三D打印技術(shù)簡介----轉(zhuǎn)摘

模具小俠

目錄
基本介紹過程原理優(yōu)點介紹應(yīng)用發(fā)展社會影響產(chǎn)權(quán)保護(hù)面臨問題3D打印技術(shù)的爭議

• 世界首個3D打印手槍試驗成功
• 美政府要求刪除網(wǎng)站下載資源
  

中國3D打印技術(shù)發(fā)展
隱藏



編輯本段基本介紹　　3D打印技術(shù)（英語：3D printing），即快速成形技術(shù)的一種，它是一種數(shù)字模型文件為基礎(chǔ)，運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)。過去其常在模具制造、工業(yè)設(shè)計等領(lǐng)域被用于制造模型，現(xiàn)正逐漸用于一些產(chǎn)品的直接制造。特別是一些高價值應(yīng)用（比如髖關(guān)節(jié)或牙齒，或一些飛機(jī)零部件）已經(jīng)有使用這種技術(shù)打印而成的零部件。“3D打印技術(shù)”意味著這項技術(shù)的普及。
　　3D打印技術(shù)通常是采用數(shù)字技術(shù)材料打印機(jī)來實現(xiàn)。這種打印機(jī)的產(chǎn)量以及銷量在二十一世紀(jì)以來就已經(jīng)得到了極大的增長，其價格也正逐年下降。
　　該技術(shù)珠寶，鞋類，工業(yè)設(shè)計，建筑，工程和施工（AEC），汽車，航空航天，牙科和醫(yī)療產(chǎn)業(yè)，教育，地理信息系統(tǒng)，土木工程，槍支以及其他領(lǐng)域都有所應(yīng)用。
　　3D打印技術(shù)出現(xiàn)在上世紀(jì)90年代中期，實際上是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)工作原理基本相同，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，最終把計算機(jī)上的藍(lán)圖變成實物。這一技術(shù)如今在多個領(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。
編輯本段過程原理　　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，實體模型將會被“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。[2]
　　打印耗材由傳統(tǒng)的墨水、紙張轉(zhuǎn)變?yōu)槟z水、粉末，當(dāng)然膠水和粉末都是經(jīng)過處理的特殊材料，不僅對固化反應(yīng)速度有要求，對于模型強(qiáng)度以及“打印”分辨率都有直接影響。3D打印技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)600dpi分辨率，每層厚度只有0.01毫米，即使模型表面有文字或圖片也能夠清晰打印。受到噴打印原理的限制，打印速度勢必不會很快，較先進(jìn)的產(chǎn)品可以實現(xiàn)每小時25毫米高度的垂直速率，相比早期產(chǎn)品有10倍提升，而且可以利用有色膠水實現(xiàn)彩色打印，色彩深度高達(dá)24位。
　　由于打印精度高，打印出的模型品質(zhì)自然不錯。除了可以表現(xiàn)出外形曲線上的設(shè)計，結(jié)構(gòu)以及運動部件也不在話下。如果用來打印機(jī)械裝配圖，齒輪、軸承、拉桿等都可以正常活動，而腔體、溝槽等形態(tài)特征位置準(zhǔn)確，甚至可以滿足裝配要求，打印出的實體還可通過打磨、鉆孔、電鍍等方式進(jìn)一步加工。同時粉末材料不限于砂型材料，還有彈性伸縮、高性能復(fù)合、熔模鑄造等其它材料可供選擇。
編輯本段優(yōu)點介紹　　三維打印技術(shù)的魅力在于它不需要在工廠操作，桌面打印機(jī)可以打印出小物品，而且，人們可以將其放在辦公室一角、商店甚至房子里；而自行車車架、汽車方向盤甚至飛機(jī)零件等大物品，則需要更大的打印機(jī)和更大的放置空間。
　　3D打印技術(shù)最突出的優(yōu)點是無需機(jī)械加工或任何模具，就能直接從計算機(jī)圖形數(shù)據(jù)中生成任何形狀的零件，從而極大地縮短產(chǎn)品的研制周期，提高生產(chǎn)率和降低生產(chǎn)成本。
　　與傳統(tǒng)技術(shù)相比，三維打印技術(shù)還擁有如下優(yōu)勢：通過摒棄生產(chǎn)線而降低了成本；大幅減少了材料浪費；而且，它還可以制造出傳統(tǒng)生產(chǎn)技術(shù)無法制造出的外形，讓人們可以更有效地設(shè)計出飛機(jī)機(jī)翼或熱交換器；另外，在具有良好設(shè)計概念和設(shè)計過程的情況下，三維打印技術(shù)還可以簡化生產(chǎn)制造過程，快速有效又廉價地生產(chǎn)出單個物品。
　　三維打印技術(shù)還有其他重要的優(yōu)點。大多數(shù)金屬和塑料零件為了生產(chǎn)而設(shè)計，這就意味著它們會非常笨重，并且含有與制造有關(guān)但與其功能無關(guān)的剩余物。三維打印技術(shù)不是這樣的。在三維打印技術(shù)中，原材料只為生產(chǎn)所需要的產(chǎn)品”，借用三維打印技術(shù)，他的團(tuán)隊生產(chǎn)出的零件更加精細(xì)輕盈。當(dāng)材料沒有了生產(chǎn)限制后，就能以最優(yōu)化的方式來實現(xiàn)其功能，因此，與機(jī)器制造出的零件相比，打印出來的產(chǎn)品的重量要輕60%，并且同樣堅固。
編輯本段應(yīng)用發(fā)展　　人們已經(jīng)使用該技術(shù)打印出了燈罩、身體器官、珠寶、根據(jù)球員腳型定制的足球靴、賽車零件、固態(tài)電池以及為個人定制的手機(jī)、小提琴等，有些人甚至使用該技術(shù)制造出了機(jī)械設(shè)備。比如，美國麻省理工學(xué)院（MIT）的博士生彼得·施密特就打印出了一個類似于祖父輩使用的鐘表的物品。在進(jìn)行了幾次嘗試之后，他最終用打印機(jī)打印出了塑料鐘表，將其掛在墻上，結(jié)果，鐘開始滴答滴答地走動。
　　三維打印機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域也在隨著技術(shù)進(jìn)步而不斷擴(kuò)展。美國科學(xué)家已經(jīng)研發(fā)出了能打印皮膚、軟骨、骨頭和身體其他器官的三維“生物打印機(jī)”。人們還使用三維打印機(jī)來制造雕塑并修復(fù)雕塑，制造由塑料和聚合物制成的三維物體并打印出了食品。
　　三維打印技術(shù)排除了使用工具加工、機(jī)械加工和手工加工，而且改動技術(shù)細(xì)節(jié)的效率極高。在英國，相同的技術(shù)被戈登·默里設(shè)計公司用來幫助制造前衛(wèi)的T.25型城市“生態(tài)汽車”，這款汽車已于2010年7月面世。
　　隸屬于歐洲宇航防務(wù)集團(tuán)（EADS）的一個科研小組正致力于利用此技術(shù)打印出飛機(jī)的整個機(jī)翼。截止2011年3月研究者已使用該技術(shù)制造出了飛機(jī)起落架的支架和其他飛機(jī)零件，其打印出的支架同一只鞋子的大小一樣。
編輯本段社會影響　　有些業(yè)內(nèi)人認(rèn)為，三維打印技術(shù)對制造業(yè)的影響將可與噴墨打印機(jī)對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)行大規(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，其在打印個性化文件時的效率并不高。后來，噴墨打印機(jī)使打印變得更便捷、更廉價、更有個性。如今，盡管傳統(tǒng)打印機(jī)仍然打印著大量的書籍和報紙等，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，每個村莊都將擁有一個由打印機(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。
　　有人堅持認(rèn)為，三維打印技術(shù)減少了對工廠工人的需求，削減低成本、低工資國家的優(yōu)勢，因而會增加發(fā)達(dá)國家的生產(chǎn)能力。不過，也有人對此表示懷疑，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)確實會讓生產(chǎn)重回發(fā)達(dá)國家，它也無法提供更多的工作機(jī)會，因為與標(biāo)準(zhǔn)的制造過程相比，它并非勞動密集型的技術(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年在由中外運敦豪國際航空快遞有限公司（DHL）組織的一次大會上，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，為什么還會從國外空運呢？
編輯本段產(chǎn)權(quán)保護(hù)　　三維打印技術(shù)的意義不僅在于改變資本和工作的分配模式，而且也在于它能改變知識產(chǎn)權(quán)的規(guī)則。該技術(shù)的出現(xiàn)使制造業(yè)的成功不再取決于生產(chǎn)規(guī)模，而取決于創(chuàng)意。然而，單靠創(chuàng)意也不夠，模仿者和創(chuàng)新者都能輕而易舉地在市場上快速推出新產(chǎn)品。因此，競爭優(yōu)勢可能將前所未有地變得比以前更短。[4]
　　一旦物品能用數(shù)字文件來描述，它們就會變得很容易復(fù)制和傳播，當(dāng)然，盜版也會變得更加猖獗，就像音樂工業(yè)出現(xiàn)的情況一樣。當(dāng)一個新玩具的草圖或一雙鞋的設(shè)計方案在網(wǎng)上流傳時，其知識產(chǎn)權(quán)的擁有者會失去更多，因此，人們在知識產(chǎn)權(quán)領(lǐng)域進(jìn)行的斗爭會更加激烈。并且，隨著開源軟件、新的非商業(yè)模式的出現(xiàn)，三維打印技術(shù)需要比目前更加嚴(yán)謹(jǐn)還是更加寬松的法規(guī)還有待驗證。
編輯本段面臨問題　　現(xiàn)在三維打印技術(shù)的精度約為0.1毫米，而且打印機(jī)本身的售價偏高，不過，隨著技術(shù)的進(jìn)步和成本的降低，一臺普通三維打印機(jī)的成本有望比1985年的激光打印機(jī)還要低。
　　但生物三維打印機(jī)也面臨著諸多挑戰(zhàn)，其中之一是其打印出的物體如何與身體其他器官尤其是大的組織更好地結(jié)合，因為任何打印出來的器官或身體組織都需要同身體的血管相連，而這可能非常難實現(xiàn)。一旦克服了這個技術(shù)障礙，在未來幾十年內(nèi)，生物打印技術(shù)將成為一項標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)。
編輯本段3D打印技術(shù)的爭議世界首個3D打印手槍試驗成功　　科迪·威爾森（Cody Wilson）2013年5月5日，25歲的德克薩斯大學(xué)法律系學(xué)生科迪·威爾森首次完全使用3D打印技術(shù)制造出一把手槍。隨后他把手槍的設(shè)計圖紙發(fā)布在自己的網(wǎng)站DEFCAD上。威爾森自稱是一個無政府主義者，認(rèn)為每個人都應(yīng)該可以獲得槍支。據(jù)Defense Distributed告訴《福布斯》的數(shù)據(jù)顯示，自從上傳3D打印手槍圖紙以來兩天，下載量就已超過10萬次，顯然3D手槍打印信息已經(jīng)在網(wǎng)上廣泛傳播。最初大部分下載量發(fā)生在西班牙國家，接著是美國、巴西、德國和英國。
　　Defense Distributed分享的3D打印文件均通過新西蘭互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)家KimDotcom提供的Mega網(wǎng)站上傳，而用戶信息比如網(wǎng)站登錄信息和文件下載信息均已加密保護(hù)。此外3D槍支打印信息也曾上傳至海盜灣（Private Bay）文件共享網(wǎng)站。3D槍支打印圖以CAD文件的形式傳播，需要專業(yè)軟件來閱覽，接著便需要3D打印機(jī)來一個一個打印零件。[2]
美政府要求刪除網(wǎng)站下載資源　　此事引起了正在推動控槍法案的奧巴馬政府注意。9日，美國國務(wù)院國防貿(mào)易法規(guī)監(jiān)管辦公室（the US Department of Defense Trade Controls）強(qiáng)令科迪·威爾森將其“3D打印槍支”的設(shè)計圖從網(wǎng)上刪除。對于威爾森以憲法第二修正案作為其正當(dāng)性的做法，美國政府要求其撤下的理由則是此舉違法了《國際武器貿(mào)易條例》。現(xiàn)在，DEFCAD網(wǎng)站已經(jīng)關(guān)閉了相關(guān)圖紙的下載。威爾森表示他不準(zhǔn)備抵制政府的禁令，但強(qiáng)調(diào)這不完全是投降。威爾森反駁政府下達(dá)禁令的理由說，《國際武器貿(mào)易條例》并未限制公布可在圖書館查閱到的資料，他聲稱自己公布的資料可以在得克薩斯州奧斯汀市購買所得。

編輯本段中國3D打印技術(shù)發(fā)展　　在2013年兩會上，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總設(shè)計師孫聰透露，殲-15項目率先采用了數(shù)字化協(xié)同設(shè)計理念：三維數(shù)字化設(shè)計改變了設(shè)計流程，提高了試制效率；五級成熟度管理模式，沖破設(shè)計和制造的組織壁壘，而這與3D打印技術(shù)關(guān)系緊密。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，主要是主承力部分。[3]中國殲-15艦載機(jī)

　　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)計好后，需要進(jìn)行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。“鈦合金3D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。《京華時報》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)計試制過程。報道稱，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)制造鈦合金主承力部分，包括整個前起落架。“2002年，3D打印技術(shù)剛萌芽時，我們就進(jìn)行相關(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。”
　　同時擔(dān)任“鶻鷹”飛機(jī)(殲-31)總設(shè)計師的孫聰透露另一個好消息，希望“鶻鷹”飛機(jī)未來和殲-20進(jìn)行高低任務(wù)搭配，保持持續(xù)打擊能力，同時也希望“鶻鷹”的改進(jìn)版能成為中國下一代艦載機(jī)。相信在3D打印技術(shù)的支持下，這一天也會很快到來。
　　用3D打印技術(shù)制造戰(zhàn)機(jī)，中國并不是第一家。1984年，美國開發(fā)出從數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)打印出3D物體的技術(shù)，并在2年后開發(fā)出第一臺商業(yè)3D打印機(jī)。之所以叫“打印機(jī)”，是因為它借鑒了打印機(jī)的噴墨技術(shù)，只不過，普通的打印機(jī)是在紙上噴一層墨粉，形成二維(2D)文字或圖形，而3D打印則能“打”出三維的立體實物來。　以一個手電筒為例，3D打印機(jī)能通過電腦將手電筒進(jìn)行立體掃描，創(chuàng)建三維設(shè)計圖，之后對這個立體原型進(jìn)行“切片”，分成一層一層的，之后，打印機(jī)就將原材料按照設(shè)計圖一層一層地“噴”上去，直到最終造出一個手電筒來，只不過3D打印機(jī)噴出的不是墨粉，而是融化的樹脂、金屬或者陶瓷等材料。
　　美國空軍一下子就被這種新技術(shù)吸引，他們認(rèn)為，如果將這種技術(shù)用在武器制造上，產(chǎn)生的威力將是驚人的。在航空工業(yè)上廣泛被使用的一種金屬是鈦，它的密度只有鋼鐵的一半，強(qiáng)度卻遠(yuǎn)勝于絕大多數(shù)合金，如果通過激光將鈦熔化并一層層噴出飛機(jī)來，無疑將大大提高美國戰(zhàn)機(jī)的制造速度。為此，1985年，在五角大樓主導(dǎo)下，美國秘密開始了鈦合金激光成形技術(shù)研究，1992年這項技術(shù)才公之于眾。
　　不過，由于在制造過程中鈦合金變形、斷裂的技術(shù)難題無法解決，美國始終無法生產(chǎn)高強(qiáng)度、大尺寸的激光成形鈦合金構(gòu)件。2005年，美國從事鈦合金激光成型制造業(yè)務(wù)的商業(yè)公司Aeromet由于始終無法生產(chǎn)出性能滿足主承力要求的大尺寸復(fù)雜鈦合金構(gòu)件，沒能實現(xiàn)有價值的市場應(yīng)用而倒閉。美國的其他國家實驗室也無法攻克這一難題，只能進(jìn)行小尺寸鈦合金部件的打印或進(jìn)行鈦合金零件表面修復(fù)。
　　我國于1999年開始金屬零件的激光快速成形技術(shù)研究，在國家“863”、“973”計劃、國家自然科學(xué)基金重點項目等的大力支持下，集中開展了鎳基高溫合金及多種鈦合金的成形研究，形成了多套具有工業(yè)化示范水平的激光快速成形系統(tǒng)和裝備；掌握了金屬零件激光快速成形的關(guān)鍵工藝及組織性能控制方法，所成形的TC4、TA15、TA12等鈦合金及Inconel 718合金的力學(xué)性能均達(dá)到或超過鍛件的水平，為該技術(shù)在上述材料零件的直接制造方面奠定了基礎(chǔ)；近年來，我國在飛機(jī)鈦合金大型整體結(jié)構(gòu)件的激光快速成形方面取得了重要突破，有效解決了激光快速成形鈦合金大型整體結(jié)構(gòu)件的變形開裂及內(nèi)部質(zhì)量控制兩大技術(shù)難題，通過對鈦合金零件凝固組織的有效控制，所成形的飛機(jī)鈦合金結(jié)構(gòu)件的綜合力學(xué)性能達(dá)到或超過鈦合金模鍛件，已通過裝機(jī)評審并得到應(yīng)用。
　　中國的鈦合金激光成形技術(shù)起步較晚，直到1995年美國解密其研發(fā)計劃3年后才開始投入研究。早期基本屬于跟隨美國的學(xué)習(xí)階段，不過卻后來居上，其中，中航激光技術(shù)團(tuán)隊取得的成就最為顯著。“觀察者網(wǎng)”文章表示，早在2000年前后，中航激光技術(shù)團(tuán)隊就已開始投入“3D激光焊接快速成型技術(shù)”研發(fā)，解決了多項世界技術(shù)難題、生產(chǎn)出結(jié)構(gòu)復(fù)雜、尺寸達(dá)到4米量級、性能滿足主承力結(jié)構(gòu)要求的產(chǎn)品。
　　目前，中國已具備了使用激光成形超過12平方米的復(fù)雜鈦合金構(gòu)件的技術(shù)和能力，成為目前世界上唯一掌握激光成形鈦合金大型主承力構(gòu)件制造、應(yīng)用的國家。在解決了材料變形和缺陷控制的難題后，中國生產(chǎn)的鈦合金結(jié)構(gòu)部件迅速成為中國航空力量的一項獨特優(yōu)勢，目前，中國先進(jìn)戰(zhàn)機(jī)上的鈦合金構(gòu)件所占比例已超過20%。

蟲他男

不知道等這技術(shù)普及我們還得混多久

windsun

工業(yè)制造技術(shù)新的起點，先要造這種3D打印機(jī)，還有新材料以及應(yīng)用軟件的開發(fā)！

土豆810

如果這東西普及了的話，恐怕要有一批人下崗了！！！

模具小俠

我是做模具的。在此之前，所謂的三D打印在模具行業(yè)就是逆向工程，做做樣板而已。材料多時用塑料或者是紙板之類的東西。難以想象，如果三D打印發(fā)展到金屬材料而且能夠滿足使用要求的話，對機(jī)械行業(yè)及其相關(guān)行業(yè)的影響怎么說都不過分！所以，才把這個東西轉(zhuǎn)摘出來，給社友們看看。

小灞

3D打印是不是又是一場工業(yè)革命

袞雪76

6月26-6月28號的北京展覽中有眾多的3D打印機(jī)很多，我還在展會上碰到了上海的崔老師！