先进制造技术——课程结业(论-文)

先进制造技术——课程结业（论文）设计(论文)题目：3D打印技术——第三次工业革命的重要标志学生姓名：班级：学号：目录I目录摘要....................................................II1绪论..................................................12什么是3D打印.........................................233D打印的基本原理......................................343D打印的历史发展......................................453D打印的应用.........................................65.1医疗行业..........................................65.2科学研究..........................................65.3产品模型..........................................75.4汽车制造业........................................75.5建筑模型..........................................85.6食品行业..........................................85.7工艺品制造........................................963D打印的优点........................................107国内3D技术的发展....................................118国外3D技术的发展....................................129我国3D打印面临的挑战................................139.1材料的限制.......................................139.2机器的限制.......................................139.3知识产权的忧虑...................................139.4道德的挑战.......................................139.5花费的承担.......................................14103D打印对我们生活产生的影响..........................1511结论................................................16参考文献................................................17摘要II3D打印技术—第三次工业革命的重大标志摘要因为快速成型技术在市场上占据主导地位，3D打印机在生产应用方面有着巨大的潜力。3D打印技术在珠宝首饰、鞋类、工业设计、建筑、汽车、航天、牙科及医疗方面都能得到广泛的应用。本文就以什么是3D打印、3D打印的基本原理、3D打印的发展历史、3D打印的应用、3D打印的优势、我国3D打印面临的问题及3D打印对我们生活的影响等方面来探讨3D打印。关键词：3D打印基本原理应用优势面临的问题第1章绪论11绪论今年4月，英国《经济学人》刊文认为，3D打印技术将与其他数字化生产模式一起，推动第三次工业革命的实现。传统制造技术是“减材制造技术”，3D打印则是“增材制造技术”，它具有制造成本低、生产周期短等明显优势，被誉为“第三次工业革命最具标志性的生产工具”。第2章什么是3D打印22什么是3D打印3D打印是增材制造技术的一种形式，在增材制造技术中三维对象是通过连续的物理层创建出来的。3D打印机相对于其他的增材制造技术而言，具有速度快，价格便宜，高易用性等优点。3D打印机就是可以“打印”出真实3D物体的一种设备，功能上与激光成型技术一样，采用分层加工、迭加成形，即通过逐层增加材料来生成3D实体，与传统的去除材料加工技术完全不同。称之为“打印机”是参照了其技术原理，因为分层加工的过程与喷墨打印十分相似。过去其常在模具制造、工业设计等领域被用于制造模型，现正逐渐用于一些产品的直接制造，意味着这项技术正在普及。如图机器的上半部分是个半透明的罩子，有一排控制按钮，旁边是一台电脑。掀起罩子，左边立着四盒不同颜色的墨水，右边的工作区摆放研磨得很细的石膏粉末。工作时，这些粉末会一层层地被液态连接体也就是特殊胶水粘合，按照不同的横截面图案固化，一层层叠加，感觉像是在做蛋糕那样创建三维实体。第3章3D打印的基本原理333D打印的基本原理3D打印机原理很简单，每一层的打印过程分为两步。首先在需要成型的区域喷洒一层特殊胶水，胶水液滴本身很小，且不易扩散。然后是喷洒一层均匀的粉末，粉末遇到胶水会迅速固化黏结，而没有胶水的区域仍保持松散状态。这样在一层胶水一层粉末的交替下，实体模型将会被“打印”成型，打印完毕后只要扫除松散的粉末即可“刨”出模型，而剩余粉末还可循环利用。打印耗材由传统的墨水、纸张转变为胶水、粉末，当然胶水和粉末都是经过处理的特殊材料，不仅对固化反应速度有要求，对于模型强度以及“打印”分辨率都有直接影响。目前的3D打印技术能够实现600dpi分辨率，每层厚度只有0.01毫米，即使模型表面有文字或图片也能够清晰打印。当然受到喷打印原理的限制，打印速度势必不会很快，目前较先进的产品可以实现每小时25毫米高度的垂直速率，相比早期产品有10倍提升，而且可以利用有色胶水实现彩色打印，色彩深度高达24位。由于打印精度高，打印出的模型品质自然不错。除了可以表现出外形曲线上的设计，结构以及运动部件也不在话下。眼下3D打印机有两种类型，一种是堆叠法，一种是烧结。原理基本都是多层分片打印，而堆叠和烧结只是成型技术的区别。堆叠只能成型塑料、硅之类的材质，对固化反应速度有要求，而烧结可以利用激光的高温对金属粉末进行处理加工出金属材质的东西出来，实体可通过打磨、钻孔、电镀等方式进一步加工。所以3D打印机和普通打印机，最大的区别是“墨水”。第4章3D打印的历史发展443D打印的历史发展3D打印技术出现在20世纪90年代中期，实际上是利用光固化和纸层叠等技术的最新快速成型装置。它与普通打印工作原理基本相同，打印机内装有液体或粉末等“打印材料”，与电脑连接后，通过电脑控制把“打印材料”一层层叠加起来，最终把计算机上的蓝图变成实物。这打印技术称为3D立体打印技术。1986年，CharlesHull开发了第一台商业3D印刷机。1993年，麻省理工学院获3D印刷技术专利。1995年，美国ZCorp公司从麻省理工学院获得唯一授权并开始开发3D打印机。2005年，市场上首个高清晰彩色3D打印机SpectrumZ510由ZCorp公司研制成功。2010年11月，世界上第一辆由3D打印机打印而成的汽车Urbee问世。3D打印汽车Urbee2011年6月6日，发布了全球第一款3D打印的比基尼。2011年7月，英国研究人员开发出世界上第一台3D巧克力打印机。2011年8月，南安普敦大学的工程师们开发出世界上第一架3D打印的飞机。2012年11月，苏格兰科学家利用人体细胞首次用3D打印机打印出人造肝脏组织。2012年7月，在地球上进行低重力抛物线飞行过程中，美国宇航局（NASA）测试了3D打印机。未来的宇航员几乎可以使用3D打印机按需打印他们所需的任何物品，甚至连金属材质的机器零部件也不在话下。有了这种打印机，他们无需担心发射时遗漏物资和设备。2013年10月，全球首次成功拍卖一款名为“ONO之神”的3D打印艺术品。2013年11月，美国德克萨斯州奥斯汀的3D打印公司“固体概念”第4章3D打印的历史发展5(SolidConcepts)设计制造出3D打印金属手枪。第5章3D打印的应用653D打印的应用5.1医疗行业最近，一位83岁的老人由于患有慢性的骨头感染，因此换上了由3D打印机“打印”出来的下颚骨，这是世界上首位使用3D打印产品做人体骨骼的案例。随着技术的发展，甚至可以打印出具有活性的人体组织等。5.2科学研究美国德雷塞尔大学的研究人员通过对化石进行3D扫描，利用3D打印技术做出了适合研究的3D模型，不但保留了原化石所有的外在特征，同时还做了比例缩减，更适合研究。第5章3D打印的应用75.3产品模型比如微软的3D模型打印车间，在产品设计出来之后，通过3D打印机打印出来模型，能够让设计制造部门更好的改良产品，打造出更出色的产品。5.4汽车制造业不是说你的车是3D打印机打印出来的(当然或许有一天这也有可能)，而是说汽车行业在进行安全性测试等工作时，会将一些非关键部件用3D打印的产品替代，在追求效率的同时降低成本。第5章3D打印的应用85.5建筑模型在建筑业里，工程师和设计师们已经接受了用3D打印机打印的建筑模型，这种方法快速、成本低、环保，同时制作精美。完全合乎设计者的要求，同时又能节省大量材料。5.6食品行业没错，就是“打印”食品。研究人员已经开始尝试打印巧克力了。或许在不久的将来，很多看起来一模一样的食品就是用食品3D打印机“打印”出来的。当然，到那时可能人工制作的食品会贵很多。第5章3D打印的应用95.7工艺品制造这是最广阔的一个市场。在未来不管是你的个性笔筒，还是有你半身浮雕的手机外壳，抑或是你和爱人拥有的世界上独一无二的戒指，都有可能是通过3D打印机打印出来的。甚至不用等到未来，现在就可以实现。第6章3D打印的优点1063D打印的优点与传统的制造技术相比，3D打印具有加工成本低、生产周期短、节省材料等明显优势，从航空、动力装备到医疗、体育、影视等诸多领域，均可大显身手。以往制作复杂结构的大型制件一般采用分段成形、拼接成整体的方法。不但生产周期长、成本高，制件连接处的强度也较差，而３Ｄ打印机能轻松解决上述问题。由于不需要生产线，它降低了生产成本，也极大地减少了材料的浪费。同时，它还能够制造特殊形状的物品，制造大型薄壁件、钛合金等难加工、易热成型等零件，而传统方法却很难做到。第7章国内3D打印技术的发展117国内3D技术的发展在我国，华中科技大学、西安交通大学、清华大学等高校和科研机构也相继研发出多种系列的3D打印机，部分技术已达到世界领先水平。史玉升介绍，一些铸造企业应用他们研发的选择性激光烧结3D打印机，将复杂铸件的交货期由传统的3个月缩短到10天左右；某发动机制造商采用他们的设备，把大型六缸柴油发动机缸盖砂芯的研制周期，由过去的5个月缩短至1周。目前，他们正在开发一款1万块钱左右的3D打印机，将来向学校推广。“3D打印技术可以让孩子们迅速将自己的创新设计变成实物，有助于提高中小学生的创新、设计和动手能力。”“金属3D打印技术开辟了骨科植入技术的新纪元，使多孔生物学固定表面制造瓶颈迎刃而解。”上海交通大学李祥教授说，他们正致力于将此技术运用到临床医学治疗中。北京航空制造所基于3D打印技术研发了国内第一台电子束熔丝沉积成型设备，大幅提升了材料的利用率，减少了铣切量，缩短了制造周期。有专家认为，3D打印作为一项颠覆性的制造技术，谁能够最大程度地研发、应用，就意味着掌握了制造业乃至工业发展的主动权。第8章国外3D打印技术的发展128国外3D技术的发展事实上，在美英等国，3D打印技术已有较为广泛的应用。大到飞行器、赛车，小到服装、手机壳，制造厂家借着3D打印的东风，焕发出新的生命力。由于3D打印制品能实现产品的自然无缝连接，从而达到传统制造方法远不可即的结构稳固性和连接强度，已成为国外研究空间飞行器的关键技术。据悉，美国国家航空航天局正在研究一项被称为“未来3D打印宇宙飞船”的技术，希望通