1、原理、現狀和未來3D打印的魅力世界匯報人：朱言言2017 年 5 月 5 日主要內容一. 3D打印的原理二. 3D打印技術分類和特點三. 3D打印在各行各業中的應用四. 3D打印的流程五. 3D打印的未來什么是3D？D = Dimension 維1D = 線 2D = 面 3D = 體 3D = 3維 一. 3D打印的原理傳統(2D)打印3D打印：打印出來的東西是立體的一. 3D打印的原理俗稱：3D打印 專業用語：增材制造出現最早、最形象的3D打印：蓋房子圖紙/數模磚/水泥逐漸增加三維房子整體離散整體一. 3D打印的原理根據零件的三維數模，通過計算機程序控制、逐點-逐層（二維）增加材料成形三維

2、復雜結構的數字制造技術增材方式 熔化 燒結 粘結制造復雜品產品多樣化縮短生產周期制造技能簡化減少空間占用節省材料3D打印主要優勢一. 3D打印的原理特別適合復雜結構、個性化制造及創新構思的快速驗證3D打印技術具有成形材料廣、零件性能優的突出特點 增材制造/3D打印改變社會 生產模式改變人類 生活方式第三次工業革命主要內容一. 3D打印的原理二. 3D打印技術分類和特點三. 3D打印在各行各業中的應用四. 3D打印的流程五. 3D打印的未來 第2類：金屬增材制造：1977(1992)年開始用途：裝備關鍵金屬零部件的直接制造與升級再制造 第1類：非金屬增材制造：1984年提出，RP/RPM新產品開

3、發(間接制造); 產品定制化；生產離散化增材制造/3D打印：三大類 第3類：生物組織增材制造：2003年開始用途：人體組織及器官的體外/體內“培養” 二. 3D打印技術分類和特點 第1類：非金屬增材制造：1984年提出，RP/RPM新產品開發(間接制造); 產品定制化；生產離散化工藝名稱原材料增材方式光敏樹脂固化：SLA液體樹脂光固化疊層實體制造： LOM紙/塑料膜粘結熔絲擠出造型： FDM樹脂絲粘結粉床激光燒結 ：SLS粉末燒結粉床3D打印 ：3DP粉末粘結五種基本方法二. 3D打印技術分類和特點采用激光一點點照射光固化液態樹脂使之固化的方法成形，是當前應用最廣泛的一種高精度成形工藝。（成本

4、較高）1. SLA光固化（立體光刻）成形材料：液態光敏樹脂；-制件性能：相當于工程塑料或蠟模；-主要用途：高精度塑料件、鑄造用蠟模、樣件或模型 二. 3D打印技術分類和特點1. SLA光固化（立體光刻）典型SLA設備SLA成形的典型零件二. 3D打印技術分類和特點1. SLA光固化的升級CLIP技術：連續液體界面提取技術CLIP從底部投影，使光敏樹脂固化，不需要固化的部分通過控制氧氣，形成死區，抑制光固化反應而保持穩定的液態區域，這樣就保證了固化的連續性二. 3D打印技術分類和特點1. SLA光固化的升級CLIP技術：連續液體界面提取技術科幻電影：終結者2科幻與現實二. 3D打印技術分類和特點

5、1. SLA光固化的升級CLIP技術：連續液體界面提取技術第一款商業化3D打印機：carbon M1型優勢：連續液態界面成形，表面光滑，比普通SLA打印速度快25-100倍劣勢：價格貴，目前租用，每年需要支付4萬美元的費用；零件尺寸較小144mmx81mmx330mm適用5種材料：硬聚氨酯；柔性聚氨酯；彈性聚氨酯；氰酸酯；一般樹脂二. 3D打印技術分類和特點2. 疊層實體制造： LOM原理：激光切割材料：紙、塑料、金屬箔片特點：每層厚度70-150m精度低，材料浪費，適合中大型零件價格：高（基本退出市場）采用激光切割箔材，箔材之間靠熱熔膠在熱壓輥的壓力和傳熱作用下熔化并實現粘接，一層層疊加制造

6、原型。二. 3D打印技術分類和特點2. 疊層實體制造： LOMLOM成形的典型零件LOM原材料-紙早期的LOM設備二. 3D打印技術分類和特點3.熔絲擠出造型： FDM是一種不依靠激光作為成型能源、利用加熱高溫將絲材（如工程塑料ABS、聚碳酸酯PC等）熔化，通過打印頭擠出成細絲，在構件平臺堆積成型，冷卻后硬化的成型方法。-成形材料：固體絲狀工程塑料；-制件性能：相當于工程塑料或蠟模；-主要用途：塑料件、鑄造用蠟模、樣件或模型。FDM是最簡單也是最常見的3D打印技術，通常應用于桌面級3D打印設備。（成本低）二. 3D打印技術分類和特點3.熔絲擠出造型： FDM方便的打印彩色物品ABS 塑料類 P

7、LA 塑料類 二. 3D打印技術分類和特點3.熔絲擠出造型： FDM基于FDM技術的3D打印機種類最多，從個人家庭桌面打印機到企業工業打印機，全范圍覆蓋網上就可以買到：個人家庭使用二. 3D打印技術分類和特點3.熔絲擠出造型： FDM個人家用3D打印機，隨心所欲自由設計、自由想象二. 3D打印技術分類和特點4. 粉末激光燒結技術SLS采用激光逐點燒結粉末材料，使包覆于粉末材料外的固體粘接劑或粉末材料本身熔融實現材料的粘接。燒到的地方就成型了，未燒到的地方還是粉末。成型材料和成型件的物理性能很好，持久耐用。（金屬粉末可部分熔化粘接而不需要粘接劑）二. 3D打印技術分類和特點4. 粉末激光燒結技術

8、SLS-成形材料：粉末, 金屬或塑料；-制件性能：相當于工程塑料、蠟模、砂型；-主要用途：樣件或模型，金屬件。SLS優點；1、可采用多種材料。2、制造工藝比較簡單。3、高精度。一般能夠達到工件整體范圍內(0.052.5)mm的公差。當粉末粒徑為0.1mm以下時，成型后的原型精度可達0.1mm。4、材料利用率高，價格便宜，成本低。5、無需支撐結構。二. 3D打印技術分類和特點4. 粉末激光燒結技術SLS摩托車引擎缸體（253.8 253.7 181.8 mm3）SLS熔模鑄造鋁合金鑄件塑料制件-熔模精密鑄造二. 3D打印技術分類和特點4. 粉末激光燒結技術SLS復雜尼龍零件的直接3D打印二. 3

9、D打印技術分類和特點5.粉末床噴射3D打印，3DP3DP即三維打印快速成型技術，其與傳統二維噴墨打印接近，從噴頭噴出粘結劑（彩色粘結劑可以打印出彩色制件），將平臺上的粉末粘結成型，通常用采用石膏粉作為成型材料。3DP技術目前主要應用有兩個：全彩3D打印及砂模鑄造。二. 3D打印技術分類和特點5.粉末床噴射3D打印，3DP3DP成形工藝過程示意圖材料：塑料、陶瓷特點：精度低價格：低全彩色3DP：先鋪一薄層粉末材料，然后利用噴嘴選擇性地在粉層表面噴射粘接劑，將粉末材料粘接在一起形成實體層，逐層粘接，最終形成三維零件。二. 3D打印技術分類和特點5.粉末床噴射3D打印，3DP二. 3D打印技術分類和

10、特點5.粉末床噴射3D打印，3DP3DP砂型砂型鑄造-鋁合金發動機零件間接制造 第2類：金屬增材制造：1977(1992)年開始用途：裝備關鍵金屬零部件的直接制造與升級再制造 第1類：非金屬增材制造：1984年提出，RP/RPM新產品開發(間接制造); 產品定制化；生產離散化增材制造/3D打印：三大類 第3類：生物組織增材制造：2003年開始用途：人體組織及器官的體外/體內“培養” 高能束零件2003年提出；激光、電子束尺寸小600mm、效率低100g/h、成本高粉床(鋪粉)選區熔化SLM/SEBM：小型復雜構件金屬增材制造：方法一發展方向1.增大尺寸及精度：工藝、設備2.提高效率及質量：工藝

11、、材料、設備3.降低制造成本：粉末、設備、工藝二. 3D打印技術分類和特點激光SLM電子束SEBM粉末零件數模少量加工最終零件零件精坯激光熔化沉積 “增材制造”送粉/絲金屬增材制造，大型承力構件1992年開始，激光/電子束/電弧激光束高性能材料制備與復雜零件“近凈成形”一體化非平衡材料、多材料復合、梯度材料高性能構件無需大型鍛造裝備及鍛壓模具材料利用率高、加工時間短、成本低、周期短“超常”快速反應能力、高柔性，快速修復材料技術制造技術高性能大型復雜整體構件制造技術發展方向金屬增材制造：方法二二. 3D打印技術分類和特點送粉/絲金屬增材制造，大型承力構件3D打印技術中，難度最大、工藝最復雜，對國

12、家工業裝備制造影響力最大的一種3D打印技術，是3D打印領域的明星！e E = sL DT a DL難以制造“大型構件”構件嚴重 “變形或開裂”技術挑戰一：內應力難以控制變 形開 裂技術挑戰二： “內部質量”難控多變力學性能低且不穩定無法用作關鍵主承力構件內部缺陷微觀結構內部晶粒方法2：送粉/絲熔化堆積 大型整體構件第2類：金屬構件增材制造 第2類：金屬增材制造：1977(1992)年開始用途：裝備關鍵金屬零部件的直接制造與升級再制造 第1類：非金屬增材制造：1984年提出，RP/RPM新產品開發(間接制造); 產品定制化；生產離散化增材制造/3D打印：三大類 第3類：生物組織增材制造：2003

13、年開始用途：人體組織及器官的體外/體內“培養” “活性細胞”3D打印: 人體器官“制造”？第3類：生物組織增材制造人體硬/軟組織或器官體內或體外“培養” “活性細胞”3D打印: 人體器官“制造”？第3類：生物組織及人體器官增材制造用途：人體硬/軟組織或器官體內或體外“培養”（3D打印生物可降解多孔支架+活性細胞 或細胞直接打印后進行“體外或體內培養”） 2003年開始，尚未應用TCPPLGA制作的骨組織工程支架清華大學林峰教授提供可降解“生物支架”增材制造及生物組織體外或體內培養第3類：生物組織及人體器官增材制造可降解“生物支架”增材制造及生物組織體外或體內培養清華大學林峰教授提供第3類：生物

14、組織及人體器官增材制造主要內容一. 3D打印的原理二. 3D打印技術分類和特點三. 3D打印在各行各業中的應用四. 3D打印的流程五. 3D打印的未來醫療美國一家兒科醫學中心利用3D打印技術成功制造出全球第一顆人類心臟，這顆用塑料打印出的心臟可以像正常人類心臟一樣正常跳動。外科醫生能夠利用3D打印心臟來練習復雜的手術。3D打印血管德國Fraunhofer institutes的跨學科研究小組宣布 ，解開了3D打印血管的奧秘。3D打印骨頭Open3DP創新小組向世界宣布3D打印在骨頭上的應用。三. 3D打印在各行各業中的應用醫療維克森林大學的安東尼阿塔拉博士展示一個3D打印腎臟原型。阿塔拉博士使

15、用的3D打印機使用一種類似凝膠的生物可降解材料，逐層打印腎臟。維克森林大學，阿塔拉的研究小組利用3D打印技術打印的耳朵支架，隨后在上面“播撒”皮膚細胞，培育出仿真度極高的人造耳。當前的人造耳采用聚苯乙烯泡沫塑料等材料，看起來十分僵硬，很不自然。維克森林大學的實驗室，科學家利用3D打印機打印的鼻子支架，隨后可借助支架利用患者自身細胞培育人造鼻。由于利用患者自身細胞，患者的身體不會對這個新鼻子產生排斥。三. 3D打印在各行各業中的應用鞋子耐克推全球第一款3D打印足球鞋這項新技能的運用意味著耐克能夠在更短的時刻內依據靴子的原型作出一些改動。并且這款靴子比曾經的鞋子愈加輕盈且能減縮短跑時刻。3d打印鞋

16、美國設計工作室Continuum Fashion發布了他們的第一個可穿3d打印鞋履系列“strvct”。紐拜倫利用3D打印技術制造的跑鞋三. 3D打印在各行各業中的應用服飾3D打印的服裝白色尼龍制作出來的胸衣配飾、羽毛狀衣服手鐲面飾類似橡膠的新型材料三. 3D打印在各行各業中的應用模型微縮工廠模型Materialise 3D打印了一個非常精細的微縮工廠模型：一個植物燃氣公司Linde AG的微縮工廠縮小模型。兩個月胎兒模型日本公司利用3D打印技術制作胎兒臉部模型父母們不僅可以看到腹中孩子的照片，通過3D打印技術，還可以拿到和孩子等大的寶寶的模型。古羅馬城市12名耶魯學生和他們的教授一起，通過3

17、D打印，重建古羅馬城市景觀。三. 3D打印在各行各業中的應用模型奧迪A4和寶馬3系列的插值模型DrivAer是奧迪A4和寶馬3系列的插值模型，是一款長120厘米，寬45厘米，高40厘米的真實模型。這款模型在慕尼黑工業大學的電腦完成設計，然后由3D打印機使用環氧樹脂和石膏打印。無人駕駛的激光燒結飛機南安普敦大學研制出的這種飛機(SULSAUAV)，所有的部件，包括機翼、整體操縱面、出入艙口，均由尼龍激光燒結打印機EOS EOSINT P730打印而成。三. 3D打印在各行各業中的應用這是世界上首輛3D打印的汽車，零部件只有40個。工業、建筑3D打印混凝土成品OpenReflex單反相機Lo Ma

18、rius用ABS樹脂材料打印出來的。除了反光板和一些螺絲外，整部相機分為三大部分：膠片艙、快門、取景器。打印立體的建筑印刷機從噴嘴處噴出以鎂為主要原料的粘合膠，這些粘合膠跟沙子結合并在印刷機對其施壓后變成巖石。三. 3D打印在各行各業中的應用珠寶首飾黃金掛件Shapeways 上就有大量的設計師設計的Time Keeper Pendant仿俄羅斯大皇冠斯摩棱斯克鉆石珠寶集團引入3D打印技術，掃描原始皇冠和EnvisionTec3D打印機精確復制原版的俄羅斯大皇冠，復刻品采用WIC-100樹脂以及14k白金打造。皇冠余下部分采用傳統手工技藝完成。3D打印的鈦金屬腕表設計師Zach Rave制造過

19、程是激光使鈦粉按設計融合成粉層，一層層疊加直到最后形成產品。每一件產品都是獨一無二的。600美元/只三. 3D打印在各行各業中的應用食物3D打印出可食用的熱狗肌肉片現代草甸(Modern Meadow)打印出了一塊約2cm長，1cm寬，1mm厚的肌肉片，這塊灰白的肌肉混合有血液和人造脂肪。這種生物原料是一種稱之為“bioink”的由數以十萬記得活細胞所構成的物質，想要在超市里見到3D打印的人造肉至少還要等上15-20年。打印食物的3D打印機砂糖“砂糖實驗室”用砂糖混合水與酒精，選擇合適濕度和硬度的砂糖材料，提高打印分辨率和砂糖的強度。三. 3D打印在各行各業中的應用家具、裝飾設計師Bitont

20、i用3D打印出的桌子花朵臺燈這款花朵臺燈的“花瓣”可以慢慢展開，燈光也會隨著“花瓣”的展開而變強。這款臺燈采用了3D打印技術制得，即整個燈罩是一次成型、連為一體的，包括花瓣之間的連接部分。iMaterialise公司3D打印的燈飾。水晶吊燈PAPERO波蘭To Do設計工作室設計PAPERO看上去像是一塊懸掛的水晶，由兩部分組成：上面不透明部分為ABS塑料，采用3D打印技術打印而成，下面半透明部分用聚丙烯塑料板，采用激光切割工藝。三. 3D打印在各行各業中的應用娛樂首款開源微縮模型游戲Ill Gotten Games團隊發明了Pocket Tactics（口袋戰術-首款用3D打印的開源微縮模型

21、游戲。游戲包括了人物小雕像、小棋子、骰子-都可以從Thingiverse下載，然后用MakerBot打印。Tinkercad是一個基于網頁的CAD程序，用戶可以輕松地擴展和修改游戲。詭異 “X-Cube”魔方由丹麥學生克里斯蒂安森發明，魔方分為多個坐標軸不同種拼接方式，一共有52個可以活動部件，102個小模塊組成，擁有1250000的11次方組不同組合。在線定制Android公仔吉他3D Systems公司以 Gibson Les Paul 系列作為藍本的3D 打印吉他的身軀三. 3D打印在各行各業中的應用槍械、安全3D打印槍成功通過安檢并登上列車塑料槍械威爾遜和分布式防御組織(Defense

22、 Distributed)成員打算籌集2萬美元用以設計一款塑料槍械，并發布其藍圖，然后人們利用RepRap開源3D打印機便可將槍械制造出來。但募得資金目前已被政府凍結。復制高安全性的鑰匙西勒奇(Schlage)制鎖公司因其高安全性的Primus鎖而聞名。黑客開發出一段程序，能夠采用3D打印或激光切割技術制作出Primus鑰匙模型。采用尼龍材料，每把鑰匙5美元。鈦合金的鑰匙150美元。建議高度安全機構應該使用電子鎖，才能達到難以復制的要求。羅馬尼亞罪犯使用3D打印機制造ATM設備竊取悉尼居民的資金三. 3D打印在各行各業中的應用考古復制250萬年的古人類頭骨Gonzalo Martinez使用的

23、是Objet最新透明VeroClear材料，得到這種光滑的“像冰一樣”的模型。3.9億年前遠古生物立體模型借助3D打印技術，一只生活在3.9億年前渾身尖刺、全身硬甲覆蓋的軟體動物近日再次展現在人們眼前。揭開名畫背后的秘密Coform的科學家使用一臺叫做Mini-Dome的設備可以將畫作上的一筆一畫都放大，清晰地看到這幅自畫像是如何完成的。故3D可以用于博物館和文化遺產的修復工作。三. 3D打印在各行各業中的應用工業設計三. 3D打印在各行各業中的應用主要內容一. 3D打印的原理二. 3D打印技術分類和特點三. 3D打印在各行各業中的應用四. 3D打印的流程五. 3D打印的未來3D打印的具體流程

24、該如何實現3D打印？第一步：準備一個可打印的3D數據603D數據正向三維造型設計三維逆向設計模塊化簡易設計轉換為3D打印機分層軟件可識別的格式文件，不同打印機格式不同，通用的為STL格式AutoCAD，UG，solidworks，CATIA，CADKEY，ProEngineer，3dmax等三維掃描Geomagic、Rapidform等Tinkercad、Autodesk 123D、3D Tin、SketchUp等該如何實現3D打印？第二步：選擇一臺合適的3D打印機61是否彩色金屬or塑料精度or成本要求合適的3D打印機該如何實現3D打印？第三步：把3D數據導入打印機控制軟件，點擊START，

25、然后泡上一杯咖啡，坐等作品出爐62該如何實現3D打印？最后一步：后處理63該如何實現3D打印？主要內容一. 3D打印的原理二. 3D打印技術分類和特點三. 3D打印在各行各業中的應用四. 3D打印的流程五. 3D打印的未來小型3D打印機的普及個人打印機的銷售量與日俱增全球600700家創客空間幾乎都擁有3D打印機制造企業的逐漸采用很多我們日常生活中在使用的東西，它們的研發過程中已經在采用3D打印技術，如汽車、家電、數碼產品、服飾等生物醫療領域的進步齒科助聽器骨科人造器官醫療設備、醫療器械教學領域的引進高校、科研院所：核心技術研究、產學研結合專業技術學校、金工訓練：技能培訓中小學：創新意識培養、動手能力訓練全新商業模式的開拓工業設計與3D打印服務中心在線打印服務平臺3D模型交易平臺3D照相館食品打印653D打印與普通民眾的距離其實很近專業3D打印機個人3D打印機五. 3D打印的未來五. 3