解材料）制造工艺（清华大学）(a)CT扫描与建模；(b)成形耳软骨支架（FDM工艺成形）；(c)体内植入（鼠背部）生物医疗永久植入物的制造Arcam公司制作的钛合金关节窝器件及人工头盖骨补片SLM制造钴铬合金义齿（德国EOS公司）生物医疗组织工程支架的制造基于增材制造的生物活性骨/软骨支架（西安交通大学）(a)水凝胶软骨支架(b)软骨/骨支架(c)骨/软骨修复多分支、多层结构组织工程血管支架及犬腹主动脉植入6个月结果生物医疗组织工程支架的制造人工肝组织支架微管道系统仿生设计与制造血管及肝组织在仿生支架的微结构内的生长情况生物医疗3D直接细胞打印细胞组装机（右）及其成形的肝细胞结构体（左）（清华大学）三维细胞受控组装设备——多细胞组装机生物医疗3D直接细胞打印激光引导细胞直写（美国Minnesota大学）立体光固化细胞打印（美国Clemson大学）5、衣食住行4、生物医疗3、文化产业2、建筑设计1、工业设计衣食住行个性化服饰3D打印制造新款鞋、服饰等，设计师可在几个小时内做出原型，而不是以往的数月之久。3D打印新奇的晚礼服衣食住行个性化服饰3D打印制造新款鞋、服饰等，设计师可在几个小时内做出原型，而不是以往的数月之久。个性化手套Nike的VaporLaserTalon球鞋衣食住行个性化食物食物打印允许使用者自行设计食谱并与他人分享，即使是对烹饪一窍不通的人，也可以通过下载名厨食谱，用食物打印机制作精美大餐，或者“打印”出医生推荐、营养全面的美味菜肴。甜蜜的情人巧克力（引自日本CUBE3D体验馆）增材制造的汉堡（引自BBC）衣食住行个性化首饰首饰制造业制作原模耗工、耗时，技术过硬的起版师千金难寻。采用3D打印制作首饰原版，精度高，降低起版师的工作难度和劳动成本，也加快了产品的上市速度。戒指及其它工艺品18K黄金个性化袖扣（引自德国EOS公司）钛金属蜂鸟工艺品衣食住行创新性教育3D打印技术及相关设备走进高校或者高等职业学校，可以使学生们充分了解先进制造技术的突出优势与传统加工技术的区别，并在一定程度上掌握、实际应用该技术，对未来创新技术的发展和创新人才培养具有实际意义3D打印作品比赛3D照相衣食住行创新性教育3D打印技术及相关设备走进高校或者高等职业学校，可以使学生们充分了解先进制造技术的突出优势与传统加工技术的区别，并在一定程度上掌握、实际应用该技术，对未来创新技术的发展和创新人才培养具有实际意义应用3D打印技术制作概念车模型数学立体艺术品谢谢！