打印原理概述从想象到现实

打印原理概述从想象到现实第1页/共69页

1.13D打印的原理

1.23D打印的主要工艺

1.33D打印的发展过程

1.43D打印的优缺点及副作用

1.53D打印的应用

1.63D打印的发展趋势

13D打印概述：从想象到现实第2页/共69页

13D打印概述:从想象到现实1.13D打印的原理和过程

3D打印技术（3Dprinting），也称为增材制造技术或快速成形（型）技术，它是以计算机三维设计模型文件为蓝本，通过软件分层离散和数控成型系统，利用激光束、热熔喷嘴等方式将金属粉末、陶瓷粉末、塑料、细胞组织等特殊材料进行逐层堆积、黏结，最终叠加成型，制造出实体产品。

与传统制造业通过模具、车铣等机械加工方式对原材料进行定型、切削以最终生产成品不同，3D打印将三维实体变为若干个二维平面，通过对材料处理并逐层叠加进行生产，大大降低了制造的复杂度。这种数字化制造模式不需要复杂的工艺、不需要庞大的机床、不需要众多的人力，直接从计算机图形数据中便可生成任何形状的零件，使生产制造得以向更广的人群范围延伸。第3页/共69页零件三维CAD模型分层切片数控代码单层成形后处理多层堆积3D打印技术的成形原理图13D打印概述:从想象到现实1.13D打印的原理和过程第4页/共69页1、三维建模通过专业3D扫描仪等设备获取对象的三维数据，并且以数字化方式生成二维模型。也可以使用建模软件从零开始建立三维数字化模型，或是直接使用其他人已做好的3D模型。2、分层切割3D模型输入到电脑中以后，需要通过打印机配备的专业软件来进一步处理，即将模型切分成一层层的薄片，每个薄片的厚度由喷涂材料的属性和打印机的规格决定。3、打印喷涂由打印机将打印耗材逐层喷涂或熔结到二维空间中，根据工作原理的不同，有多种实现方式。比较流行的做法是先喷一层胶水，然后在上面撒一层粉末，如此反复；或是通过高能激光融化合金材料，一层一层地熔结成模型。整个过程根据模型大小、复杂程度、打印材质和工艺耗时几分钟到数天不等。4、后期处理模型打印完成后一般都会有毛刺或是粗糙的截面。这时需要对模型进行后期加工，如固化处理、剥离、修整、上色等等，才能最终完成所需要的模型的制作。13D打印概述:从想象到现实1.13D打印的原理和过程第5页/共69页13D打印概述:从想象到现实1.23D打印的主要工艺3D打印（快速成形）技术发展到现在，已经出现了三十几种不同的工艺方法。其中比较典型，商业化比较好的有：光固化树脂法（SLA－Stereolithography）、选择性激光烧结法（SLS－SelectiveLaserSintering）、叠层制造法（LOM－LaminatedObjectManufacturing）、熔融沉积制造法（FDM－FusedDepositionModeling），三维印刷法（TDP－ThreeDimensionalPrinting）等。上述方法按成形件使用目的不同可以分为两类，一类是生产用于设计展示和简单尺寸测量的原型件；一类是生产可直接使用的功能性零件。第6页/共69页13D打印概述:从想象到现实1.23D打印的主要工艺（1）光固化树脂技术(SLA)（亦称立体平板印刷、立体光刻造型）原理：利用光敏树脂受紫外光辐照后，由液体变为固体的性质。优缺点：制造精度高，工艺成熟，适宜制造精密塑料零件；缺点是液态树脂材料价格昂贵，成形件的强度、硬度等力学性能较差。第7页/共69页13D打印概述:从想象到现实1.23D打印的主要工艺（2）分层实体制造LOM(实体叠层制造技术)原理：采用塑料薄膜、纸片等薄层材料作为成形材料，薄层材料一面涂有热敏感材料(如热熔胶)。当材料达到一定的温度时，施加外力使其很快粘接在一起。优缺点：成形效率高；设备价格和材料价格低；成形材料收缩和翘曲变形小，尺寸稳定性好；其缺点是材料应用范围小，需要制作特定厚度的薄层材料；此外，层和层之间结合力较差。第8页/共69页13D打印概述:从想象到现实1.23D打印的主要工艺（3）选择性激光烧结SLS(SelectiveLaserSintering)原理：将粉末预热到稍低于其熔点的温度，用滚筒将粉末挤压、铺平。激光束在数控系统控制下分层扫描。激光扫描到的粉末达到“烧结温度”而烧结到一起，而未扫描到的粉末仍留在原处。烧结一层后将工作台下降一层的高度，通过滚筒将粉末铺平再烧结第二层，一直到制造出整个零件。全部烧结完后采用喷砂等方法去掉黏着粉末，则就可以得到烧结好的零件;金属材料烧结成形过程与非金属材料类似，只不过需要以有机粘结剂或低熔点金属作为连接材料。优缺点：适用于尼龙、玻璃钢、人造橡胶、石蜡、聚碳酸酯、铜、铝、铁、锡等多种材料；不需制作支撑、成形精度较高；缺点主要是价格和维护费用昂贵；激光烧结金属零件的密度和强度都比较低。第9页/共69页13D打印概述:从想象到现实1.23D打印的主要工艺（4）熔丝沉积制造FDM(熔融沉积成形技术)原理：采用蜡丝或树脂细丝作为原料。采用加热的精细喷头将石蜡或树脂丝熔化，利用丝材的送给力将熔体挤出，在计算机的控制下进行二维扫描，喷出的石蜡犹如极细的丝状物而编织成一个层面，层层叠加最终形成一个三维实体。优缺点：可以多喷嘴、多种材料成形。在石蜡中混入陶瓷粉末或者金属粉末，制作成细丝，则可以用于陶瓷和金属零件的成形。所采用成形材料和设备费用较低廉；成形无污染;缺点是一般适用材料有限，成形件的强度等性能不高。第10页/共69页13D打印概述:从想象到现实1.23D打印的主要工艺原理：将树脂、硅溶胶、石蜡等粘接剂经过精细的喷头，有选择地喷射到铺覆好的金属或陶瓷粉末上，粘接剂凝固后将金属或陶瓷粉末粘着在一起，形成一个层面，这样逐层加工，最终成形出整个零件。最后经烧结、去除树脂等粘接剂，浸渗低熔点金属等后处理可得到陶瓷或金属基的复合材料模型。优缺点：采用粘结剂和喷射技术，几乎可以采用任何材料来成形工件，能形成比较复杂的空腔，能采用多喷头装置，从而大大提高加工速度，材料成本低；但是，成形精度和表面质量较差，成型件的致密度差、强度低。（5）3D喷射印刷技术(TDP-ThreeDimensionalPrinting)第11页/共69页13D打印概述:从想象到现实1.23D打印的主要工艺（6）直接金属成型技术以各种高能束为热源，以各种金属粉末为材料进行工模具直接制造。（a）直接激光烧结工艺（DLS－DirectSelectiveLaserSintering）原理：在SLS上发展来的，成形原理与SLS相似,采用高功率的激光束直接将金属粉末熔化，可直接获得致密的金属成型件，不需要渗铜等后处理。优缺点：成形精度较高，但单层厚度有限，影响了成形的效率，变形较大。受成形室的限制，一般比较适成形中小型、低熔点的金属成型件。第12页/共69页13D打印概述:从想象到现实1.23D打印的主要工艺（b）电子束熔融成形工艺（EBM－ElectronBeamMeltingProcess）原理：采用高能真空电子束作为成形热源，逐层熔融金属粉末成形。优缺点：EBM成形具有能量密度高（电子束的能量密度与激光相近）、成份纯净、质量好等优点，成形材料范围广，除了可成形常规材料，还可用于难熔化金属、化学性质活泼的金属以及异种金属。优缺点：EBM成形必须在真空环境中进行，需要X射线屏蔽措施。真空隔离的操作环境，虽然可以避免成形材料的污染与氧化，但不利于连续堆积成形过程的散热，容易导致熔融金属的过热流淌以及成形后零件的整体收缩变形，难以保证成形件的制造精度。第13页/共69页13D打印概述:从想象到现实1.23D打印的主要工艺（c）金属丝材熔焊成形工艺(WMW－MetalWireMeltingWelding)原理：成形过程与FDM类似，所不同的是所采用的成形材料是金属丝材，各种焊接工艺是其成形工艺基础。焊接堆积成形时，金属丝作为电弧的一个电极跟随焊炬一起运动，金属丝熔化后作为填充材料覆盖在基体表面上，通过控制焊炬和金属丝的运动轨迹，可得到需要的填充形状，如此层层堆积可获得三维成形金属件。优缺点：金属丝材熔焊设备结构简单，成本相对较低；成形材料需做成丝材，同时丝材焊炬之间的相对位置控制较困难，不利于曲面成形，成形过程中的电弧飞溅难以避免，成形件表面质量和成形精度不好。第14页/共69页13D打印概述:从想象到现实1.23D打印的主要工艺（d）激光直接金属堆积成形工艺（DMD－DirectMetalDeposition）原理：粉末在载气流的带动下，沿着与激光束同轴的环形圆锥喷嘴喷出，在空气中飞行一段时间后汇聚注入熔池；当激光束移开后，液态金属凝固、冷却，形成一定厚度的覆层，通过控制激光束的运行轨迹可以得到不同形状的覆层；通过单道熔覆、多道搭接、多层堆积，最终可得到一定形状的三维实体金属零件或仅需少量后续加工的近形件。优缺点：采用同轴送粉，更加接近自由成形。采用高功率激光器，可成形难熔、难加工金属零件。材料范围广，应用潜力大；工艺难度较高。第15页/共69页13D打印概述:从想象到现实1.33D打印的发展过程3D打印并非是新鲜的技术，这个思想起源于19世纪末的美国，并在20世纪80年代得以发展和推广。3D打印，过去在科研、教学或者制造领域被称为“快速成型技术”。3D打印”这个更为形象的叫法快速被大众接受和普及。上上个世纪的思想，上个世纪的技术，这个世纪的市场第16页/共69页13D打印概述:从想象到现实1.33D打印的发展过程全球3D打印发展情况

美国和欧洲在3D打印技术的研发及推广应用方面处于领先地位。美国是全球3D打印技术和应用的领导者，欧洲十分重视对3D打印技术的研发应用。除欧美外，其他国家也在不断加强3D打印技术的研发及应用。澳大利亚在2013年制定了金属3D打印技术路线；南非正在扶持基于激光的大型3D打印机器的开发；日本着力推动3D打印技术的推广应用；中国3D打印设计服务市场快速增长，已有几家企业利用3D打印制造技术生产设备和提供服务。据美国消费者电子协会最新发布的年度报告显示，随着汽车、航空航天、工业和医疗保健等领域市场需求的增加，3D打印服务的社会需求量将逐年增长，有望从2011年的17亿美元增长至2017年的50亿美元。第17页/共69页13D打印概述:从想象到现实1.33D打印的发展过程

美国是3D打印技术研发领先、实力最雄厚的国家。欧洲、日本的实力也不容小觑。进一步分析可知，美国作为3D打印领域的领头羊，其实力主要集中在大型的3D设计软件、3D扫描技术、基于熔融材料、粘结材料的成型技术等方面。此外,英国主要是基于Reprap开源项目的3D桌面打印技术。日本主要是基于气泡技术的三维打印机喷头的研究。第18页/共69页13D打印概述:从想象到现实1.33D打印的发展过程中国3D打印发展情况

3D打印在中国还处于初级阶段，从整个产业角度来看，由于缺少龙头企业的带动作用，政府暂时缺少针对性的扶植措施，整体产业体量还较小；另一方面中国制造业还处于粗放形式，各个环节对3D打印技术带来的冲击认识还不足，接受度较低。从发展情况来看，除军工行业和少数模具行业，3D打印至2013年为止仍停留在“高级玩具”阶段，并没有实现成熟的产业化。但是，各个区域都非常认可3D打印技术可能带来的改变，这些改变将如何影响现有生产、经济、社会模式是值得关注的问题。国内3D打印主要有清华大学、华中科技大学、西安交通大学、华南理工大学、北京航空航天大学等高校教授带领的科研团队。在他们的引领下，中国3D打印取得了一定的成效，不少3D打印联盟相继成立，3D打印企业也层出不穷，3D打印也能打印出无人驾驶小型飞机、文物、小零件、食物、自行车、小建筑等，令人耳目一新。第19页/共69页13D打印概述:从想象到现实1.33D打印的发展过程思考：为何3D打印这么火？第20页/共69页什么是3D扫描仪？

三维扫描仪(3Dscanner)是一种科学仪器，用来侦测并分析现实世界中物体或环境的形状(几何构造)与外观资料(如颜色、表面反照率等性质)。搜集到的资料常被用来进行三维重建计算，在虚拟世界中建立实际物体的数位模型。这些模型具有相当广泛的用途，举凡工业设计、瑕疵检测、逆向工程、机器人导引、地貌测量、医学资讯、生物资讯、刑事鉴定、数位文物典藏、电影制片、游戏创作素材等等都可见其应用。第21页/共69页统计数据显示，2011年，美国19个主要制造业部门中的11个相比2000年生产量有所下降，在全球高技术产品出口的市场占有率从21%下降到15%。鉴于美国制造业的下滑，2012年3月，奥巴马提出投资10亿美元，创建15个“美国国家制造业创新中心”计划(NNMI)，旨在重振美国制造业的竞争力，增加就业和投资。在2012年的美国国情咨文演讲上，奥巴马就曾经提到了：3D打印是逐渐实现将工作机会带回美国这一愿景的最佳切入点。第22页/共69页2012年8月16日，美国政府宣布出资3千万美元在俄亥俄州的扬斯敦建立了第一家制造业创新研究所———国家制造业创新中心(NAMII)，用以扶持美国制造业和鼓励企业在美国本土的投资，并支持3D打印技术的研发。美国白宫在当日的声明中表示，该研究所是由美国国防部、能源部及商务部等5家政府部门共同出资4500万美元；另由俄亥俄州、宾夕法尼亚州和西弗吉尼亚州的企业、学校和非营利性组织组成的联合团体出资4000万美元共同筹建的。白宫表示，建立这样的创新研究所将有助于高校、企业和政府部门形成合力发展尖端科技和培养制造业技能，并表示扬斯敦将凭借其在3D打印技术方面的领先地位逐渐成为新兴产业的中心。第23页/共69页奥巴马总统在国情咨文中谈到3D打印以及这项技术的重要性时指出：“制造业在经历了10多年就业人数不断减少之后，过去3年就业人数增加了50万。现在我们所能做的就是庆祝这一发展趋势。去年，我们在俄亥俄州扬斯敦成立了首个制造创新中心。一间曾经关闭的仓库现在成了一流的实验室，许多新人在这里研发3D打印技术，3D打印有可能革命化我们制造几乎所有产品的方式。这在其他地方也可实现。”奥巴马还宣布再成立3个这样制造中心，在这里企业将与美国国防部和能源部合作，把在全球化上落后的地区转变成全球高科技中心。美国时间2013年2月13日,美国总统奥巴马发表了美国国情咨文演讲，在演讲中再次提到3D打印技术，并称将再投资三个制造业中心，以推动这些新技术产业的发展。第24页/共69页奥巴马参观荷兰3D打印房屋项目2014年3月24日，美国总统奥巴马在荷兰参加53国领导人核安全峰会期间，在荷兰首相的陪同下参观了荷兰国立博物馆（Rijksmuseum），观看了当下正在进行的“3D打印运河房屋”

项目的一个全尺寸等比例模型。这是世界上第一个3D打印的房子，由阿姆斯特丹建筑公司DusArchitects负责建造。

第25页/共69页第26页/共69页第27页/共69页第28页/共69页美国不断加快发展3D打印技术的速度。位于美国田纳西州的橡树岭国家实验室(ORNL)正将数以千计的3D打印设备安置在学校中，为未来设计者和工程师提供经验和技术。该实验室已帮助当地高中开展首个机器人竞赛——包括建造首个全增材制造的机器人。年初，ORNL已在学校安置了250台设备，实验室计划2014年安置3000台设备，接下来是4000台，最终达到28000台，这样在首个机器人竞赛中的每个高中都有一台设备。

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寻求超越消费设备，橡树岭国家实验室正在推动增材制造在可打印的材料、部件的复杂性和规模方面的能力。该实验室尚未完成或许是目前最复杂的全增材设计：为海军研究办公室设计的一款具有两只手臂、中等浮力的水下机器人。液压和布线通道、气缸和活塞凸轮驱动关节所有这些都集成在打印的金属手臂内部。没有外部的管道或电线。拉乌称，“我们正在推动增材制造和机器人技术的结合。”第30页/共69页1.43D打印的优缺点1、优点一是最直接的好处就是节省材料，不用剔除边角料，提高材料利用率，通过摒弃生产线而降低了成本；二是能做到很高的精度和复杂程度，除了可以表现出外形曲线上的设计；三是不再需要传统的刀具、夹具和机床或任何模具，就能直接从计算机图形数据中生成任何形状的零件；四是它可以自动、快速、直接和精确地将计算机中的设计转化为模型，甚至直接制造零件或模具，从而有效的缩短产品研发周期；五是3D打印能在数小时内成形，它让设计人员和开发人员实现了从平面图到实体的飞跃；六是它能打印出组装好的产品，因此它大大降低了组装成本，它甚至可以挑战大规模生产方式。13D打印概述:从想象到现实第31页/共69页1.43D打印的优缺点2、缺点任何一个产品都应该具有功能性，而如今由于受材料等因素限制，通过3D打印制造出来的产品在实用性上要打一个问号。①强度问题：房子、车子固然能“打印”出来，但是否能抵挡得住风雨，是否能在路上顺利跑起来？②精度问题：由于分层制造存在“台阶效应”，每个层次虽然很薄，但在一定微观尺度下，仍会形成具有一定厚度的一级级“台阶”，如果需要制造的对象表面是圆弧形，那么就会造成精度上的偏差；③材料的局限性：目前供3D打印机使用的材料非常有限，无外乎石膏、无机粉料、光敏树脂、塑料等。能够应用于3D打印的材料还是很单一，以塑料为主，并且打印机对单一材料也非常挑剔。13D打印概述:从想象到现实第32页/共69页（1）安全隐患：前不久一个狂人的大胆想象用3D打印机去制造实践，着实让人大大捏了一把冷汗，枪械机件的数码模型十分容易传播的，也许一个.STL文件带上U盘就能让万能制造机吞吐出极具杀伤性武器，这一点真希望3D打印机不要那么万能啊。（2）盗版问题：万能的拷贝和万能的复制功能让靠智慧吃饭的人士再次担忧，从信息共享时代就吃尽苦头的创作人士找了好久才摸索到了盈利机制，如今3D来了，新形势下，人们再次将面临新的版权问题,也许利好电子钱包的发展－－因为彩色复印机解决不了的防伪问题，3D打印轻而易举就“打印”实现了。

3、隐患1.43D打印的优缺点及副作用13D打印概述:从想象到现实第33页/共69页3、隐患1.43D打印的优缺点及副作用13D打印概述:从想象到现实（3）资源消耗增加，环境问题：环境保护者要特别头痛了，在自由想像与创造欲望的驱动下，随心所欲地涂鸦将带来灾难性的后果，耗材厂商要乐了，而模型设计软件将分支出与结构优化与耗材压缩相关的数学模型，尽可能减少材料使用但能强化结构。（4）道德与伦理：2D平面时代，偷拍、艳照已经足够令人恐慌，如今3D时代来临，在港产3D情欲影片的引领下，人们更应当做好屏蔽与自我保护，偷透扫、偷拍、平面照片直接转为3D等高科技的民用化将让人们防不胜防－－透视扫描一个人体简直就是秒杀，这不，前阶段机场透视安检引起的个人隐私问题已招人反对，应当忧虑。

第34页/共69页3、隐患1.43D打印的优缺点及副作用13D打印概述:从想象到现实

（5）怪异变造人或人造人出现：医学上往有益应用，比如像医学修复、整形，骨植、义肢等等无疑能帮助人们摆脱疾病与残疾的困扰。但邪恶的想象一定会让人类生出恶魔的翅膀，打印出零件组合成功能模块，结合核心驱动或智能芯片，钢铁侠绝不会是科幻影片主角。（6）打印食品，是更加可口富于营养还是破坏口味，这是萝卜青菜各有所需的问题，反正大多数人是不会选择吃打印成蟑螂、老鼠的美味食品。

第35页/共69页3、隐患1.43D打印的优缺点及副作用13D打印概述:从想象到现实（7）白领痛恨的杀手“打卡机”将扫进历史垃圾，无论是掌纹、虹膜、眼底还是面部识别都将被3D打印这只“利矛”逐一破解。（8）艺术品收藏：3D打印让文物制造者有了更好的工具。举例说：油画耗材的出现，只要做油画表面的精细扫描，轻易就能一比一打印出一件艺术品。第36页/共69页13D打印概述:从想象到现实1.53D打印的应用

(1)航空、航天行业(2)汽车设计、制造行业(3)食品行业(4)珠宝首饰行业(5)高精密脱蜡铸造行业(6)产品外观造型设计行业(7)零部件小批量生产行业(8)生物、医疗行业(9)建筑行业第37页/共69页3D打印应用广泛医疗行业最近，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。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。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。建筑设计在建筑业里，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。第38页/共69页3D打印应用广泛制造业制造业也需要很多3D打印产品，因为3D打印无论是在成本、速度和精确度上都要比传统制造好很多。而3D打印技术本身非常适合大规模生产，所以制造业利用3D技术能带来很多好处，甚至连质量控制都不再是个问题。食品产业没错，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倍。汽车制造不是说你的车是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。饰品/工艺品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39页/共69页①3D打印机打印出的无人飞机据国外媒体报道，3D打印机曾用于制造一些机械零部件和小玩具，但是在2012年，美国弗吉尼亚大学工程系的研究人员采用最新的3D打印技术制造了一架无人飞机，机翼宽6.5英尺（约合1.9米），巡航时速达到45英里（约合72千米）。这个飞机是由美国弗吉尼亚大学工程系学生研制的，它的机翼宽6.5英尺，是由打印零件装配构成。2012年8月和9月初，研究小组在弗吉尼亚州米尔顿机场附近进行了4次飞行测试，这是迄今第三架用于建造飞行的3D打印飞机，巡航速度可达到45英里/小时。美国弗吉尼亚大学工程师大卫-舍弗尔称，3D打印技术现已证实是应用于教导学生的一种宝贵工具。据悉，他和工程系学生史蒂芬-伊丝特和乔纳森-图曼共同建造这架3D飞机。舍弗尔称，2007年为了设计建造一个塑料涡轮风扇发动机需要两年时间，成本大约25万美元。但是使用3D技术，我们设计和建造这架3D飞机仅用4个月时间，成本大约2000美元。这将创建一个前所未有的飞行教学平台。(1)航空、航天行业第40页/共69页②飞机零部件美国AeroMet公司的主攻方向是军事和商业领域内航空钛合金结构零件的激光近形制造，并开展了快速制作和零件修复的商业服务。在研究中他们更多的考虑了粉末堆积的速率问题。采用了大功率的CO2激光器（14kW和18kW，而Sandia国家实验室的YAG激光器仅为700W），并且其惰性气体保护箱的尺寸达到了能够制造实用零件的程度（实际使用的已经达3m×3m×1.2m）。(1)航空、航天行业通过这些改进，该公司的制造效率有了明显的提高，其单层沉积厚度达4mm，单道沉积宽度达13mm。由于堆积速率的提高，使该公司采用这一技术进行较大体积零件的制造成为可能，产品达到近终形，且成分和性能已经达到ASTM标准。当然，成形速率的提高必然使得成形零件的精度和表面粗糙度降低，因此该公司所制造的零件通常需要进行最终机加工。第41页/共69页②飞机零部件为了进一步提高生产效率，AeroMet公司新安装了一套工作空间为12m×12m×4m，激光功率达30kW的成形系统。目前已经能够整体制造5~6米的钛合金复杂薄壁件。下图b是AeroMet公司采用该技术制造的一些零件，包括法兰盘、飞机骨架中的一些结构件等。下图是激光近净成形的双发战机后机身隔框（可能是F-35飞机的）。(1)航空、航天行业第42页/共69页世界首款3D打印汽车面世

世界上第一款3D打印汽车面世，这次不是玩具，而是真正能开上马路的汽车。据《连线》杂志报道，Urbee2是一款三轮的混合动力汽车，它的所有零部件都是3D打印出来的。正如Makerbot和Form1正在重新定义制造业，Urbee正在致力于改变我们制造汽车的方式。这款汽车是JimKor和他的KorEcologic团队头脑风暴的产物，他们一直专注于研究未来的3D交通工具。他们在网站上展示了对于未来汽车的构想：“用最少的能耗开最远的路程；把生产、使用、回收过程的污染降到最低；尽可能用汽车产地附近的原材料生产汽车”。传统的汽车制造是生产出各部分然后再组装到一起，3D打印机能打印出单个的、一体式的汽车车身，再将其他部件填充进去。据称新版本3D汽车需要50个零部件左右，而一辆标准设计的汽车需要成百上千的零部件。Urbee的原型使用了abs塑料的"熔融沉积建模方法。车辆由大块和许多个小块组成。根据thewire的报道，544公斤的车辆花费了大约2500个小时来打印，原型车的造价约为5万美金。(2)汽车制造业第43页/共69页英国埃克塞特大学研究人员，去年推出世界首台3D巧克力打印机。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倍。(3)食品行业第44页/共69页个性化，珠宝加工自是对此类需求最为迫切的行业之一，而3D打印所具备的优势正好可以平衡消费者需求与加工成本之间的矛盾–加工成本与造型复杂程度完全无关。事实上在Shapeways上就有大量的设计师们对珠宝类目情有独钟(事实上最早加入的成员就已开始利用3D打印制造首饰)。（4）珠宝首饰行业第45页/共69页（4）珠宝首饰行业A.超高精度应用（蜡模）B.高精度应用（树脂模）第46页/共69页(5)超高精密铸造行业此类产品应用在脱蜡铸造行业，精度超高（0.025mm-0.05mm）,实现不开模具就可得到蜡模，节省了开模工序和费用，为争取订单获得更多机会。第47页/共69页(6)产品外观造型设计行业第48页/共69页（7）零部件小批量生产行业——玩具、工业产品应用第49页/共69页(8)生物、医疗行业医用第50页/共69页①骨骼3D打印技术美国研究人员利用3D打印机开发骨骼打印技术，造出类似骨骼的材料。研究人员说，它可被用于骨科、牙科治疗或开发治疗骨质疏松症药物。华盛顿州立大学苏斯米塔·博斯带领研究小组，耗费4年时间开发类骨骼物质。他们发现，在生物陶瓷粉主要成分磷酸钙中添加硅和氧化锌可以使其强度提升一倍。磷酸钙生物陶瓷材料是整形外科领域一类重要的骨修复材料，可模拟人体自然骨结构，适宜细胞和骨组织的长入。研究人员使用一部先前用于打印金属材料的3D打印机制造类骨骼物质。它在粉末层上喷出塑料黏合剂，粉末层厚度仅为一根头发丝宽度的一半。粉末层层叠加，干燥后达到要求的支架厚度，然后在1250摄氏度下烘烤2小时。实验室环境下的未成熟骨细胞生长测试显示，支架上的骨细胞在移植一周内开始生长。在兔子和老鼠身上的活体实验同样得到可喜效果。研究人员说，这种类骨骼物质可被添加到受损自然骨上，当作支架材料，促使细胞和骨组织生长，而且这种类骨骼物质可最终降解，没有“明显负面效果”。他们说，数年后，医生可利用这一技术定做更换骨组织。(8)生物、医疗行业医用第51页/共69页据英国媒体报道，英国研究人员首次用3D打印机打印出胚胎干细胞，干细胞鲜活且保有发展为其他类型细胞能力。研究人员说，这种技术或可制造人体组织以测试药物，制造器官，乃至直接在人体内打印细胞。(8)生物、医疗行业医用研究人员在5日出版的《生物制造》杂志发表论文说，检测结果显示，打印24小时后，95%以上细胞仍然存活，打印过程未杀死细胞；打印3天后，超过89%细胞存活，而且仍然维持多能性，即分化出多种细胞组织的潜能。胚胎干细胞3D打印机配备两个“生物墨盒”，一个装着浸在细胞培养基中的人体胚胎干细胞，另一个只有培养基。计算机控制微调阀喷出“墨水”，速度可通过改变喷口直径实现精确控制。打印机上有显微镜显示细胞打印情况。两种“墨水”一层一层间隔喷洒，形成不同浓度细胞飞沫，最小飞沫体积仅2纳升，包含大约5个细胞。飞沫被喷入有诸多凹孔的培养皿中，翻转培养皿，飞沫形成悬液，在各凹孔内“抱成团”。打印机可精确控制飞沫大小，使干细胞达到分化最佳状态。②3D打印胚胎干细胞第52页/共69页新科学家报道，科学家最近利用3D打印技术打印了第一份真实人类的心脏。该心脏样本是由塑料制成，是患有不寻常并发症病人的心脏的精确解剖副本。美国华盛顿国家儿童医学中心的儿科心脏病专家劳拉·奥利弗瑞（LauraOlivieri）手中握着的正是3D打印的人类心脏，该3D打印机耗费了25万美元。劳拉表示心脏副本对于练习复杂手术来说是非常理想的对象，它使得手术外科医生能够看清他们要进行手术的精确解剖情景。想要打印3D心脏，必须先输入单个病人计算机控制x线体层扫描术或超声波扫描获得的二维数据，这使得打印机能够逐层建立复制样本层。医院正在制定欲采用3D打印技术的早期计划。近期美国纽约康奈尔大学的研究学者3D打印了一只人工耳朵，并向其植入了来自奶牛的细胞进行培育。此外，还有研究人员获得了世界上第一个3D打印的迷你人类肝脏。(8)生物、医疗行业医用③3D打印第一颗人类心脏第53页/共69页④打印人工耳北京时间2013年2月21日报道，美国康奈尔大学和威尔·康奈尔医学院的研究人员合作，利用三维（3D）打印技术和含有牛耳活细胞的凝胶造出一种新型人工耳，无论在外观还是功能上，均可与真耳相媲美。相关论文在线发表于2月20日出版的《PLOSONE》上。研究人员表示，通常的人工耳材料密度和泡沫聚苯乙烯差不多，质感与真耳相差较大；如果用病人的肋骨组织以手术方式重塑外耳，不仅难度大，还给病人带来很大痛苦，因此很难制成既美观又实用的人造耳。为造出这种生物工程耳，研究人员先用快速旋转3D相机拍摄数名儿童耳朵信息，输入计算机形成3D图像，然后按照图像用3D打印机打出一个固体模子，并在其中注入一种高密度胶原蛋白凝胶，其中含有能生成软骨的牛耳细胞。此后数周内，软骨逐渐增多并取代凝胶，3个月后软骨会形成柔韧的外耳，替代最初用于塑形的胶原蛋白支架。(8)生物、医疗行业医用第54页/共69页⑤打印头骨2013年2月9日报道，美国的一家医院完成了一项非常大胆的手术：使用3D打印出人的头骨，来替代患者原本高达75%已受损骨骼。这次手术在本周早些时候顺利完成，使用了康涅狄格州牛津性能材料公司提供的原材料，至2013年2月为止，患者的病情已稳定。(8)生物、医疗行业医用第55页/共69页⑥3D打印类生物组织材料英国研究人员2013年4月4日在《科学》杂志上发表报告说，他们利用特制3D打印机打印出类似生物组织的材料，这一成果将来有望应用在医疗领域。这篇报告由英国牛津大学的黑根·贝利教授及其同事联名发表。据介绍，他们利用3D打印机分层次喷出大量被脂类薄膜包裹的液滴，这些液滴形成网状结构，构成特殊的新材料。研究人员说，这样打印出来的材料其质地与大脑和脂肪组织相似，可做出类似肌肉样活动的折叠动作，且具备像神经元那样工作的通信网络结构，可用于修复或增强衰竭的器官。由于这是合成材料，因此它还可避免一些用干细胞等方式制造活体组织而引发的问题。研究人员还说，常规的3D打印机无法打印这种新材料，实验中他们使用的是一种特制3D打印机，至2013年4月为止，这种打印机喷出的液滴直径约50微米，有5个活体细胞那么大，但相信将来能够将液滴尺寸缩小。(8)生物、医疗行业医用第56页/共69页（9）建筑模型制作应用第57页/共69页①D打印建筑荷兰阿姆斯特丹建筑大学的建筑设计师JanjaapRuijssenaars最近设计了全球第一座3D打印建筑物“LandscapeHouse”，而且特别模拟了奇特的莫比乌斯环。莫比乌斯环(Mbiusstrip/Mbiusband)，是一种拓扑学结构，只有一个面(表面)和一个边界，由德国数学家、天文学家莫比乌斯和约翰·李斯丁1858年独立发现。它可以用一个纸带旋转半圈再把两端粘上之后轻而易举地制作出来，本身具有很多奇妙的性质。Ruijssenaars和数学家、艺术家RinusRoelofs共同设计了这个项目，将会利用3D打印机逐块打印出来，每一块的尺寸都达到了6×9米，然后拼接成一个整体建筑，预计需要耗时一年半才能完成。

（9）建筑行业的应用第58页/共69页①D打印建筑

和打印一般小东西不同，这次需要用到的3D打印机也十分庞大，是由意大利发明家EnricoDini设计出来的“D-Shape”，可以使用砂砾层、无机粘结剂打印出一幢两层小楼。尽管如此强大，让它打印一座庞大的建筑也太难了，Dini因此建议只用它打印整体结构，外部则使用钢纤维混凝土来填充。

Ruijssenaars打算带着这个项目参加欧洲大赛Europan。这项赛事在欧洲十五个国家每两年举办一次，主要面向年轻的立体设计师，并为他们准备50个真实的场地来实现构想。（9）建筑行业应用第59页/共69页②3D打印房屋据国外媒体报道，英国伦敦的一家建筑企业SoftkillDesign率先提出了3D打印房屋的新概念——原材料来自塑料，外观像蜘蛛网。该企业表示，如果市场接受这种新概念3D打印房屋，今年夏天或可建造出首个实体房屋。设计成员之一的吉尔·瑞特森表示，这项发明不仅对房屋建筑行业是一场革新，甚至还有望解决英国的住房危机。按照发明者的设计：将所有的组件制造好，需要三个星期的时间，装配起来则仅需一天的功夫。这种房屋将用维可牢尼龙搭扣或类似按钮的紧固件固定在一起，而这些在传统建筑技术中则不需要。（9）建筑行业应用第60页/共69页1.63D打印的发展趋势13D打印概述:从想象到现实今后3D打印领域值得关注的十大趋势：(1)3D打印成为工业化力量3D打印原先只能用于制造产品原型以及玩具，而在2013年它将成为工业化力量。你乘坐的飞机将使用3D打印制造的零部件，这些零部件能够让飞机变得更轻、更省油。事实上，一些3D打印的零部件已经被应用于飞机上。该技术也将被国防、汽车等工业应用于特种零部件的直接制造。总之，在你不知不觉的情况下，通过3D打印制造的飞机、汽车乃至家电的零部件数量将越来越多。(2)3D打印开始治病救人通过3D打印制造的医疗植入物将提高你身边一些人的生活质量，因为3D打印产品可以根据确切体型匹配定制，如今这种技术已被应用于制造更好的钛质骨植入物、义肢以及矫正设备。打印制造软组织的实验已在进行当中，很快通过3D打印制造的血管和动脉就有可能应用于手术之中。至2013年为止，3D打印技术在医疗应用方面的研究涉及纳米医学、制药乃至器官打印。做最理想的情况是，3D打印技术在未来某一天有可能使定制药物成为现实，并缓解（如果不能消除的话）器官供体短缺的问题。第61页/共69页1.63D打印的发展趋势13D打印概述:从想象到现实（3）定制化成为常态今后购买的产品将根据自己确切的具体信息进行定制，该产品通过3D打印制造并直接送到你的家门口。通过3D打印技术，创新公司将凭借与竞争对手的标准化产品相同的价格为用户提供定制化体验，以此获得竞争优势。起初，这种体验可能包括制造定制智能手机外壳这样的新奇物品或是为标准化工具进行符合人体工程学的改造，但它很快就会扩张到新的市场。公司领导者将对销售、分销以及营销渠道进行调整，以充分利用其直接向消费者提供定制化体验的能力。定制化同样也将在医疗器械领域发挥重要作用，比如通过3