3d打印技术范文

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近来，3d打印技术在发达国家兴起，前不久在网上流传的3D打印手枪，引来许多网友围观。3D打印现在已不再只是概念产物，全球已有不少公司推出了个人3D打印机，它已在平常生活中开始普及。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。

一、3D打印技术简介

3D打印技术是通过连续的物理层叠加，逐层增加材料来生成三维实体的技术，与传统的去除材料加工技术不同，因此又称为添加制造。作为一种综合性应用技术，3D打印技术综合了数字建模技术、机电控制技术、信息技术、材料科学与化学等诸多方面的前沿技术知识，具有很高的科技含量。3D打印机是3D打印的核心装备。它是集机械、控制及计算机技术等为一体的复杂机电一体化系统，主要由高精度机械系统、数控系统、喷射系统和成型环境等子系统组成。此外，新型打印材料、打印工艺、设计与控制软件等也是3D打印技术体系的重要组成部分。

目前，3D打印技术主要应用于产品原型、模具制造，以及艺术创作、珠宝制作等领域，替代这些领域传统依赖的精细加工工艺。3D打印可以在很大程度上提升制作的效率和精密程度。除此之外，在生物工程与医学、建筑、服装等领域，3D打印技术的引入也为创新开拓了广阔的空间。

二、3D打印技术所依托的关键技术

3D打印技术需要依托多个学科领域的尖端技术，主要包括以下方面：信息技术，即要有先进的设计软件及数字化工具，辅助设计人员制作出产品的三维数字模型，并根据模型自动分析出打印的工序，自动控制打印器材的走向；精密机械，即3D打印技术以“每层的叠加”为加工方式，产品的生产要求高精度，必须对打印设备的精准程度、稳定性有较高的要求；材料科学，即用于3D打印的原材料较为特殊，必须能够液化、粉末化、丝化，在打印完成后又能重新结合起来，并具有合格的物理、化学性质。

三、我国3D打印技术发展现状

近年来，我国积极探索3D打印技术的研发，初步取得成效。自20世纪90年代初以来，清华大学、西安交通大学、华中科技大学、华南理工大学、北京航空航天大学、西北工业大学等高校，在3D打印设备制造技术、3D打印材料技术、3D设计与成型软件开发、3D打印工业应用研究等方面，开展了积极的探索，已用部分技术处于世界先进水平。其中，激光直接加工金属技术发展较快，已基本满足特种零部件的机械性能要求，有望率先应用于航天、航空装备制造；生物细胞3D打印技术取得显著进展，已可以制造立体的模拟生物组织，为我国生物、医学领域尖端科学研究提供了关键的技术支撑。

在家用电器、汽车配件、通信技术、航天、军工等领域，3D打印技术被越来越多应用到产品研发和生产中。在医疗领域，国内高水平的医院使用3D打印技术，为患者提供定制的牙齿和骨骼替代物以及具有仿生性能的体内植入物。在教育领域，我国有很多高校购买了3D打印设备，开展多个学科的教育和研究工作。目前，中国已成为美国、日本、德国之后的3D打印设备拥有国。

四、3D打印技术发展前景

近年来，3D打印技术持续发展，成本的大幅降低使其已经从研发的小众空间向主流市场进军，发展势头不可阻挡，已经成为社会广泛关注、民用市场迅速崛起的新领域。3D打印制作的模型、礼品、纪念品乃至工艺品的应用，极大吸引了社会关注和投入，发展加速，市场开始呈现量与质的双飞跃。据预测，2020年3D打印成品将占产品生产总量的50%。

随着3D打印技术的不断突破，新材料的日益改善，3D打印的速度、尺寸在不断提高，其技术在不断优化，应用领域在不断扩展，特别是图形艺术领域的潜力，三维的概念模型能更好地传达制作者的想法或解决方案，一张图可以胜过几百甚至上千个文字的描述。专业人士坚信个性化或定制化的3D打印可以将一个所想象的三维模型即时摆在眼前，能够快速改进产品，增长幅度将超过想象，将会改变社会各种应用的未来。

3D打印技术将淘汰传统生产线，缩短制作周期，大大减少生产废料，所需原材料用量将减少到原来的几分之一。3D打印不仅节约成本，提高制作精度，也将弥补传统制造的不足，并将在民用市场迅速崛起，从而开启制造业的新纪元，为印刷工业带来新的机遇。

五、结语

随着3D打印技术的日趋成熟和3D打印材料的扩充，我们相信3D打印将会带给我们更多的惊喜和冲击，3D产品将会在我们的生活中触手可及。

参考文献：

[1]刘欣灵.3D打印机及其工作原理[J].网络与信息，2012，（2）.

[2]王灿才.3D打印的发展现状分析[J].丝网印刷，2012，（9）.

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1基于虚拟网络技术的3D打印包装技术概述

传统的网络技术是基于IP来进行的，长时间发展环境下，对于网络技术的发展有了全新的理念，虚拟网络技术逐渐进入到人们的视野中。虚拟网络与宽带网络不通，能够在现场构建出全面的结构体系，并不单纯是基于IP基础上来进行信息传递共享的，这样在信息传递效率上会有明显的提升，并且在进行网络技术开发利用时也拥有了更广阔的前景，在此基础上所进行的3D打印包装技术实现得到了全面突破，可以在短时间内达到理想化的技术应用效果，应用于精密行业的设计制造中，能够将打印制造的原料全部投入到使用中，这样就不会影响到使用功能的实现，并且所打印的产品也从平面逐渐向立体化过度，在各行业的设计中最常使用到这种技术。在打印前产品是虚拟的，需要通过计算机软件来进行构建，这一点与虚拟网络更加符合，基于网络虚拟技术基础上所进行的3D打印包装，设计理念所受到的约束更小，对于常见的技术性问题，在设计期间会通过理念完善来解决，最终所应用的技术也能快速实现功能。

2基于网络虚拟技术中3D打印包装技术的实用化能力

将网络虚拟技术与3D网络技术相互结合，最终所形成的技术方法中，能够将网络虚拟的先进性充分引入其中。该项技术是以传统的打印技术为原型来进行的，在此基础上可能会遇到不同程度的打印问题，但通过技术性方法也都能够得到更好的解决。原有的3D打印技术中，仅限于塑料材料，并且打印的速度、成本也都不够理想化，经过一段时间的应用与发展，技术得到了更好的改进，在打印原料种类上有明显的增多，除模型之外，还可以打印出所需要的精细零件，将其应用在设备的制造中。对金属材料也能够进行塑性，将所要打印的模具模型以程序代码形式输入到计算机中，打印时连接虚拟网络来进行，这样打印可以完全按照输入的参数代码来进行，在规格上不会出现误差，与传统的塑料材料相比较，应用金属材料后，打印的效果有明显提升，金属的塑性效果更加理想，不容易受到外界环境因素影响而发生形变，在此基础上所进行的打印设计，涉及到精密的零件应用这种打印技术也能保障结构完整性不受到破坏。甚至可以将粉末材料经过融化快速塑性，这一点是传统打印技术所不能比较的。3D打印技术在医疗方面的应用，通过这种打印技术，能够将细小的芯片植入到人体皮肤内，并对人体的骨骼、皮肤进行小面积重造，基于网络虚拟技术基础上所进行的3D打印包装技术应用，在个别精细领域中正处于研究阶段，在医疗方面也有尝试的经验，对于常见的技术性问题，在网络虚拟化技术中，可以将设计理念转化为具体的模型，这样所进行的优化处理才更具有针对性。3D打印需要做到根据实际需求来进行现场调节，优化所打印的产品，确保产品在安装使用时强度以及规格能够与原有的环境保持一致，更好的融合。最后是在军事领域上的应用，武器从设计到制造会经历很长一段时间，但现阶段军事行业的发展对产品更新换代时间要求也在逐渐提升，应用3D打印包装技术，与传统制造方法相比较能够节省三分之二的时间，并且制造的形式是从整体化来进行的，不需要复杂的拼装过程，可以直接将武器制造出来，在网络虚拟技术中进行设计，可以对武器的使用情况进行模拟，设计人员观察模拟过程并对结构进行更深入的优化，这种优势是传统技术中所不能达到的。

3基于网络虚拟技术的3D打印包装技术发展前景

虽然在多个领域中都已经应用到了3D打印技术，但技术优化过程中，所体现出的矛盾性问题仍然需要进一步解决。通过上文论述可以了解到，3D打印包装技术主要应用在高端领域中，并且使用的成本也相对比较大，在民用领域中很少涉及到，这也成为技术未来发展中主要突破的内容。未来的发展优化中，必然会以提升使用效率、降低使用成本为发展理念，使3D打印包装技术能够真正的融合到人们日常生活中，增强技术应用的服务性。个性化医疗定制或人体器官复制将不再是普通老百姓难以享受到的“特权”，医疗效率更高，许多现在难以攻克的难题，未来将不再困扰患者。

参考文献

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美国科幻作家罗伯特·希克利曾经描写过关于“万能制造机”的场景。这是一台奇特的大机器，机身上杂乱地安装着刻度盘、小灯和各种指示表。故事的主角之一阿诺尔德站在机器前，按下按钮，对它响亮而清楚地说：“我要硬铝螺帽，直径为4英寸。”接到指令，机器发出低沉的轰鸣声，灯光闪烁，闸板缓缓打开，眼前赫然出现了一颗闪光发亮已经制好的螺帽。

也许罗伯特没有想到如今一台3D打印机已经将他书中的幻境变为现实，那么什么是3D打印机呢？我们日常生活中使用的普通打印机可以打印电脑设计的平面物品，而所谓的3D打印机与普通打印机的工作原理基本相同，只是打印材料有些不同，普通打印机的打印材料是墨水和纸张，而3D打印机内装有金属、陶瓷、塑料、砂等不同的“打印材料”，是实实在在的原材料，打印机与电脑连接后，通过电脑控制可以把“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。通俗地说，3D打印机是可以“打印”出真实的3D物体的一种设备，比如打印一个机器人、一个玩具车，打印各种模型，甚至是食物等等。

前景广阔 问题犹存

在3D打印技术可以打印器官、汽车、飞机的今天，它还在创造无限的可能。著名的《经济学人》杂志最近描述了3D打印技术的前景是一种新型的生产方式，能够促成新的工业革命。3D打印技术将来会促进传统的设计和制造模式，只是如今还没有大范围地推广和应用。随着3D打印技术的成熟和社会的发展，制造业的跨越式发展指日可待。

首先，3D打印技术可以加工传统方法难以制造的零件。过去传统的制造方法就是一个毛坯，把不需要的地方切除掉，是多维加工的，或者采用磨具，把金属和塑料熔化灌进去得到这样的零件，这样对复杂的零部件来说，加工起来非常困难。立体打印技术对于复杂零部件而言具有极大的优势，立体打印技术可以打印非常复杂的东西。其次，实现了首件的净型成形，这样后期辅助加工量大大减小，避免了委外加工的数据泄密和时间跨度，尤其适合一些高保密性的行业，如军工、核电领域。再次，由于制造准备和数据转换的时间大幅减少，使得单件试制、小批量出产的周期和成本降低，特别适合新产品的开发和单件小批量零件的出产。

这些速度快、高易用性等优势使得3D打印成为一种潮流，并且在很多领域得到了应用。如今3D打印机已经在建筑设计、医疗辅助、工业模型、复杂结构、零配件、动漫模型等领域都已经有了一定程度的应用。尤其在飞机、核电和火电等使用重型机械、高端精密机械的行业中，3D打印技术“打印”的产品是自然无缝连接的，结构之间的稳固性和连接强度要远远高于传统方法。

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增材制造技术。3D打印（3DP）即快速成型技术的一种，又称增材制造，它是一种以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。3D打印通常是采用数字技术材料打印机来实现的。

常在模具制造、工业设计等领域被用于制造模型，后逐渐用于一些产品的直接制造，已经有使用这种技术打印而成的零部件。该技术在珠宝、鞋类、工业设计、建筑、工程和施工（AEC）、汽车，航空航天、牙科和医疗产业、教育、地理信息系统、土木工程、枪支以及其他领域都有所应用。

2019年1月14日，美国加州大学圣迭戈分校首次利用快速3D打印技术，制造出模仿中枢神经系统结构的脊髓支架，成功帮助大鼠恢复了运动功能。

（来源：文章屋网 ）

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作者简介：刘禹（1979—），男，中国科学院自动化研究所副研究员，博士，研究方向为知识管理。通信方式：yuliu@mailiaaccn。

李志江（1948—），男，中国社会科学院语言研究所副编审，研究方向为辞书学、词汇学。通信方式：。

近年来，3D电影、3D游戏、3D打印等高新技术深刻地改变着人们的生活方式和工作方式。3D技术的概念特指基于计算机及互联网的三维数字化技术。经过数十年的发展，3D技术在成熟度、易用度、经济性等方面都已经取得了巨大的突破，成为促进我国文化创意产业升级和自主创新的推动力。

3D打印机最早出现在20世纪90年代中期，是以计算机三维数字化设计模型为蓝本，经软件分层和数控成型等步骤，将金属粉末、陶瓷粉末、塑料、细胞组织等材料逐层堆积黏结而制造出实体产品的数字化制造设备，属于“增材制造”的技术范畴。3D打印这种分散式生产的模式，可以直接利用3D模型数据打印生成服装、建筑模型、汽车零件，甚至是巧克力，让人们在自己家中或企业里以更廉价、更快捷的方式生产一件或一批产品。这将改变传统垂直化工业生产的模式，应用前景广阔。

前面提到的“3D技术”和“3D打印机”都属于字母词。其中3是阿拉伯数字，D是英文缩略，“技术”和“打印机”分别是汉语。二者都属于混合型字母词。

字母词的汉化通常是字母词的最终归宿，如BP机汉化为寻呼机，Email汉化为电子邮件等，但公众接受汉化词的过程长短不一。我们应密切关注字母词的出现和普及，及早为字母词确立相应的中文规范。最好在社会普及之前就完成这项工作，以免日后再硬性地“纠正”公众的约定俗成。因此，现在讨论3D技术和3D打印机的中文定名正逢其时。

3D是英文three dimensions的缩略语。three对应的汉语是“三”，dimensions对应的汉语是“维度”。所以three dimensions可直译为“三维”，即物体的长、宽、高三个维度；也可翻译为“立体”，即有长、有宽、有高的，就是立体的。

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3D打印技术提供了大量机遇，不仅仅体现在制造领域，还包括零售、医疗健康和其他领域。3D打印最本质的经济问题是，打印产品的成本高于传统制造，但工具的成本为零。对于大规模批量生产来说，传统制造的成本更低。但是，高昂的工具成本，使得传统制造的成本对于小批量生产来说更高。利用3D打印技术生产产品的时间要短于制造工具，但单件产品的生产时间长于传统制造。

用途领域甚广

快速制造原型产品是3D打印技术的第一大用途。传统上，生产一件原型产品通常耗时1、2个月。利用3D打印技术，设计人员数小时就可以拿到原型产品。3D打印技术的用途远不止生产原型产品。

夹具和卡具可能是最热门的增长领域。在大多数工厂，技术工人通常负责制作工具，例如夹具和卡具。夹具和卡具的生产对技能要求很高，经常需要大量试验，还难免会出错。夹具的任何错误都会“被复制”在最终产品中。利用3D打印技术制造夹具和卡具通常速度更快、更方便。

小批量生产很常见，制作原型只是其中一个特例。市场空间有限的产品，可能能带来利润，但不值得生产、购买昂贵的工具。3D打印技术很适合小批量生产，它还适合用在需求不确定的情况下。企业可以利用3D打印技术生产少量产品，从而无需投入巨额资金购买昂贵的工具。生命周期结束的零部件也适用于3D打印技术。大量20年前购买的汽车还在使用，用户需要备件。通过为这些过时的产品提供服务，厂商可以提高自己的品牌形象，增加现在的销售。

大规模定制是终极版的小批量生产：一件产品只为一名客户制造。Normal利用3D打印技术为客户定制耳机，每副耳机都根据客户的需求量身打造。佛罗里达州立大学制作了塑料“大脑”，供医学专业学生实习。当前的技术能融合不同密度的材料，给学生提供最真实的手感。未来，供实习用的大脑将通过对病人进行3D扫描获得，其中将包含模拟的肿瘤。

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中图分类号：TP391.73 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2017）01（c）-0001-03

3D打印（Three Dimensional Printing，3DP），是根据数字模型，运用塑料、金属等粉末状的可粘合材料，通过逐层构造的方法来生成实体物品的一种成形技术。目前，3D打印被普遍关注，随着大部分组织和个人对其的大力推进， 3D打印技术在科学研究、航空航天、医疗等许多重要领域得到了应用，并对上述行业发展产生了极其显著的影响（见图1）。[1]因此对3D打印的调研工作非常具有价值和时效性。

1 3D打印技术的分类及原理

1.1 3D打印技g的分类

3D打印技术从20世纪90年展到现在，已发展出多个分支，为了更直观清楚并全面地表现3D打印技术的类别，故列出表1供读者查阅。

1.2 FDM技术的原理

鉴于调研的时间和条件限制，该文在此只介绍熔融沉积型技术（FDM）的原理，此技术是该文在创新项目中主要依托的技术，也是近年来世界上使用最多，得到应用最为普遍的3D打印技术，在3D打印中具有代表性。对FDM技术的开发开始于20世纪90年代，同时期电脑电子控制模块也发展迅猛，对信息技术的依托使得3D打印的产品在制造精度和速度上得到了显著提升，再加上塑料材料的便宜易得，使得FDM技术力压群雄，在所有3D打印技术中发展最为迅速。该技术通俗地说类似于“搭积木”，其使用的硬件包括：送丝机构、热熔喷头、动作控制机构、成型室、工作平台。FDM工作原理是将丝状的塑料材料，通过送丝机构挤进已提前加热的喷嘴中，材料在喷嘴中融化，从而具有流动性以供打印。动作控制装置根据数字建模将喷头送至指定位置，喷头将熔融的塑料材料挤出凝固，此时动作控制系统根据先前设定好的路径在二维平面上运动，当一层制作完成后，运动控制系统上升一层，继续按上述构造平面，最后层层堆积形成了最终的产品。其系统组成和工作原理如图2所示[5]。

2 3D打印技术的应用

当前3D打印技术应用很是普遍，限于调研的时间限制，该文仅以FDM技术和EBSM技术为例介绍3D打印技术当前的应用。FDM技术以塑料、树脂为原料，是目前为止所使用的3D打印技术中最为普及的。EBSM技术是目前主流的以金属为原料的3D打印技术。以这两种技术为例能够充分体现目前3D打印技术所获得的应用。（如图3）

2.1 FDM技术的应用

FDM技术作为研发时间最长、应用最为普遍、最为成熟的3D打印技术之一，在多个领域均得到很好的使用。在工业上，FDM技术使数字模型快速转变为实体模型的设想变成了现实，相对于以零件切割、焊接技术为主的传统加工方法。FDM技术实现了对拥有复杂曲面、加工难度大的小型零件的快速精确制造，并且不需提前制造模具等辅助工具，使得生产成本显著下降。在医学上，利用FDM技术，能够打印出一些组织与器官模型，为医生进一步了解患者病情、制定医疗方案提供便利。甚至可以直接打印出人的骨骼和器官，拯救无数人的生命；在食品加工行业，3D打印巨头3D Systems公司与好时合作，正在全力研发可用于制造食品的3D打印机，将适合3D打印的巧克力等食材融化后，制造出个性化的食品。

2.2 EBSM技术的应用

电子束选区熔化技术（EBSM）采用高能电子束作为加工热源，扫描成形可以通过操纵磁偏转线圈进行，且电子束具有的真空环境，还可以避免金属粉末在液相烧结或熔化过程中被氧化。近年来，世界上主要的大国都在加紧对EBSM技术的研发。目前看来，在医学方面的研究已接近成熟，而在航空航天等领域的研究也在有条不紊地进行着。美国波音机器人工厂及NASA Marshall 空间飞行器中心的研究方向，是飞行器及火箭发动机结构制造以及月球或空间站环境下的金属直接成形制造。（如图4）

3 3D打印技术的发展现状

3D打印技术从20世纪90年代开始研发至今，已经历了几十年的发展与创新，目前技术较先前已有了飞跃式的发展，技术近乎成熟，最新的科研成果表明，现在的3D打印技术已能够在10 μm厚度的平面上打印超过600 dpi的物体，并可实现24位色彩的彩色打印。

就当前而言，在快速成型设备行业中，有代表性的设计制造商有美国的3D Systems、Stratasys以及英国的wiiboox、Reprap等。

3D Systems公司作为目前国际上最大的3D打印开发公司，在快速成型设备领域有着主导地位。目前，3D systems公司已制造出可实现600万彩表现的全彩3D打印机。

4 3D打印技术当前所遇到的拦阻

虽然经历了几十年的创新探索并且如今在各个领域得到普遍的应用，但3D打印技术仍然有许多缺陷有待解决，如支撑材料消耗量巨大、系统精度低、制造过程冗长以及支持的打印材料的局限性等。

缺陷一：支撑材料消耗量大，目前的3D打印不可避免地要使用支撑材料，不然模型是无法成型的，但当需要制作一个结构复杂、表面不平整的物体时，3D打印机往往需要使用大量的支撑材料，使得制作成本大大提高，并且降低了制作效率。对此，该文建议可引入五轴加工技术，使得打印机可以不局限在一个平面里进行打印，并综合运用车铣技术，使得支撑材料的使用量降低并在一定程度上加快3D打印的速度。

缺陷二：打印材料限制性较大。当前3D打印可使用的材料存在许多限制。而能够用于打印的材料也有一定的缺陷，如FDM技术所用的塑料、树脂等材料易受潮，这将使材料在打印时无法完全熔融，并造成热熔喷头的堵塞，对物体的最终成型产生十分不利的影响。塑料在熔融到凝固的过程中，由于其拥有收缩性的特性，可能会导致在打印中物体的变形，导致加工精度下降，材料浪费，该文在此提出的改进办法主要是选用收缩率低的材料、采用恒温舱等。

5 3D打印技术的展望――无支撑化3D打印技术的实现

3D打印技术发展至今，一直绕不开的一个话题便是支撑材料，支撑材料使得3D打印物体的种类和样式得到了巨大的扩展，但同时也带来了使用成本的提升，如果可以实现无支撑化的3D打印，实现打印的零耗损，3D打印的材料和时间成本将大大降低。该文在此介绍两种可能实现无支撑的3D打印技术。

5.1 悬浮3D打印技术

这是一项波音公司提出并主导的项目，该技术主要的目的是利用磁悬浮技术使得被打印物体可以悬浮于空中，若这项技术实现，那么在3D打印^程中物体将可以一直保持自己的结构而不变形。并且喷头可以从任意角度对物体进行打印。当前这项技术还处于理论层面，并没有得到实际应用，但是这项技术一旦成功，必将使3D打印乃至整个快速成型行业得到质的飞跃。

5.2 HSS技术

高速激光烧结技术（High Speed Sintering，HSS）是目前谢菲尔德大学增材制造研究中心（The Centre for Advanced Additive Manufacturing （AdAM） at The University of Sheffield）重点研究的项目，并且已取得了一定的进展。把熔融的粉末状金属在低温烧结成打印物体，从而摆脱3D打印对支撑材料的依赖。HSS技术的实现主要基于低共熔合金，这种合金由于熔点的差别，会在一个较低的温度便急速冷却凝固，在这个速度下，无论是拥有多么复杂曲面的几何物体，都可以在没有支撑结构的情况下成形，从而实现无支撑打印。

6 大学生创新创业训练项目――3D打印平台的制作与改进

6.1 研究目的

3D打印是根据数字模型，运用塑料、金属等粉末状的可粘合材料，通过逐层构造的方法来生成实体物品的一种技术。目前，3D打印技术在各个领域都有着普遍的运用，该小组希望通过细致并深入的调研，全面了解3D打印技术，并制造出有实用性的3D打印机。

6.2 项目简介

该小组通过查阅国内外多种期刊文献，并通过实际使用3D打印机，观察其打印过程，对3D打印技术的原理、现状及今后的发展趋势都有了一定的了解并产生了自己对此技术的见解。并基于前期深入的调查研究和Reprap公司的开源3D打印机Prusa I3，自行制造出可用的、稳定的3D打印平台。

6.3 预期效果

基于前期深入的调查研究，该小组将会基于Reprap公司的开源3D打印机Prusa I3，自行制造出可用的、稳定的3D打印平台。制作材料主要包括金属、亚克力板、电路板及用3D打印技术制作出的零件，硬件构建完成后，经过一系列的软件调试和精度调控后，做成可以制作合乎要求的3D打印成品的3D打印平台。（如图5）

6.4 项目特色与创新体现

（1）3D打印技术作为一种简单快捷的快速成型技术，目前已在多个领域得到了普遍应用，具有很强的实用性和深入研究价值。

（2）该组将自行制造出完全可用，精度合乎要求的3D打印平台。

（3）3D打印机的部分硬件由3D打印技术制造完成，充分体现3D打印技术的创新性和相较传统制造业的优势制成的打印平台将可以制造出各种模型及零件，节约时间及经济成本。

7 结语

3D打印技术现在还在发展的上升阶段，虽然我们看到了现在还有很多技术难关，比如彩色打印和悬浮打印很难实现，这都是目前急需改进和发展的东西。不过也有许多地方是目前就可以进行改进和发展的，可以像我们刚才提到的那样从材料上进行改进，或对加工水平进行改进，比如用五轴加工进行改进，把五轴加工结合起来或者是通过对算法和控制系统的改进，达到提高加工精度的目的。相信在不久的将来，3D打印技术能有更好的发展，能做到想打印什么就打印什么，当然，这就需要我们大家共同的努力了。

参考文献

[1] 李轩，莫红，李双双，等.3D 打印技术过程控制问题研究进展[J].自动化学报，2016，42（7）：983-1003.

[2] How a new manufacturing technology will change the world[J].The Economist，2012（9）.

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1 问题的提出

伴随生产制造业的发展，模具的需求量越来越大，但模具的生产制造过程过长一直没有得到很好地解决。而3D打印恰巧是一种快速成型技术，恰具有快速、高效、便捷等特点。它是伴随着现代CAD/CAM技术 、分层制造、机械工程、激光、计算机数控、精密伺服驱动以及新材料等多方面技术突破的基础上集成发展起来的。3D打印可以在医疗、建筑、制造等多行业发挥重要作用，有人说3D打印技术是一项革命性的技术，因为3D打印技术配合三维建模软件可以大大提高模具的生产效率、缩短模具制造的生产周期和降低资源损耗。

1.1 3D打印的原理

生活中普通的打印是对将墨水印在承印物上，而3D打印是一种立体打印技术，根据美国材料与试验协会（ASTM）2009年成立的3D打印技术委员会公布的定义，3D打印是一种与传统的材料加工方法截然相反，它是基于三维CAD模型数据，通过增加材料逐层制造的方式制造模型。就像将一层层材料用粘黏剂粘起来一样，不过其制作材料和粘黏剂都是特殊的材料，他的材料能够液化、粉化、成丝或其它多种形态，打印时又能快速的硬化。现在多采用金属、塑料和陶瓷等特殊处理的材料。其采用直接制造的模型是通过计算机模拟软件建立与物理实体模型一致的三维数字模型，打印机使用一些特定的材料对材料的层叠，形成所需的模型。

1.2 打印制造过程

1.2.1 建立三维模型

首先通过对产品的可行性分析，确定产品的工艺方案，并对模型做出初步的设计。瓶子由瓶身、瓶肩和瓶身以及瓶底组成。以三维软件建立图形时先从瓶口开始，建立立体的三维实际模型。然后在实际模具中去除改瓶身的形状的部分，即可所得制造该形状瓶子的简易模具。

首先建立模具的三维模型。3D模具是基于计算机建模软件的技术生成的，可以通过SolidWorks、UG NX、AutoCAD、Pro/Engineer等三维建模软件进行3D模具设计，solidwords功能强大，简单易学但是组件繁多，软件较大。UG主要适合于大型的汽车、飞机厂建立复杂的数模，对曲面渲染较好，Pro/Engineer主要适合于快速建立较为简单的数模。AutoCAD可用于二维和三维图像的绘制，应用领域广泛。在这里我们使用AutoCAD建立有一个高130mm，底面直径60mm，瓶口直径20mm的简易吹塑模型。下面是简单的步骤：

（1）打开AutoCAD ，新建文件，从瓶口开始建立，在命令栏输入命令pline选择多段线工具（或菜单栏-绘图-多段线[P]），随机选择一点，建立塑料瓶基本图形。输入下列括号内的命令：

首先建立瓶口（@10，0）、（@0，-10）

然后建立瓶口的曲面 （a） 、（@10，-10）、 （a）、 （@10，-10）

最后完成整个曲面 （0，120）、（c）

对该图形进行“旋转”360度。输入命令（revolve）、（360）以左侧为轴建立饮料瓶实体。

（2）建立一个高长宽为140、70、70（mm）的长方体。输入命令（box）任选一点，输入（70，140，70），建立长方形。

（3）通过输入（3dmove）三维移动（3drotate）三维旋转等命令将饮料瓶放入长方体内。

（4）使用差集。选择对象为长方体，减去对象为建立的饮料瓶。输入（SUBTRACT），空格，选择长方形，空格，选择模型，空格，形成中空的塑料瓶。

（5）输入命令（slice）选择该模型，空格，输入xy，以模型中心为轴心进行剖切。

（6）另存为**.stl文件。建立模型完毕。如图1所示。

1.2.2 打印三维模具

根据实际情况，采用的打印机型号为MAKERBOT REPLICATOR 2 3D为例进行打印，该打印机选用PLA材料，基本原理是将丝状的热熔性材料加热融化，同时打印喷头在计算机的控制下，根据截面轮廓信息，将材料选择性地涂敷在工作台上，快速冷却后形成一层截面。一层成型完成后，机器工作台下降一个高度（即分层厚度）再成型下一层，直至形成整个实体造型。成型材料种类多，成型件强度高、精度高，主要适用于成型小塑料件。

将设计好的3D模型输入3D打印机，打印机软件会自动分析模型，将模型根据分辨率进行分割成层，然后根据你的参数设置选择合适的打印速度形成相应精度的模型，将模型进行打印层叠。3D打印机是3D打印过程的重要一环，也是将它与现阶段的模具车间加工修改所不同的一个方面。它是将大型机床简化并与计算机新技术、新材料复合成的机械制造设备。它可以快速生成模具--将模具打印出来。将模具拿去进行试验加工，对其中出现的问题进行分析，对相对应的模型进行修改。3D打印技术在本环节实现快速修改的性能。避免对模具进行修模再制造然后再试这样一个“漫长”过程。

1.2.3 模具生产制造和产品制造

3D模具试验结果吻合产品要求后，就可以将3D模型传输到车间进行生产和装配，进行大批量的生产。在实际的模型制作过程中，我们使用的可能是一些金属材料或者陶瓷材料对模型进行打印，打印精度可以设置更高。

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一、过程原理

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。

二、3D打印过程

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。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。受到喷打印原理的限制，打印速度势必不会很快，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。

三、优势

1、制造复杂物品不增加成本。就传统制造而言，物体形状越复杂，制造成本越高。对3D打印机而言，制造形状复杂的物品成本不增加，制造一个华丽的形状复杂的物品并不比打印一个简单的方块消耗更多的时间、技能或成本。

2、产品多样化。不增加成本一台3D打印机可以打印许多形状，它可以像工匠一样每次都做出不同形状的物品。3D打印省去了培训机械师或购置新设备的成本，一台3D打印机只需要不同的数字设计蓝图和一批新的原材料。

3、无须组装。3D打印能使部件一体化成型。传统的大规模生产建立在组装基础上。3D打印机通过分层制造可以不需要组装。省略组装就缩短了供应链，节省在劳动力和运输方面的花费。

4、零时间交付。3D打印机可以按需打印。即时生产减少了企业的实物库存，企业可以根据客户订单使用3D打印机制造出特别的或定制的产品满足客户需求，所以新的商业模式将成为可能。如果人们所需的物品按需就近生产，零时间交付式生产能最大限度地减少长途运输的成本。

5、设计空间无限。传统制造技术和工匠制造的产品形状有限，制造形状的能力受制于所使用的工具。例如，传统的木制车床只能制造圆形物品，轧机只能加工用铣刀组装的部件，制模机仅能制造模铸形状。3D打印机可以突破这些局限，开辟巨大的设计空间，甚至可以制作目前可能只存在于自然界的形状。

6、减少废弃副产品。与传统的金属制造技术相比，3D打印机制造金属时产生较少的副产品。传统金属加工的浪费量惊人，90%的金属原材料被丢弃在工厂车间里。3D打印制造金属时浪费量减少。随着打印材料的进步，“净成形”制造可能成为更环保的加工方式。

7、材料无限组合。对当今的制造机器而言，将不同原材料结合成单一产品是件难事，因为传统的制造机器在切割或模具成型过程中不能轻易地将多种原材料融合在一起。随着多种材料3D打印技术的发展，我们有能力将不同原材料融合在一起。以前无法混合的原料混合后将形成新的材料，这些材料色调种类繁多，具有独特的属性或功能。

四、应用状况

3D打印的应用领域也在随着技术进步而不断扩展。美国科学家已经研发出了能打印皮肤、软骨、骨头和身体其他器官的三维“生物打印机”。人们还使用3D打印来制造雕塑并修复雕塑，制造由塑料和聚合物制成的三维物体并打印出了实品。

近年来，我国也积极探索3D打印技术的研发，初步取得成效。在3D打印设备制造技术、3D打印材料技术、3D设计与成型软件开发等研究方面，开展了积极的探索。其中，激光直接加工金属技术发展较快，基本满足特种零部件的机械性能要求。在传统的战斗机制造流程当中，飞机的3D模型设计好后，需要进行长期的投入来制造水压成型设备，而使用3D打印制造技术后，零件的成型速度、应用速度得以大幅度提高。

参考文献：

[1]许廷涛.3D打印技术――产品设计新思维[J].电脑与电信，2012（9）.

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一、3D打印技术

（一）3D打印技术原理。3D打印技术最早称为快速成形技术或快速原型制造技术，是在当代CAD/CAM技术、机械工程、分层制造技术、激光技术、计算机数控技术、精密伺服驱动技术以及新材料技术的基础上集成发展起来的一种先进制造技术。它是以计算机三维数字模型为蓝本，用软件将其分解成若干层平面切片，然后由数控成型系统利用激光束、热熔喷嘴等方式将可粘合材料进行逐层堆积黏结，最终叠加成型，制造出产品。

（二）3D打印技术的常见细分类别及可使用材料。常见的3D打印技术根据成型技术的不同可以分为下表几个类别：

（三）3D打印的优势。3D打印技术是大批量生产形式向小批量、个性化生产形式发展的引领技术，其突出优势在于生产结构、外观复杂的物品而不增加成本、多样化不增加成本，在于无须组装、零时间交付、设计空间无限、零技能制造、不占空间、便携制、减少废弃副产品、材料无限组合及精确的实体复制。

二、3D打印在工业设计中的应用

（一）概念模型、功能原型的制作。在工业设计的流程中，需要反复制作不同作用和类型的零件、模型，传统的方法有着制作周期长、劳动强度高、精度差、成本高等诸多缺点，而使用3D打印技术可以快速、轻松、精准的得到所需的零件、模型。

（二）工业设计过程中所需工具的制作。工业设计是一个充满创造力活动，不同的产品、不同的设计师在设计过程中需要用到各种各样的器材和工具来辅助，这些工具大多数都是设计师根据需要自行制作。这时，可以通过3D打印机完成，而不是耗费大量的时间、精力通过各种加工方式去制作。3D打印设备在工具制作上不仅可以缩短时间，降低成本，还可以构造出结构更加精密、质量更加轻盈、更加符合人体工程学的产品，大幅度提高设计的效率。

（三）小批量产品生产。随着3D打印技术的发展，其打印成本和打印时间进一步下降，可以打印的材料、方式不断丰富，使其在小批量产品生产上与传统加工制造工艺相比，有着生产流程短、时间少、成本低等巨大优势，而且不受时间、空间、机床、模具的限制，只要有需要便可以随时暂停生产，对设计进行修改，解除了传统制造业的技术、成本、工期等限制，这样，设计的产品不但快速而且灵活的得以生产。

三、3D打印对工业设计的影响

（一）解放束缚，改变设计理念。传统的设计造型受产品的生产、组装等工艺制约，使得设计师的创造力、想象力受到束缚。而随着3D打印技术的发展和成熟，结构、外观再复杂的产品都能通过3D打印机打印出来，且浑然一体。如此，设计师可以将精力集中在产品形态、外观创意和功能创新、改进上，使产品的造型设计多元化、结构设计一体化、使用人性化趋势逐渐显现，在其技术、经济、美学、环境、人机等属性因素中，人机属性和美学属性因素所占的比例得到提高。传统的工业设计是建立在传统的大批量生产方式之上的，这就要求设计是根据一个模型来进行的，即使是所谓的个性化设计也只是将模型的生成范围缩小了。这意味着使用者的心理、生理及使用时间、环境等差异性在设计过程中难以体现。如鼠标设计就是这种典型的设计方式：传统设计模式是让使用者手掌的大小、使用的习惯、个性需求等去适应有限的规格、型号，而3D打印技术则可根据使用者的手形、习惯、个性需求等设计、生产出与其完全匹配的产品。3D打印技术使产品的个性化设计与生产成为可能，利用3D打印技术可以实现产品的量身定做，真正实现以人为本。

（二）3D打印技术对工业设计流程及成本的影响。在设计过程中，顺畅而高效的设计交流是工业设计开发取得成功的重要保证。其中各种类型的模型是交流的重要手段之一，手工制作的模型在精度、质感、触感等方面与概念的设计预期都存在较大偏差，而3D打印能克服这些缺点，使设计团队中的每个成员及用户都能够直观地看到和触摸这些概念模型，比较它们之间的结构、外形和功能的差别与优劣。另外，工业设计过程中的模型如果用手工制作的话将耗费相当长的时间，是缩短产品上市时间的最大障碍，采用3D打印可大大缩短概念模型和产品原型的制作时间，从以往的几天乃至几个星期缩短到几小时。近年来，随着产品复杂化和个性化的发展趋势，设计过程中模型加工和制造的成本非常高，复杂模型甚至要求制作专用模具和加工工艺以保证模型的精度和真实效果，而3D打印技术可实现模型随时、随地制作，大幅度降低设计成本。

（三）3D打印技术对设计产业的影响。传统的工业设计模式受到固有减式生产方式所制约，由专业设计师主导。但随着3D打印技术的日趋成熟，独立设计师对于传统加工业的依赖性将越来越小。对于那些具有较强的创新意识，具备一定的设计、研发能力的消费者很可能变成设计师和生产商。随着3D打印技术所带来的社会化制造，独立设计师和品牌也将崛起。

四、3D打印在工业设计中所面临的问题

3D打印由设计师、设计软件、设备、材料等共同作用，相互影响。在工业设计领域，3D打印技术解放了设计束缚，激发了设计师的创作灵感，但用于3D打印技术的设计软件、模型输出格式等方面依然需要进一步发展与完善。目前，3D打印技术可以与设计完美地结合在一起已经在诸多产品上得以证实，并获得了广泛的认可，但是如何让其在更多的产品生产中发挥应有的作用，仍是一个需要不断探讨的问题。同时，3D打印技术其本身又存在先天性不足，例如：打印尺寸受技术和打印机的限制、产品打印时间过长及大批量生产时无成本优势等，这些原因使3D打印仍不能代替传统制造工艺。结论：3D打印技术在工业设计领域已经获得了重大的发展和应用。在工业设计领域，3D打印技术不仅可以满足当下人们对个性化、订制化产品的要求，还可以实现结构、外观复杂产品的制造，提高设计制造精度，大大缩短设计周期，降低设计成本，激发了设计师的创作灵感，为产品设计带来新的生命力，同时催生了大量独立设计师及设计品牌，有良好的发展前景。同时，3D打印技术也存在一些技术和推广上的缺点与不足，但随着3D打印技术的发展、成熟及设计人员的不懈努力，一定会在工业设计领域得到越发广泛的应用。

参考文献：

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与传统的“去除材料”加工方法不同，被称为“具有工业革命意义”的3D打印（3D Printing）是一种“添加制造”（Additive Manufacturing）技术。与传统技术相反，“添加制造”技术是采用层叠方式制造零件的方法。[1]

经过数十年的发展，3D打印技术已经逐步成熟，价格有所下降，应用在多种学科领域上，例如：外科医生打印器官；产品设计人员将设计的三维模型打印出来，做原型测试等。3D打印行业连续第二年增长达10亿美元，总市值在2015年已经接近51.65亿美元。[2]

1 3D打印原理

3D打印的步骤通常分为以下四步，如图1所示。各个步骤的详细说明如表1所示。[3]

2 常见打印方法

常见的商品化的3D打印机有七类，其中以SLA、SLS、FDM 和DMLS等四类为主[4-5]。这四类打印技术常见的信息如表2所示。根据打印零件的材料、结构、使用条件选择合适的打印方法。

3 3D打印在汽车产业上的应用

3D打印具有数字制造、降维制造、堆积制造、直接制造、快速制造等特点[1]，在汽车领域有着很广泛的应用，本文从汽车整车打印、汽车外形设计、个性化定制汽车等方面来说明3D打印在汽车行业的应用。

3.1 汽车整车3D打印

近些年，已有多个公司采用3D打印技术制造汽车整车。表3列举了汽车整3D打印的历史，3D打印厂商与汽车厂商的合作越来越紧密，这一合作势必会推动汽车业的发展。汽车整车打印历史如表3所示。

3.2 汽车外形设计

在进行一款汽车设计的初期，需要设计汽车的外形。汽车的外形对汽车销量有着很大的影响，在设计时需要考虑到美学、空气动力学、汽车的车型、材料工艺、价格成本等。图3为传统汽车造型设计流程。

在这个流程中，着重介绍油泥模型。油泥模型就是在数据模型的基础上，用油泥、泡沫等材料做出实物来。在设计前期做小比例油泥模型，设计后期做1：1的全尺寸油泥模型。全尺寸实物油泥模型，主要作用有两个：（1）直观展现出设计师的设计，可以在实物上直接修改。在油泥模型上进行修改是比较容易了，可以直接用刮刀调整汽车造型曲面。（2）对车身外部进行风洞试验。汽车在行驶过程中，会受到空气阻力的作用，而且车速越大阻力越大。在设计阶段做风洞试验，就是模拟汽车在高速行驶的情况下，检测受到的阻力、升力等数据，以便设计人员对车身进行优化。[5]

引入3D打印后，汽车的外形设计流程大大简化，如图4所示。

在使用3D打印技术后，不仅仅是设计流程大大简化，更是节省了大量时间和金钱。如果车型需要修改，只需修改三维模型，打印3D样车，新车的外形设计就可以完成。在汽车更新换代非常快的今天，采用这种方式设计的汽车厂商，会具有更快的设计周期，更多的产品类型。

3.3 个性化定制汽车

汽车在设计和生产的过程中，设计师要考虑人机工程学来设置汽车座椅高低、仪表盘布置、后视镜大小等。人机工程学是根据大部分客户的数据进行测量和统计的，选取最佳的设计方案，无法兼顾每个客户的需求。每个客户买的车都是从生产流水线上批量生产，毫无个性化可言，面对自己不喜欢或者是不合适的外形、配置等只能被动的接受。如果客户在传统生产方式下要求个性化，则会付出极高的经济代价。

3D打印技术的出现，让客户有了个性化定制汽车的可能。消费者可根据自身条件、性别、动作习惯对厂家提出个性化要求，比如汽车外观的改变、颜色要求、后排座椅变更、仪表盘排布等。在这种方式下，生产成本不会大幅提高，却可以给客户提供个性定制化独一无二的汽车。

4 目前3D打印技术存在的问题

3D打印技术经过多年的发展，已经有了很大的进步，但是在很多方面和传统加工方法相比依然存在不足，有以下几方面问题：

4.1 3D打印材料及其强度

目前3D打印材料主流的是金属、树脂、塑料，其他的材料还在研究阶段，需要研发出更多的材料才能在更多领域的大规模使用。根据所需零件的要求开发新的材料，并建立材料性能参数、打印方法、打印零件测试方法的数据库。即便是现在能够打印出一些金属零件，但是对于有些零件要求的高强度高韧性金属材料，现在依然存在技术难点。

3D打印由于采用添加制造的制造，原材料每层之间是叠加的关系，层与层之间的连接不如传统的铸锻焊等加工方法。在垂直层方向上的受拉受压强度也不如传统方法。比较多的时候，打印零件只能用做原型，其原因是因为零件表面质量和精度不高。

4.2 3D 打印C速度

3D打印机由于层叠的生产方式，其速度目前还不能满足大规模生产的需要。零件的打印体积会直接影响材料数量、成本、打印时间比如：如果要打印三倍体积的零件，花费的时间和成本将是原来的27倍，越大的零件将花费更多的时间。

4.3 3D打印的价格。

3D打印采用材料与传统材料不一样，单单从经济的角度考虑，没有明显优势。在3D打印产业化没有完全形成时，原材料的价格比较高。对于工业生产，3D打印核心设备贵，即3D打印机的投资大，耗材贵。对于企业而言，前期投入非常大，也会造成打印零件价格高。

5 结束语

“具有工业革命意义”的3D打印技术在汽车行业中有着广泛的应用，汽车整车打印、汽车外形设计、个性化定制汽车等应用已经比较成熟。但3D打印还是存在不少的问题，其打印的材料和强度、打印速度、打印价格有待进一步提高。可以肯定的是在未来汽车行业中，随着3D打印技术的发展，使用范围会更加广阔。

参考文献

[1]李小丽.3D打印技术及应用趋势[J].自动化仪表，2014（1）：1-5.

[2]黄健.3D打印技术将掀起“第三次工业革命”[J].新材料产业，2013（1）：62-67.

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【关键词】

机械制造领域；3D打印技术；应用

近些年来，我国机械制造行业迎来了发展的繁荣时期，为了推动其更好地发展，应用了3D打印技术，由于我国应用此技术的时间比较短，所以应用过程中还存在一些问题，只有采取有效的措施解决问题，将3D打印技术的应用和实际情况结合在一起，才能充分发挥3D打印技术的作用，推动机械制造行业稳定的发展。

1对3D打印技术的发展历程进行概述

世界上的第一台3D打印设备是在1984年现世的，在这之后，3D打印技术已经经历了30多年的发展，在社会中的影响力越来越大。3D打印设备在1991年实现了商业化的转变，在1996年，3D打印机成功问世。我国的第一台3D打印设备是在1994年问世的，此设备具有知识产权，构造此设备的材料主要有聚丙烯塑料以及塑料粉末状物，其应用范围越来越广泛，已经成功的在航天产品、医疗器械以及汽车生产中应用[1]。

2增材制造原理

3D打印技术增材制造原理就是以纵向坐标为基础，将设计出三维模型的产品进行平面划分，对其进行划分主要应用的是三维仿真软件，与此同时，还应该应用叠加成形以及分层加工两者相结合的方法来生成3D实体，进而制作出模型。3D打印机的工作原理有以下几方面，以下是对原理的具体分析：第一，三维成形原理。此原理在3D打印机中的应用主要体现在将适当数量的材料粉末放置在存放桶中，然后经由存放桶将其运输出去，当粉末运输到加工台上之后，需要使用滚筒对其进行碾压，使其形成薄薄的一层，在这之后，在想要进行打印的地方喷射粘合剂。粉末和粘合剂相遇，就会非常快速的凝固，在这种情况下，当打印完成一层之后，打印机自身的程序设定就会启动，降低距离，再根据设定的值循环的进行打印，直至打印结束[2]。第二，熔融固化技术。熔融固化技术是3D打印机的工作原理，在应用此技术进行工作的过程中，需要遵循以下步骤：首先，工作人员需要先将三维实体模型的相关数据全部传输到对3D打印机进行程序控制的计算机程序中，然后计算机控制程序就会根据已经设定好的程序，自动设定好打印工作的具体路线。其次，3D打印机在计算机的控制下，可以按照已经设定好的打印路线在需要进行加工的平面上进行剖面喷射工作，在此基础上，供丝装置需要将呈现出丝状的原材料送到正在进行打印工作的喷头的前面，在这个时候，已经被溶解的原材料就会被喷头喷射出来，在工作台上进行凝聚。再次，在工作台上进行凝聚工作的已经被溶解的材料，需要利用冷却装置来对其进行冷却，在冷却之后，这些材料就可以形成三维实体剖面薄片，这样就可以通过薄片看出需要进行实体加工的剖面轮廓。最后，在计算机程序的控制下，喷射工作会持续的进行，工作台平面的高度可以由计算机控制程序来适当的调整，直到三维实体模型符合计算机程序中的要求，3D打印机的打印工作才能停止[3]。

33D打印技术在机械制造领域中的具体应用

所谓的3D打印技术，就是指增材制造，此技术就是通过将材料进行叠加的方式来使工作台的高度进行调整，然后将零部件从虚拟的状态中制作出来，使其变成实体，真实的展现在人们面前，此技术较零部件加工方法相比更具优势，因此，在机械制造领域中应用3D打印技术，取得了较为显著的效果，促进了机械制造行业的进一步发展。本文对3D打印技术在机械制造领域中的具体应用进行了深入地分析，内容如下：

3.1机械产品的开发速度有了明显的提高在机械制造行业中，生产产品是非常重要的一个环节，在应用传统的零部件加工方法生产产品的时候，不仅耗费的时间长，还需要很多的设备来进行辅助，比如说需要工装夹具以及机床等，而且，还需要大量的人力劳动，此种情况使得产品的生产速度很慢，而且生产出的产品有可能已经不符合市场需求，另外，应用传统零部件方法生产出的产品，还需要进行市场检验，根据检验的结果对产品进行改正，这样就延长了产品的生产周期，对机械制造行业的发展有着不利的影响[4]。3D打印技术在机械制造行业中的应用，大大提高了产品的开发速度，而且应用此技术生产出的产品，基本是符合市场需求的，不需要耗费大量的时间对其进行修改，其质量是有保证的。

3．2转变了传统的设计理念传统的零部件加工方法，对机械制造企业的内部结构有着较高的要求，企业必须设置很多结构才能将产品生产出来，这样就使得企业的经济效益下降，长此以往，企业的发展就会受到局限，甚至是破产。3D打印技术在机械制造行业中的应用，有效的解决了此问题，3D打印技术在制造产品的过程中，不需要大量的人力资源，可以依靠自身完成生产工作，而且加工出的零部件的稳定性和集成度有了显著的提升，此技术的应用，在极大程度上简化了零部件的设计和加工过程，使企业可以获取高额的经济利益。比如说：航空类零部件对产品的要求非常高，不仅需要其具有较高的稳定性，还需要其小批量的生产，另外，航空类零部件的形状有很多种，不同形状对生产的要求不同，这些特点都增加了加工的难度。应用传统的零部件加工方法，需要有300多个零件组成，但应用3D打印技术，只需要三个零件就可以完成加工工作，并且零部件的质量和稳定性还可以得到保障[5]。由此可以看出，在机械制造行业中应用3D打印技术，对推动机械制造行业的快速发展有着重要的意义。

4结束语

综上所述，在机械制造行业中应用3D打印技术，可以促进机械制造行业更好地发展。因此，相关部门还需要继续研究3D打印技术，只有提高技术水平，在机械制造行业中更好地应用此技术，才能充分地发挥其作用，为机械制造行业的发展贡献一份力量。

【参考文献】

［1］孙亮,石鑫.3D打印技术的应用与发展[J].浙江水利水电学院学报,2015,27(2):66-69.

［2］封会娟,闫旭,唐彦峰,等.3D打印技术综述[J].数字技术与应用,2014(9):202-203.

［3］《改革与开放》编辑部.创新驱动,两化融合；3D引领,应用先行———3D打印:新技术、新应用、新模式峰会[J].改革与开放,2015(1):2,4.

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1.前言

近来，三维（3D）打印技术[1]在发达国家兴起，前不久在网上流传的3D打印手枪，引来许多网友围观。3D打印现在已不再只是概念产物，全球已有不少公司推出了个人3D打印机，它已在平常生活中开始普及。2012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。

2.3D打印机的原理及技术

2.1 3D打印机

3D打印机是近年来在民用市场出现的一个新词。在专业领域有另一个名称叫“快速成形技术”[2]。快速成形技术诞生于20世纪80年代后期，是基于材料堆积法的一种全新制造技术。它集分层制造技术、机械工程、数控技术、CAD、激光技术、逆向工程技术、材料科学于一体，可以直接、快速、自动、精确地将设计电子模型转变为具有一定功能的原型或直接制造零件，从而为零件原型制作、新设计思想的校验等方面提供了一种低成本而高效的实现手段。快速成形技术就是利用三维CAD的数据，通过快速成型机，将一层层的材料堆积成实体原型。

不同种类的快速成型系统因所用成形材料不同，成形原理和系统特点也各有不同。但是基本原理一样，那就是“分层制造，逐层叠加”[3]，类似于数学上的积分过程。形象地讲，快速成形系统就像是一台“立体打印机”，因此得名。

2.2 3D打印机的原理

3D打印机根据零件的形状，每次制做一个具有一定微小厚度和特定形状的截面，然后再把它们逐层粘结起来，就得到了所需制造的立体的零件。

每个截面数据相当于医学上的一张CT像片；整个制造过程就像一个“积分”的过程。

整个过程是在电脑的控制下，由3D打印系统自动完成的。不同公司3D打印使用的成形材料不同，系统的工作原理也有所区别，但其基本原理都是一样的，那就是“分层制造、逐层叠加”。这种工艺可以形象地叫做“增长法”。

2.3 3D打印技术

2.3.1 SLA技术

光固化成型法（SLA）是用特定波长与强度的激光聚焦到光固化材料表面，使之由点到线，由线到面顺序凝固，完成一个层面的绘图作业，然后升降台在垂直方向移动一个层片的高度，再固化另一个层面。这样层层叠加构成一个三维实体。SLA是最早实用化的快速成形技术，采用液态光敏树脂原料。其工艺过程是，首先通过CAD设计出三维实体模型，利用离散程序将模型进行切片处理，设计扫描路径，产生的数据将精确控制激光扫描器和升降台的运动；激光光束通过数控装置控制的扫描器，按设计的扫描路径照射到液态光敏树脂表面，使表面特定区域内的一层树脂固化后，当一层加工完毕后，就生成零件的一个截面；然后升降台下降一定距离，固化层上覆盖另一层液态树脂，再进行第二层扫描，第二固化层牢固地粘结在前一固化层上，这样一层层叠加而成三维工件原型。将原型从树脂中取出后，进行最终固化，再经打光、电镀、喷漆或着色处理即得到要求的产品。

SLA技术主要用于制造多种模具、模型等；还可以在原料中通过加入其它成分，用SLA原型模代替熔模精密铸造中的蜡模。SLA技术成形速度较快，精度较高，但由于树脂固化过程中产生收缩，不可避免地会产生应力或引起形变。因此开发收缩小、固化快、强度高的光敏材料是其发展趋势。

2.3.2 SLS技术

选择性激光烧结技术（SLS）是采用激光有选择地分层烧结固体粉末，并使烧结成型的固化层，层层叠加生成所需形状的零件。其整个工艺过程包括CAD模型的建立及数据处理、铺粉、烧结以及后处理等。

整个工艺装置由粉末缸和成型缸组成，工作时粉末缸活塞（送粉活塞）上升，由铺粉辊将粉末在成型缸活塞（工作活塞）上均匀铺上一层，计算机根据原型的切片模型控制激光束的二维扫描轨迹，有选择地烧结固体粉末材料以形成零件的一个层面。粉末完成一层后，工作活塞下降一个层厚，铺粉系统铺上新粉。控制激光束再扫描烧结新层。如此循环往复，层层叠加，直到三维零件成型。最后，将未烧结的粉末回收到粉末缸中，并取出成型件。对于金属粉末激光烧结，在烧结之前，整个工作台被加热至一定温度，可减少成型中的热变形，并利于层与层之间的结合。

与其它3D打印机技术相比，SLS最突出的优点在于它所使用的成型材料十分广泛。从理论上说，任何加热后能够形成原子间粘结的粉末材料都可以作为SLS的成型材料。目前，可成功进行SLS成型加工的材料有石蜡、高分子、金属、陶瓷粉末和它们的复合粉末材料。由于SLS成型材料品种多、用料节省、成型件性能分布广泛、适合多种用途以及SLS无需设计和制造复杂的支撑系统，所以SLS的应用广泛。

2.3.3 PDM技术

熔积成型（FDM）法，该方法使用丝状材料（石蜡、金属、塑料、低熔点合金丝）为原料，利用电加热方式将丝材加热至略高于熔化温度（约比熔点高1℃），在计算机的控制下，喷头作x-y平面运动，将熔融的材料涂覆在工作台上，冷却后形成工件的一层截面，一层成形后，喷头上移一层高度，进行下一层涂覆，这样逐层堆积形成三维工件。

该技术污染小，材料可以回收，用于中、小型工件的成形。成形材料：固体丝状工程塑料；制件性能相当于工程塑料或蜡模；主要用于塑料件、铸造用蜡模、样件或模型。

2.3.4 LOM技术

分层实体制造法（LOM），又称层叠法成形，它以片材（如纸片、塑料薄膜或复合材料）为原材料，其成形原理如图所示，激光切割系统按照计算机提取的横截面轮廓线数据，将背面涂有热熔胶的纸用激光切割出工件的内外轮廓。切割完一层后，送料机构将新的一层纸叠加上去，利用热粘压装置将已切割层粘合在一起，然后再进行切割，这样一层层地切割、粘合，最终成为三维工件。LOM常用材料是纸、金属箔、塑料膜、陶瓷膜等，此方法除了可以制造模具、模型外，还可以直接制造结构件或功能件。

LOM技术的优点是工作可靠，模型支撑性好，成本低，效率高。缺点是前、后处理费时费力，且不能制造中空结构件。成形材料主要是涂敷有热敏胶的纤维纸；制件性能相当于高级木材；主要用途是快速制造新产品样件、模型或铸造用木模。

3.3D打印技术的市场应用及发展方向

3.1 建筑设计领域

建筑模型的传统制作方式，渐渐无法满足高端设计项目的要求。全数字还原不失真的立体展示和风洞及相关测试的标准，现如今众多设计机构的大型设施或场馆都利用3D打印技术先期构建精确建筑模型来进行效果展示与相关测试[4]，3D打印技术所发挥的优势和无可比拟的逼真效果为设计师所认同。

3.2 磨具制造领域

玩具制作等传统的模具制造领域[5]，往往模具生产时间长，成本高。将3D打印技术与传统的模具制造技术相结合，可以大大缩短模具的开发周期，提高生产率，是解决模具设计与制造薄弱环节的有效途径。3D打印技术在模具制造方面的应用可分为直接制模和间接制模两种，直接制模是指采用3D打印技术直接堆积制造出模具，间接制模是先制出快速成型零件，再由零件复制得到所需要的模具。

3.3 医学领域

在医学领域的应用近几年来，人们对3D打印技术在医学领域的应用研究较多。以医学影像数据为基础，利用3D打印技术制作人体器官模型，对外科手术有极大的应用价值，近年来许多医院推出3D打印胎儿服务。

3.4 航空航天领域

在航空航天领域中，空气动力学地面模拟实验（即风洞实验）是设计性能先进的天地往返系统（即航天飞机）所必不可少的重要环节。该实验中所用的模型形状复杂、精度要求高、又具有流线型特性，采用3D打印技术，根据CAD模型，由3D打印设备自动完成实体模型，能够很好的保证模型质量。

3.5 家电和食品领域

3D打印技术在国内的家电行业上得到了很大程度的普及与应用，使许多家电企业走在了国内前列。美的、华宝、小天鹅、海尔等都先后采用3D打印技术来开发新产品，收到了很好的效果。

3D打印在食品领域也有成功的应用。做成的鲜肉特别有弹性，而且烹饪后肉质松散有嚼头，丝毫不逊于真正的肉，就连肉里的微细血管都能打印出来。人们吃到“3D肉”的日子不会太远，因为美国泰尔基金会近日已投资成立了“鲜肉3D打印技术公司”，希望能够为大众提供安全放心的猪肉产品。这种利用糖、蛋白质、脂肪、肌肉细胞等原材料打印出的有和真正的肉类相似的口感和纹理，就连肉里的微细血管都能打印出来。

4.总结

3D打印是产业界自主创新的过程，政府主要负责引导方向，要让民营企业有充分的自主发展空间，同时对一些敏感行业或者产品要加强监管。3D打印技术市场潜力巨大，势必成为引领未来制造业趋势的众多突破之一。这些突破将使工厂彻底告别车床、钻头、冲压机、制模机等传统工具，改由更加灵巧的电脑软件主宰，这便是第三次工业革命的到来的标志[6]。在这种势头下，传统的制造业将逐渐失去竞争力。

参考文献

[1]古丽萍.蓄势待发的3D打印机及其发展[J].北京：数码印刷，2011（10）：64-67.

[2]丁军涛.快速成形技术在企业实际生产中的应用[J].陕西：科技探索，2012（8）.

[3]郑利文.Objet Geometries公司推出多种复合材料3D打印机[J].北京：模具工业，2008（2）：73.

[4]梁晨光.3D打印技术纵览“印”出来的真实世界[J].北京：微型计算机，2008（6）：106-109.