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3D打印与快速制造科技改变世界---创驰科技在好莱坞大作《十二生肖》电影中有项非常流行的技术不知道各位是否留意，电影中成龙佩戴了专业的扫描手套来扫描剧中十二生肖铜像，另外一边通过专业设备将所扫描的铜像完美打印，看似很科幻不切实际，其实，影片中出现的专业设备就是流行的3D打印技术。什么是3D打印机？1.3D打印的起源2.基本概述3.发展历史4.丰富的打印产品5.行业应用6.打印优势3D打印的起源关于3D打印技术的理念，我们要穿越回19世纪，您没看错这个是有记录可以考证的。从历史上看，快速成型技术（3D打印技术）的核心思想最早起源于19世纪照相雕塑（Photosculpture）技术和地貌成形（Topography）技术。虽然3D打印技术起源很早，但是受限于当时的材料技术与计算机技术等众多学科，因此并没有实现广泛应用与商业化，随后技术的正式研究开始于20世纪70年代，直到20世纪80年代技术才得到了实现。其学名为“快速成形”。基本概述•3D打印技术（3DPrinting）有很多个称呼，学术上称之为快速成型技术(简称RPM)，3D打印技术从制造工艺的技术上划分它叫做增材制造（简称AM）。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。发展历程20世纪初•3D打印源自100多年前美国研究的照相雕塑和地貌成型技术，上世纪80年代已有雏形，其学名为“快速成型”。20世纪80年代•在20世纪80年代中期，3D打印技术产生，但并未商业化。20世纪末•1995年麻省理工创造了“三维打印”一词，当时的毕业生JimBredt和TimAnderson修改了喷墨打印机方案，变为把约束溶剂挤压到粉末床的解决方案，而不是把墨水挤压在纸张上的方案。最早的3D打印机出现在上个世纪的80年代，价格极其昂贵且打印的产品数量也少的可怜。现在的3D打印技术广泛应用于汽车、家电、电动工具、医疗、机械加工、精密铸造、航空航天、工艺品制造及儿童玩具等行业，是个人、家庭、办公的好帮手。丰富的3D打印产品行业上的应用情况8.90%26.10%8.10%6.60%22.20%9.80%9.30%9.00%8.30%19.40%8.30%6.80%27.70%13.00%10.40%6.00%0.00%5.00%10.00%15.00%20.00%25.00%30.00%35.00%其他汽车太空工业消费产品医药教育机构政府/军工201320143D打印的主要优势1.制造复杂物品（目前已显现）2.产品多样化不增加成本3.生产周期短（最大的优点）4.零技能制造（不需要特殊技能）5.不占空间、便携制造（战场、灾区）6.节省材料（相对于传统加工方式）7.设计空间无限8.减少废气副产品9.精确的实体复制10.无需组装23D打印技术的基本原理1.3D打印的基本原理2.打印工艺（FDM、SLA）3.控制机构和控制原理4.以Einstart为例讲述打印步骤3D打印技术的基本原理3D打印的原理是依据计算机设计的三维模型（设计软件可以是常用的CAD软件，例如SolidWorks、Pro/E、UG、POWERSHAPE等。也可以是通过逆向工程获得的计算机模型），将复杂的三维实体模型“切”成设定厚度的一系列片层，从而变为简单的二维图形，逐层加工，层叠增长。三维CAD模型设计CAD模型的近似处理对STL文件切片处理逐层制造原型制作流程图3D就是在普通的二维打印的基础上再加一维打印原理3D打印机将虚拟的数字化三维模型直接转变成了实体模型三维CAD文件三维打印机三维模型3D打印工艺-FDMFDM的加工原材料是丝状热塑性材料（如ABS、PLA、尼龙丝等），加工时加热喷头在计算机的控制下，可根据截面轮廓信息，做X-Y平面的运动和高度Z方向的运动。丝状热塑性材料由供丝机构送至喷头，并在碰头加热至熔融状态，然后杯选择性地涂覆在工作台上，快速冷却后形成了截面轮廓。一层成形完成后，喷头上升一个截面层高度，再进行第二层的涂覆，如此循环，最终形成三维产品。FDM工作原理3D打印工艺-SLA成型开始时，工作平台在液面下一个确定的深度，聚焦后的光斑在液面上按计算机的指令逐点扫描，即逐点固化。当一层扫描完成后，未被照射的地方仍是液态树脂。然后升降台带动平台下降一层高度，已成型的层面上又布满一层树脂，刮平器将粘度较大的树脂液面刮平，然后再进行下二层的扫描，新固化的一层牢固地粘在前一层上，如此重复直到整个零件制造完毕,得到一个三维实体模型。控制系统运动近控制单元材料供给单元环境营造单元X轴定位Y轴定位Z轴定位环境加热堆积头材料预热、送进材料加热、挤出控制机构（FDM）控制原理控制系统由两部分组成：运动控制系统和温度控制系统。在系统中，计算机（PC）通过数控卡控制XYZ扫描运动系统，喷头及送丝机构也通过数控卡进行控制。计算机（PC）位控模块转接板驱动器驱动器驱动器电机X电机Y电机Z成型材料温控器压力控制系统I/O接口板加热元件测温元件成型室温控器加热元件测温元件驱动器检测系统送丝电机驱动器USB或串口连接线控制系统原理图以instart为例讲述打印步骤Bessen是基于熔融沉积制造工艺（FDM）的快速成型设备，它与计算机通过USB电缆连接，只需一台笔记本电脑就可以完成各种复杂三维实体模型的打印工作。视图软件界面33D打印机的应用领域3D打印机的应用对象可以是任何行业，只要这些行业需要模型和原型。•目前，3D打印技术已在工业造型、机械制造、航空航天、军事、建筑、影视、家电、轻工、医学、考古、文化艺术、雕刻、首饰等领域都得到了广泛应用。并且随着这一技术本身的发展，其应用领域将不断拓展。应用领域行业应用在教学模具上的应用可以充分开拓发展学生的想象力和创造力，锻炼学生的动手能力。结合现有的教学课程，让学生更加直观的了解所学的知识。教育•(1)数学系的学生可以将他们的“问题”打印出来，并在他们自己的学习空间中寻找答案，比如打印一个几何体，让他们更直观的去了解几何内部各元素之间的联系。(2)工程设计系的学生可以用它打印出自己设计的原型产品进行测试，研究与探索。(3)建筑系的学生可以用它简便快速的打印出自己设计的建筑实体模型。(4)历史系的学生可以用它来复制有考古意义的物品，方便进一步的观察。(5)平面设计系的学生可以用它来制作3D版本的艺术品以及一些基本的模型。(6)地理系的学生可以用它来绘制真实的地势图，人口分布图。(7)食品系的学生可以用它设计食物的产品造型。(8)车辆工程的学生可以打印各种各样的实体汽车部件，便于测试。(9)化学系的学生可以把分子模型打印出来观察。(10)生物系的学生可以打印出细胞、病毒、器官，和其他重要的生物样本。教育行业行业应用-设计在设计领域，它以最低的成本，最短的周期，帮助设计师们完成设计。只需将打印机放在桌上，就可以打印出模型，验证自己的设计。时装设计行业应用-文化创意和数码应用形状和结构复杂、材料特殊的艺术表达载体。科幻类电影《阿凡达》运用3D打印塑造了部分角色和道具，3D打印的小提琴接近了手工艺的水平；行业应用-生物医学在生物医学领域，根据扫描得到的人体分层截面数据，制造出人体局部组织或器官的模型，可以用于临床医学辅助诊断复杂手术方案的确定。行业应用-航空航天复杂形状、尺寸微细、特殊性能的零部件、机构的直接制造；行业应用-建筑在建筑业里，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。个性家装设计及建筑户型模型打印建筑外观模型打印建筑结构剖面模型打印个性和创意家具设计及家具模型打印行业应用-汽车制造在汽车制造行业的应用并不是说你的车是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。行业应用-日用品行业应用家电：各种家电产品的外形与结构设计，装配试验与功能验证，市场宣传，模具制造。通讯产品：产品外形与结构设计，装配试验，功能验证，模具制造。航空、航天：特殊零件的直接制造，叶轮、涡轮、叶片的试制，发动机的试制、装配试验。轻工业：各种产品的设计、验证、装配，市场宣传，玩具、鞋类模具的快速制造。国防：各种武器零部件的设计、装配、试制，特殊零件的直接制作，遥感信息的模型制作。4发展前景①能不能添加丰富的色彩？②打印尺寸，速度能否提升？③3D打印应用领域能否扩展延伸？……添加丰富的色彩添加丰富的颜色不仅是打印出来的物体具有较好的观赏性，而且会更加逼真。尺寸与速度的提升在速度突破上，2011年，个人使用3D打印机的速度已突破了送丝速度300mm每秒的极限，达到350mm每秒。在体积突破上，3D打印机体积为适合不同行业的需求，也呈现“轻盈”和“大尺寸”的多样化选择。已有多款适合办公室打印的小巧3D打印机，并在不断挑战“轻盈”极限，为未来进入家庭奠定基础。在“大尺寸”领域，在德国的3D打印公司发布了4000x2000x1000mm尺寸的3D打印机，该款大尺寸3D打印机使打印大尺寸部件一次成型成为可能。大尺寸的模型应用领域的扩展3D打印的优势在2011年被充分应用于生物医药领域，利用3D打印进行生物组织直接打印的概念日益受到推崇。利用3D打印技术制造人类骨骼组织的技术已经成熟；哈佛大学医学院的一个研究小组则成功研制了一款可以实现生物细胞打印的设备。随着3D打印材料的多样化发展以及打印技术的革新，3D打印不仅在传统的制造行业体现出非凡的发展潜力，同时其魅力更延伸至食品制造、服装奢侈品、影视传媒以及教育等多个与人们生活息息相关的领域。应用领域扩展-医疗案例环球网2014年8月15日综合报道，据英国《连线》杂志报道，荷兰一名22岁的女子因患慢性骨病，使得头骨厚度大幅增加，面临死亡。无奈之下，医生尝试进行手术将其头顶的骨头移除，然后植入3D打印头颅，结果大获成功。据报道，手术由医生邦(BonVerweij)带领的乌得勒支大学医学中心的神经外科医生团队进行，整个过程持续了23个小时。乌得勒支大学称这是第一个患者没有拒绝使用3D打印头颅的成功案例。3D打印机最新新闻53D打印机最新新闻全球最高速微型纳米3D打印机德国NanoscribeGmbH在美国旧金山发布了迄今为止最高速的纳米级别微型3D打印机——PhotonicProfessionalGT。这款打印机还采用了基于双光子聚合的3D打印技术，让激光瞬时通过脉冲调制聚合光敏材料，来制作出自我支撑的微型（和纳米）结构，以达到直接激光写入。此外，这款德国Nanoscribe的打印机可以以每秒超过5TB的速度来打印聚合物波导（polymerwaveguides），堪称世界最高速，该款3D打印机的最小扫描范围可达100μm，且它的精度可以在一根头发上打印出一个10个字母的公司名称。首座奥巴马3D打印人像面世据美国有线电视新闻网(CNN)12月4日消息，首座通过3D打印技术制造的奥巴马半身像目前正在华盛顿史密森学会城堡进行展出。不同于往常的雕像制作，由3D打印技术制作的奥巴马像不需要用石膏进行塑模，只需要奥巴马本人坐在一张椅子上，由50个LED灯进行照明，同时8个高分辨率运动相机以及6个广角相机对他进行大约一秒钟的拍摄，即可将奥巴马的真容复制出来。3D打印技术提供的不是人眼观测的艺术上的相似，而是通过精确测量的有科技保证的完全复制，因此这座奥巴马像的相似度是不言而喻的。谢谢！