逆向建模与产品创新设计刘永利课后参考答案

逆向建模与产品创新设计课后参考答案请同学们根据自己对3D打印的理解，分组讨论以下问题：可以从哪些方面入手，了解增材制造技术。同学们之间相互提出3D打印技术相关的话题。3D打印技术有什么用？从身边的实例讲解3D打印的作用、看到的相关的新闻报道、一些生产企业的介绍等。在学习增材造技术的过程中，准备采用什么样的学习方法？搜索相关资料、进行比较、归纳，认真完成实训课程内容等。1.增材制造方法与传统制造方法有什么区别?与传统的两种制造方法相比，通过CAD软件设计三维打印，并将模型分割成切片，获得各层接口的二维轮廓信息，然后由打印机逐层打印成形的制造模式。3D打印不需要传统的工具夹具和多重处理程序，相对于传统的、对原材料去除切削、组装的加工模式不同，是一种“自下而上”通过材料累加的制造方法，产品结构越复杂，制造速度越快。2.增材制造方法与传统制造方法有什么联系?两者之间的关系是相辅相成、相互补充、密不可分的。增材制造技术主要是制造样品，也就是将设计者的设计思想、设计模型迅速转化为实实在在的、看得见、摸得着的三维实体样件。增材制造技术不需要传统的刀具、夹具及多道加工工序，利用三维设计数据在一台设备上可快速而精确地制造出任意复杂形状的零件，从而实现“自由制造”，解决许多过去难以制造的复杂结构零件的成形，并大大减少了加工工序，缩短了加工周期。3.简述增材制造成形过程可以分为哪几个步骤?增材制造过程主要分为四个步骤：步骤1：使用CAD软件设计模型；步骤2：预处理；步骤3：打印；步骤4：后期加工。4.增材制造技术有什么作用?首先，它可以打印几乎任何三维形状，使设计者能够自由地创造出比传统替代品性能更好或成本更低的零件。其次，由于不需要模具或固定工具，机器生产的每个零件都可以是独一无二的，为大规模定制进行试制。消除了耗时的工具制造和加工操作，加快了产品开发和生产，缩短了上市时间。最后，增材制造可以简化产品的维护和支持工作，通过从数字文件中按需生产零件，可以减少对备件库存的需求。1.2请同学们根据自己对3D打印的理解，分组讨论以下问题：讨论在什么样的情况下，人们产生了3D打印的想法？19世纪中期的照相雕塑(Photosculpture)技术、地貌成形(Topography)技术。3D打印技术发展过程中，大家认为可从哪些方面进行突破？设备、工艺、材料等方面。如何能做到尽快普及3D打印？工艺简单、打印的材料方便获得、设备价格低廉。1.3D打印的发展有哪几个阶段?诞生阶段、发展应用阶段。2.3D打印技术快速发展的原因有哪些?（1）全国对3D打印技术的认可，注重研发。（2）逐渐丰富打印材料种类，推动3D打印机应用范围扩大。（3）汽车、电子、航天、医疗、制鞋等行业为了加快产品开发、改进产品性能、提高用户需求响应速度，积极探索3D打印技术在工业生产中的应用。（4）实施3D打印技术普及教育。3.3D打印技术发展的滞碍因素有哪些?(1)技术限制；(2)材料限制；(3)机器限制；(4)效率问题；(5)知识产权问题；(6)道德的挑战；(7)费用高昂。4.简述国内外3D打印发展历史。国外3D打印技术的发展：1892年到1988年属于初期阶段，1988年到1990年属于快速原型技术阶段，1990年到现在为直接增材制造阶段。国内3D打印技术的发展：自20世纪90年代初，3D打印的概念开始在中国兴起，在国家科技部等多部门持续支持下，清华大学、北京航空航天大学、华中科技大学、西安交通大学、西北工业大学等高校成为国内3D打印技术的重要科研基地，在典型的成形设备、软件、材料等方面研究和产业化方面获得了重大进展。进入21世纪后，3D打印技术逐渐被大众所接受。我国研发出了一批增材制造装备,在典型成形设备、软件、材料等方面研究和产业化方面获得了重大进展，初步实现设备产业化，接近国外产品水平，改变了该类设备早期仰赖进口的局面。1.3请同学们根据自己对3D打印的理解，分组讨论以下问题：三维实体和二维平面有什么关系?三维实体模型可转为二维平面图，二维平面图可用来表示三维实体模型。“离散/堆积成形”的成形思想是指什么?离散/堆积成形是从零件的CAD实体模型出发，通过软件分层离散和数控成形系统，用层层加工的方法将成形材料堆积而形成实体零件。它是一种从“0”到“1”的加工过程。由于它把复杂的三维制造转化为一系列的维制造，

甚至是单维制造，

因而可以在不用任何夹具和工具的条件下制造任意形状的零部件，极大地提高了生产效率和制造柔性。讨论下身边有哪些物品可以采用3D打印技术进行生产?月球灯、手机壳、笔筒、杯子等1.3D实物的成形方法有哪几类?（1）受迫成形、（2）去除成形、（3）离散/堆积成形、（4）生长成形。2.解释下3D打印技术的原理是什么?3D打印技术是基于“离散/堆积成形”的成形思想，用层层加工的方法将成形材料“堆积”而形成实体零件，也称为“快速成形技术”或“叠加制造技术”。从原理上来说，3D打印需要通过计算机辅助设计(CAD)或计算机动画建模软件建模，再将建成的三维模型“切片”成逐层的截面数据，并把这些信息传送到3D打印机上，3D打印机会把这些切片堆叠起来，直到一个固态物体成形。3.3D打印的过程有哪些步骤?1.CAD设计；2.格式转换和文件处理；3.打印；4.打印件取出；5.后处理过程。4.3D打印技术有哪些类型?FDM、LOM、SLS、SLA、3DP1.4你觉得哪些材料可用于3D打印?树脂、金属、陶瓷等你认为3D打印材料应具有哪些性能?价格低廉、对环境无污染，具有良好的打印性能，满足产品对强度、刚度、耐潮湿性、热稳定性能等的要求，具有强度、刚度、耐温性、抗蚀性能等相关要求。你最想用哪一种3D打印材料来生产什么样的产品?生产儿童玩具、航空航天模型、教学模型。1.3D打印材料如何分类?（1）按成形和工艺实现方法分类；（2）按材料形态分类；（3）按材料的物理状态分类；（4）按照材料的化学性能分类。2.常见3D打印材料和特殊3D打印材料分别有哪些?常见3D打印材料：（1）

ABS塑料；（2）

PLA塑料；（3）亚克力材料；（4）尼龙；（5）树脂；（6）玻璃；（7）陶瓷；（8）金属—金、银和钛金属；（9）金属—不锈钢。特殊3D打印材料：（1）人造骨粉；（2）巧克力等食品级原料；（3）生物细胞。3.对3D打印材料有哪些要求?（1）开发满足不同用途要求的多品种3D打印材料，如直接成形金属件的3D打印材料和医用的、具有生物活性的3D打印材料等。（2）建立材料的性能数据库，开发性能更加优越、无污染的3D打印材料。（3）利用计算机对材料的成形过程和成形性能进行模拟、分析。（4）应该有利于后续处理工艺。4.3D打印材料面临有哪些问题?目前在工业级打印材料方面存在的问题主要是：（1）可使用的材料的成熟度跟不上3D市场的发展。（2）打印流畅性不足。（3）材料强度不够。（4）材料对人体的安全性和对环境友好性的矛盾。（5）材料标准化及系列化规范的制定。2.1什么是几何模型？什么是几何建模?几何模型是把三维实体的几何形状及其属性用合适的数据结构进行描述和存储，供计算机进行信息转换与处理的数据模型,包含了三维形体的几何信息、拓扑信息以及其他属性的数据。几何建模就是形体的描述和表达，是建立在几何信息和拓扑信息基础的建模。实体模型有哪些表示方法？实体模型将表现规则应用于第一模型，以生成表现模型，根据所述第一模型创建其模型实体，从所述第一模型中读取模型内容，并从所述表现模型中读取表现数据，以及将所读取的模型内容和表现数据应用于所述模型实体。实体模型是一个三维的三角网数据。通常定义实体模型是在三角形所确定三个数据点数据的基础上，由一组通过空间位置，在不同平面内的线相互连接而成的。实体模型是建立三维模型的基础。例如：一个实体模型可能是通过周围穿过实体的剖面线形成的。实体模型是由线串上包含的点形成的一系列的三角形创建的。这些三角形在平面视角上可能是重叠的，但是三维中认为是不重叠或是相交的。在实体模型中的三角形是一个完全封闭的结构。利用实体内部的联系和实体间的联系来描述客观事物及其联系，称实体模型。特征建模有哪些方法？各有什么特点？特征建模是建立在CAD/CAPP/CAM集成提供的理论基础上，通过一定的方法高层次的对几何形体上的凹腔、孔、槽等的集成描述。方法包括包装方法,过滤方法,嵌入方法。1.三维建模有什么应用?（1）工业领域；（2）建筑领域、景观场景；（3）室内设计；（4）动画影视；（5）游戏美术2.在机械行业，常用的三维建模软件有哪些？常用软件：UG、Pro/E、、3DSMAX、Solidworks等3.什么是逆向建模？逆向建模有什么应用？对已有产品（样品或模型）进行三维扫描或自动测量，再由计算机生成三维模型。逆向建模的应用领域有：（1）给定产品样品，如家电的外壳、铸件等，采用逆向工程的手段，获取三维CAD模型、绘制产品图纸，完成产品的数榨编程及樟具设计。（2）先用石膏等造型材料，按一定比例设计出产品的外形，然后，采用逆向设计的手段，获取其三维CAD模型。（3）测量产品的三维点云，与CAD模型进行比较，分析产品的制造误差，即产品检测。2.2你觉得什么样的文件可以用于3D打印?3D打印设备可以识别的文件你认为STL文件有什么样的特点?优点：生成简单，数据文件广泛，具有简单的分层算法，模型易于分割。缺点：近似性，数据的冗余，信息缺乏，精度损失，错误和缺陷。你认为STL文件常见的错误有哪些?（1）出现违反共顶点规则的三角形。（2）出现违反取向规则的三角形。（3）出现错误的裂缝或孔洞。（4）三角形过多或过少。（5）微小特征遗漏或出错。1.什么是STL文件?STL文件的精度取决于什么?STL文件格式是由3DSYSTEM公司于1988年制定的一个接口协议，是一种为快速原型制造技术服务的三维图形文件格式。它将实体表面离散化为大量的三角形面片，依靠这些三角形面片来逼近理想的三维实体模型。2.STL文件的基本规则有哪些?（1）取向规则；（2）共顶点规则；（3）取值规则；（4）合法实体规则。3.STL格式转换常见的有哪些软件?常见的软件有3DTransVidia、TransMagic、CADfix等。4.在实际快速原型制作过程中，如果所要制作的原型尺寸过大，应该怎么处理？在实际快速原型制作过程中，若原型尺寸相对于快速成型系统台面尺寸过大、过复杂无法去除支撑或过小，就必须对STL模型进行分割处理或拼接处理。2.3什么是3D切片软件？它能做什么？3d打印切片就是对三维模型数据处理过程的简称。3D打印机配套的有一个切片软件，这个切片软件就是对要打印的三维模型文件进行打印参数设置的软件。参数设置好后，选择视图中的切片按钮，这个软件就可以自动计算数据，最终获得3D打印机可以识别的一种G代码文件。这个文件传输给3D打印机就可以打印了。常见的3D切片软件有哪些？优缺点？（1）Curacura是目前市场上使用最广泛的开源切片软件，这是一款中文的3D打印切片软件。cura是Ultimaker公司的产品，刚开始主要为自己的产品配套使用，就是著名的UM系列的3D打印机，后来逐渐开源了该切片软件。cura具有快速的切片功能,具有跨平台、开源、使用简单等优点,能够自动进行模型准备，模型切片。（2）S3dS3d全称是Simplify3D(3d打印切片软件)是一款强大的3d打印切片软件，被称为切片之王。如果你需要研究性的切片打印的话，Simplify3D绝对是你最好的选择，开发优质3D打印软件，受到世界各地创新者、工程师和专业用户的青睐。强大的，全合一的软件应用程序简化了3D打印的过程，同时提供了强大的定制工具，使用户能够在3D打印机上获得更高质量的结果。该软件支持数百个3D打印机品牌，并可通过广泛的行业合作伙伴名单在全球范围内使用。它已经与30多个国家的3D打印公司合作，以确保该软件与最新的3D打印硬件兼容。（3）RepetierHost这款软件使用便捷，易于设置，具有手动调试，模型切片等一系列功能。这款软件非常适合创客发烧友使用，更方便、更廉价，更适合手动调整。很多自己组装3D打印的发烧友都在用这款软件，尤其是在没有显示屏的设备上，用这款软件绝对是最好的。3D打印文件常用哪几种格式？.STLSTL是STereoLithography的缩写。它是3D打印中最常用的文件格式，因为您可以通过许多CAD软件和打印系统导出它。这些文件只有一种颜色，因此不适合多色打印机型号。.OBJ在.STL之后，.OBJ是领先的3D打印文件格式。它包含不同的信息，如颜色、温度、纹理等。与STL文件不同，它可以存储多色信息。许多3D打印机和3D软件都支持.stl和.obj文件格式.gcode.gcode，也称为.g或.gco，是一种文件格式，其中存储了G代码指令。切片程序用于创建它。这些程序将CAD模型转换为您的3D打印机可以理解的G代码。.3MF3MF(3DManufacturingFormat的缩写)最早由微软于2015年创建。当时，他们的目标是在使用Windows10时简化打印过程。它是一种基于XML的数据格式，也是开源的。与.STL相比，.3MF存储了3D模型的更多方面(颜色、纹理、材料等)。.VRMLVRML代表虚拟现实建模语言。与STL相比，它是最新的文件格式形式。它一次只能存储一个UV颜色模型，这使其适用于彩色3D模型。它不如STL流行，但它提供了与颜色相关的信息，这使得它在处理彩色模型时更加有用。1.你们学校用哪一种或哪几种切片软件？cura切片软件，这款软件是目前市场上使用最广泛的开源切片软件，是一款中文的3D打印切片软件。2.你知道每个参数的含义吗？（1）Quality（质量）；（2）Fill(填充）；（3）Speedandtemperature(速度和温度)；（4）Support(支撑）等。3.如何通过合理设置参数来提高打印质量？（1）通过软件对STL文件进行修复。（2）选择合适的工艺参数，包括层厚、补偿、挤压速度、填充速度、开关延迟、喷嘴温度、成型室温等。（3）增加基底厚度，增加填充间隔，可降低物体弯曲变形程度。（4）保持平台清洁，校准Z轴印刷的初始高度。2.4你认为3D打印进行到这里就彻底结束了么？如果不是，还需要进行哪些工作？打印结束后，（1）打磨抛光；（2）精细上色；（3）喷漆；（4）化学处理；（5）粘合。试着复述一遍3D打印机的操作过程，其他同学进行补充与修正。打印机底板调平；打印机预热；开始打印；打印结束。你认为在打印过程中哪个步骤是最关键的？打印机底板调平。1.不同的打印机，操作方法也不同，你们的打印机如何操作？打印机底板调平；打印机预热；开始打印；打印结束。2.打印过程中，如何提高打印质量和成功率？（1）在水平校准中一定要让喷头无论在哪几个点都要保持首层距离相等，这样打印出来的模型才会更完美。（2）用户可以设置平台温度，不同的材料设置相应的底板温度即可。例如PLA材料建议60度平台温度。（3）在切片软件中设置首层高度。例如：如果你的打印精度是0.1mm，那么建议首层打印高度调整到0.2mm或者0.25mm高度，这样喷头出料量会增加，也会弥补水平校准的首层喷头和平台距离的过大的问题。3.打印结束，如何进行后处理？后处理内容有哪些？（1）碾磨；（2）表面喷砂处理；（3）有机化学处理;（4）震动抛光。3.1如何利用熔融沉积成形技术才能打印出符合设计要求的产品呢？关键是设置好打印喷头的移动速度和热塑性材料加热到熔融状态时的温度。打印喷头的移动速度与丝状热塑性材料的挤出速度相互配合，若速度过快则材料拉伸尺寸变小，过慢则材料堆积尺寸变大。如果热塑性材料温度过低，打印喷头容易被堵住，无法正常顺利挤出丝状材料，造成打印断续甚至打印停滞；如果热塑性材料温度过高，丝状材料在挤出时直径变小，冷却凝固时间变长，造成产品变形。因此要通过实践合理设置打印喷头的移动速度和热塑性材料加热到熔融状态时的温度。1．什么是熔融沉积快速成形技术？它的原理是什么？FDM工艺是一种将各种热熔性的丝状材料（PLA、ABS等）加热熔化，在计算机控制下逐层堆积成形的工艺方法，又称为熔丝沉积制造。其工作原理是，丝状的热塑性材料通过加热棒加热到熔融状态，从打印喷头底部的喷头中挤出，打印喷头按照控制系统指令沿着零件截面轮廓轨迹运动，将熔融状态的材料按照自动生成的路径选择性地涂覆在工作台上，迅速冷却后形成截面轮廓，当前层成形后，工作台下降特定高度再进行下一层的涂覆，材料按照分层数据逐层堆积形成三维产品。2．熔融沉积快速成形技术的优缺点有哪些？1）FDM工艺原理简单，操作容易实现，有利于该工艺3D打印设备实现小型化和便携化。2）FDM工艺设备不需要激光器、扫描振镜等昂贵部件，设备费用低。另外原材料的利用效率高且没有毒气或化学物质的污染，使得成形成本大大降低。3）后处理过程比较简单。FDM所采用的支撑结构很容易去除，尤其是模型的变形比较微小，原型制件的支撑结构只需要经过简单的剥离就能直接使用。4）成形材料种类很多、来源广泛，主要有PLA、ABS、石蜡、铸蜡、尼龙、人造橡胶等熔点较低的材料及低熔点金属、陶瓷等丝材，成本相对较低。缺点：打印喷头的速度和成形速度慢，效率低，不适合构建大型零件。打印后的模型尺寸精度较低。成形制件在厚度方向上的结构强度较弱，需要设计和制作支撑结构。喷头容易发生堵塞，不便维护。3．如何利用熔融沉积成形技术打印出符合设计要求的产品呢？根据需要通过CAD软件设计出需要打印的模型，然后利用切片软件对模型进行处理，在对打印机操作前，先要通过切片软件对层高、壁厚、填充密度、打印速度、喷头温度、支撑类型等参数进行设置，生成分层打印路径，将模型切片后，保存到SD卡里。3.2请同学们根据自己对3D打印的理解，分组讨论以下问题：SLA技术与其他打印技术有什么显著特点呢？1.精度高、表面光滑、可制作大尺寸产品；2.刚性较好、锐角极好、收缩小；3.表面细节极佳，极具质感，制作速度较快；4.树脂种类繁多（白色，半透明、全透明、高韧性等）以满足各种性能需求。5.快速加工高精度、高表面质量、多细节手板样件，可用于汽车模具，医疗生物，消费电子、游戏动漫、建筑设计、雕塑造型、家居装饰等领域概念模型、一般部件、外观验证、装配校核，某些情况下可用于功能测试。6.针对特殊要求有相应的特性材料，比如耐热树脂、全透明树脂。7.SLA光固化成型法是最早出现的快速原型制造工艺，成熟度高，经过时间的检验。8.由CAD数字模型直接制成原型，加工速度快，产品生产周期短，无需切削工具与模具。9.加工结构外形复杂或使用传统手段难于成型的原型和模具。1.什么是光固化快速成形技术？光固化成形技术，是基于离散堆积的思想，以液态光敏树脂作为成形原料，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，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，第二固化层牢固地黏结在前一固化层上，这样一层层叠加而成三维工件原型。2.光固化快速成形技术的优缺点有哪些？主要有如下优点：光固化成形技术是最早出现的快速成形制造工艺，成熟度最高；成形速度较快，系统工作相对稳定；可以打印的尺寸也比较大；后期处理特别是上色都比较容易；尺寸精度高，表面质量较好，比较适合做小件及较精细件。光固化成形技术的不足之处在于：设备造价较高，使用和维护成本高；对工作环境要求苛刻；成形件多为树脂类，强度、刚度、耐热性有限，不利于长时间保存；这种成形产品对贮藏环境有很高的要求，温度过高会熔化。需要设计工件的支撑结构，以便确保在成形过程中制作的每一个结构部位都能可靠定位。3.3请同学们根据自己对3D打印的理解，分组讨论SLS快速成形技术原理，理解SLS快速成形技术特点。选择性激光烧结(以下简称SLS)技术最初是由美国德克萨斯于1989年在其硕士论文中提出的。后美国公司于1992年推出了该工艺的商业化生产设备SinterSation。几十年来，在SLS领域做了大量的研究工作，在设备研制和工艺、材料开发上取得了丰硕成果。德国公司在这一领域也做了很多研究工作，并开发了相应的系列成型设备。国内也有多家单位进行SLS的相关研究工作，也取得了许多重大成果，如研制的RAP-I型激光烧结快速成型系统和开发的AFS一300激光快速成型的商品化设备。选择性激光烧结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。SLS快速成形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。与其它快速成型(RP)方法相比，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的应用越来越广泛。

1．什么是选择性激光烧结技术（SLS）技术？它的原理是什么？SLS技术利用粉末状材料在激光照射下高温烧结的基本原理，通过计算机控制光源定位装置实现精确定位，然后逐层烧结堆积成形。利用高强度激光（通常是红外激光束）把极细的粉末颗粒状高分子材料熔化。激光对水平压紧的粉末面进行逐层扫描，扫描完一层后工作平台下沉，然后在顶层喷上新的粉末进行下一步扫描，利用激光烧结使得熔化的粉末颗粒相互融合黏结。2．选择性激光烧结技术（SLS）技术的优缺点有哪些？（1）SLS3D打印技术的优点1）SLS可使用的材料多。2）精度较高。3）不需要外加支撑。4）材料的利用率高。（2）SLS3D打印技术的缺点1）打印的成品零件会收缩变形。2）后期处理工序复杂。3）颜色易变、易潮湿变形。4）加工机械昂贵，材料损耗大。5）每次都必须更新粉末。3．如何利用选择性激光烧结技术（SLS）打印出符合设计要求的产品？选择性激光烧结技术主要的应用可以体现在：新产品的外形研制和开发。可以快速制造出模型，缩短从设计到制造出产品的时间，使客户更加快速直观地看到最终产品的模型。人工器官移植领域；创作抽象的艺术品；制作复杂的熔模和砂型构件；应用SLS技术可以直接制作熔模模具进行工业应用；微型机械设备的研究和开发。3.4根据自己对3D打印的理解，分组讨论以下问题：3DP打印快速原型的精度由什么决定？（1）粉末材料以及与之匹配粘接溶液的性能；（2）粉末层厚度和压实密度；（3）喷射粘滴的定位精度；（4）喷射粘滴对粉末的冲击作用。1．三维打印成形技术（3DP）技术是怎样打印成形工件的？请简述其工艺过程。从工作方式来看，三维打印和传统二维喷墨打印最为接近。与SLS3D打印工艺一样，3DP也是通过将粉末黏结成整体来进行零部件的制造。两者的不同之处在于，3DP技术不是通过激光熔融粉末的方式进行黏结，而是通过喷头上的喷嘴喷出的黏结剂，使粉末颗粒相互黏结起来。3DP工作原理如图3-12所示，其通过喷头喷射胶黏剂，将粉末一层层堆积黏结成形。2．三维打印成形技术（3DP）技术的优缺点有哪些？3DP打印技术的优点是成形速度快，设备价格相对低廉，粉末通过黏合剂结合，而不是用其他的工艺在保护状态下进行烧结。并且可以一个喷头使用多个喷嘴进行工作。可实现有渐变色的全彩色3D打印，可以完美体现设计师在色彩上的设计思想和意图。可以采用有颜色的黏结剂，使用多种粉末材料进行打印。打印过程中无须支撑材料，不但避免去除支撑材料的后处理过程，而且也降低了材料成本。可以实现大型工件的打印。工作环境比较清洁。3DP打印技术的缺点是产品力学性能差，强度、韧性相对较低，通常只能作为样品展示，无法适用于功能性试验。需要综合考虑粉末材料及黏结材料的性能和粒度、形状及成分对成形件的影响。模型精度和表面质量都比较差。工件成形后需进行去除粉末、固化、包覆等后处理。材料的快速成形特性不仅和材料本身性质有关，还和成形的方法、制件的三维结构等有关。原材料价格比较贵。3．制约该技术快速成形精度的影响因素有哪些？3DP打印技术，粉末粘接的直接成品强度并不高，只能作为测试原型：其次粉末粘接的工作原理使得其成品表面不如SLA产品光洁，精细度也有劣势。此外，制造相关材料粉末的技术比较复杂，成本较高，也是造成3DP技术应用不够广泛的原因。4.13D打印产品为什么要进行后处理?目前桌面型3D打印机模型的几何精度和表面粗糙度级别是非常有限的,表面光泽和颜色也较为单一。从快速成形机上取下的制品往往需要进行剥离，以便去除废料和支撑结构，对于需要进行后续装配的打印件通常需要打磨处理，有些要求具有艺术效果的作品则需要手工上色或利用丙酮熏蒸使表面光亮，有的还需要进行后固化、修补、打磨、抛光和表面强化处理等。分组讨论后处理的类型。剥离、修补、打磨、抛光和表面涂覆等表面后处理方法3D打印技术后处理的发展会有什么趋势?将后处理工艺进行集成和自动化。实现除粉、化学蒸汽平滑、着色、零件分拣和质量检查等一系列的后处理工作，全程自动化。一是将后处理系统和3D打印系统进行整合，实现真正的端到端自动化生产，二是要兼容更多的材料，包括金属和热固性材料。1.3D打印技术后处理方法有哪些?剥离、修补、打磨、抛光和表面涂覆等表面后处理方法2.后处理过程中，如何保证产品的质量？为了获得最佳的表面光洁度，需要针对选择的3D打印技术把握好零件关键面的成型方向。还有一个考虑的因素是打印速度，打印速度和表面光洁度是负相关的两个因素。很多后处理工艺都涉及某种程度的材料去除，因而在设计零部件的几何形状时需要考虑到后处理工艺，并考虑怎样来补偿这些去除量。收集后处理的结果及数据，并用于接下来一轮的设计优化。3.树脂产品和金属产品的后处理方法有什么不同？树脂产品的后处理，剥离、修补、打磨、抛光和表面涂覆等表面后处理方法。金属产品的后处理，热处理、线切割、去支撑、打磨、机加工、抛光、喷砂等步骤。4.23D打印技术的精度是指什么？3D打印技术的精度包括3D打印设备的精度以及设备所能制作出的成形件精度。成形件误差产生的原因有哪些？1）数据处理产生的误差；2）成形加工包括层准备和层制造与层叠加。成形件的表面质量有哪些方面？成形件的表面误差有台阶、波浪和粗糙度，台阶误差常见于自由曲面处，以差值△h来衡量，波浪误差是成形件表面的明显起伏不平，以全长L上波峰与波谷的相对差值△h/L以及波峰的间距△A来衡量。粗糙度应在成形件各结构部分的侧面和上、下表面进行测量，并取其最大值。1.如何提高3D打印的打印精度？（1）更换打印机；（2）更换耗材品种；（3）降低打印层高；（4）控制喷嘴温度；（5）减小喷嘴直径2.哪些因素会影响FDM成形件的精度？一是材料性能。二是分层厚度。三是喷头温度。四是填充速度和挤出速度。3.如何提高FDM成形件的精度呢？（1）通过软件对STL文件进行修复。（2）选择合适的工艺参数，包括层厚、补偿、挤压速度、填充速度、开关延迟、喷嘴温度、成型室温等。（3）增加基底厚度，增加填充间隔，可降低物体弯曲变形程度。（4）保持平台清洁，校准Z轴印刷的初始高度。4.3分组讨论从CAD模型到增材制造获得实体零件的整个过程有哪些步骤?（1）CAD设计；（2）STL格式转换和文件处理；（3）打印；（4）打印件取出；（5）后处理过程3D打印产业链包含哪些方面?3D打印产业链主要分为三个部分：上游原材料及基础配件，中游3D打印耗材及3D打印设备的研发制造，下游3D打印服务及应用。你还了解到有哪些3D打印技术相关的厂商呢?是通过什么渠道了解的呢?通过一些相关的网站，了解到3D打印技术相关的厂商，如弘瑞北京汇天威科技有限公司、浙江闪铸三维科技有限公司、深圳市创想三维科技有限公司。1.主要3D打印方法的优、缺点有哪些?优点：一、成品速度快；二、构型精准多样；三、无须机械加工；四、产品定制化。缺点：一、打印效果受材料限制；二、成品是否坚固耐用；三、知识产权的忧虑；四、难以克服环境因素。2.3D打印的优缺点是如何影响到3D打印技术的实际应用的呢?讨论并举例说明。虽然高端工业可以实现塑料、某些金属或者陶瓷打印，但目前无法实现打印的材料都是比较昂贵、稀缺的。从整个产业来看，材料质量的稳定性、易用性等还有待提高，新型材料研发面临的瓶颈也难以在短时间内取得突破。此外，一些3D打印设备还没有达到成熟的水平，无法支持在日常生活中人们所接触到的各种材料。3.搜索并了解至少一家国内的3D打印厂商的相关信息。闪铸科技/FLASHFORGE浙江闪铸三维科技有限公司成立于2011年，是中国首批专业3D打印设备及耗材研发生产企业。公司致力于推广3D打印技术，打造友好的3D打印生态系统。目前闪铸科技拥有9大系列，几十款产品，建立了涵盖3D扫描仪、3D设计软件、3D打印机、3D打印耗材和3D打印服务的完整产业链；产品分为民用级、商业级、工业级3个层次，满足不同类型的用户需求；同时在技术研发、渠道建设、售后服务等多方面均处于行业领先水平。4.如何选用3D打印技术?打印技术的选择主要基于以下几方面：1.应用方向；2.材料；3.操作性和使用环境。5.1面对种类繁多的3D打印机，该如何来选择合适的打印机呢？关键要从以下几方面去考虑。1.使用目的这一点是至关重要的，在选择3D打印机之前，首先应该想清楚，为什么要购买3D打印机，是想用于商业制作模型进行出售？或者是用于工业领域？或者用于教育领域？还是只是为了个人的爱好？想清楚使用目的，以免造成后续不必要的浪费。2.打印尺寸要确认打印的物品有多大，这个物品的尺寸跟打印平台是否合适。在考虑到尺寸时，还需要了解清楚机器的技术参数，例如：机器与成形的尺寸。要知道，尺寸大一些的机器，费用也会更高。清楚机器尺寸，才能根据实际合理的选购合适的3D打印机，避免多支出一些不必要的花费。3.挤出系统现在大多数的3D打印机都提供的单喷头，虽然双喷头的机器也有，但是对于初学者来说，单喷头显然更适合，可以去制作一些简单或者中等级复制的模型。而且单喷头打印也相对比较稳定，打印精度也比较高。3D打印材料热熔以及层层堆积叠加的过程中，材料的挤出是非常重要的，所以如果不是特别的必要，建议使用单喷头即可。4.打印材料虽然现在很多厂家在努力寻找可以打印的新材料，但并不是所有的3D打印机都能够支持新材料。如果需要打印不同材料的模型，那么，为了能保证完成打印，就需要去挑选兼容性强的3D打印机。1.桌面级3D打印机的特点？桌面级3D打印机，体积小巧，可以放在办公桌面上打印立体实物的打印机。桌面3D打印机它是一种快速成形技术的一种机器，它是以数字模型文件为基础，运用金属或塑料等可黏合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。2.工业级3D打印机的特点？工业级3D打印机是专供工业生产使用的3D打印机，相比桌面级3D打印机，有更完备的性能和更高的效率，特别注重恶劣环境下的稳定性和可靠性。有非金属打印机，有金属打印机。由于是一种专业生产设备，体现的一个重要指标就是大打印流量，以及与其相关的高打印速度，只有在高速打印的前提下，考量其性能的稳定性和可靠性才有意义。3.如何选择合适的3D打印机？从以下几个方面选择：成本；打印质量和速度；便于使用；可定制的选项；构建体积；树脂或线材。5.21.不同3D打印机的构造有什么相同和不同的地方？reprap系列打印机基本上是三角形的，而Ultimaker和makebot系列打印机是矩形框，printrbot是矩形支架。2.3D打印机的构造对工作流程有什么影响？3d打印机的结构类型有Prusai3结构、箱体结构、三角洲机型等，不同的结构有不同的优势。（1）Prusai3结构。Prusai3是Reprap打印机prusamendel的第三代机型。优点是结构简单，易于上手，适合第一次接触3D打印的diy爱好者。（2）箱体结构。箱式结构是目前市面上较为流行的结构，相比较一般diy机型在外观上看起来更加商业化。优点是成型精度高，打印速度快。电路板与电源等电子部件可隐藏至机体内，空间利用率高。（3）三角洲机型。这种结构兴起于90年代，因其速度快、精度高、柔性强等优点使并联机器人成为了现代工业机器人重要部分。优点是结构简单，方便修理维护，打印速度快，传动效率高，占地面积小。1.3D打印机的构造部件有哪些？电子部分、机械部分、软件部分。2.打印机的工作流程有哪些？启动、调平、装卸耗材、设置参数、开始打印。3.光固化成形工艺的原理及特点？光固化成型工艺的原理及特点：SLA（StereoLithographyApparatus，光敏树脂选择性固化）技术原理：在液槽中充满液态光敏树脂，其在激光器所发射的紫外激光束照射下，会快速固化（SLA与SLS所用的激光不同，SLA用的是紫外激光，而SLS用的是红外激光）。在成型开始时，可升降工作台处于液面以下，刚好一个截面层厚的高度。通过透镜聚焦后的激光束，按照机器指令将截面轮廓沿液面进行扫描。扫描区域的树脂快速固化，从而完成一层截面的加工过程，得到一层塑料薄片。然后，工作台下降一层截面层厚的高度，再固化另一层截面。这样层层叠加构成建构三维实体。4.金石增强版Y-1500FDM打印机组成部分？机械部分、电路部分、软件部分。5.33D打印机常见问题及解决方法：机器不出料怎么办？机器不出料存在几种情况：1）检查热床和喷头温度是否正常，喷头温度是否到达出料温度（通常为190度以上），如果温度为0℃或温度过高时，检查测温线是否有短路断路情况；2）如果温度正常，单击进料时听到电动机声音后向下轻推耗材，即可耗材在往下移动；3）如果温度正常，轻推耗材依然无法进料时，可以先退料，检测耗材端面是否正常，然后重新进料。打印模型较大无法从平台取下，怎么办？打印完成后通过铲刀从平台上将模型取下即可，如果由于调平等原因导致模型粘太紧，可以对平台进行预热后在用铲刀铲下。绝对不能使劲掰模型或摇晃模型，否则可能损坏打印平台。对于没有热床的机器可以在平台上贴上美纹纸。为什么模型设计看起来正常却部分结构打印不出来？由于打印机耗材通过喷嘴挤出，因此出料粗细最小为喷嘴孔径，通常打印机喷嘴孔径为0.4或0.5mm，如果模型厚度小于该值分层会由于该处太薄无法挤出。建议设计模型时将壁设计为0.5mm、1mm、1.5mm等，使其为喷嘴孔径的倍数，这样打印尺寸更精确，部分悬空等特殊结构需要添加支撑等，需要根据具体模型调整。为什么模型打印越高精度越低？当模型很高的时候，如果模型竖着打印，打印越高模型晃动越大，从而出现错位，断层等情况，通常此类模型设计时可以在一定高度上加上斜的支撑杆，保证模型顶部不会出现晃动等。1.3D打印机维护保养的意义？为了确保设备能长期性平稳运作,提高效率,增加设备使用期,人们一般需要留意对打印机的平时维修保养，正确的保养方法能适当地延长3D打印机的使用寿命。一台好的3D打印机除了精准使用之外，还要做好日常维护。2.3D打印机常见的故障有哪些？（1）喷嘴漏料；（2）打印平台加热异常；（3）喷管冷却风扇或型号风扇不旋转；（4）喷嘴加热异常；（5）限位开关故障；（6）打印突然中断；（7）操作屏故障。6.1在工业领域，3D打印有什么需要改进之处？（1）不适用于大批量生产在大批量生产的情况下，3D打印的成本很高，生产效率也不如传统的制造方式。比如完全打印一辆车要耗时好几个月，在成本上远高于大规模生产汽车均摊到每辆汽车上的成本。（2）精度有待提高3D打印技术固有的成形原理及发展还不完善，其打印成形零件的精度（包括尺寸精度、形状精度和表面粗糙度）、物理性能（如强度、刚度、耐疲劳性等）及化学性能等大多不能满足工程实际的使用要求，不能作为功能性零件，只能做原型件使用。由于3D打印采用“分层制造，层层叠加”的增材制造工艺，层与层之间的结合再紧密，也无法和传统模具整体浇铸而成的零件相媲美。1．3D打印在工业制造领域的优势有哪些？（1）提高生产效率，加快工业产品的开发速度；（2）降低制造成本；（3）生产结构复杂的产品；（4）提高产品质量。2．3D打印在工业制造领域还有哪些具体应用例子？（1）工装。3D打印在工业领域的主要应用之一是工具，它设计打印轻巧耐用的sourceType":"answer","sourceId":2620823411}"夹具、固定装置、量规。（2）最终用途零件。由于交货时间缩短和原型制作成本低，汽车和航空航天等许多行业已经开始在其运营中使用增材制造。（3）备件生产。几乎所有零件的设计都可以作为数字副本存储在sourceType":"answer","sourceId":2620823411}"计算机硬盘中，从而无需维护库存。通过使用3D打印，可以按需生产备件。3．3D打印有哪些不足之处需要改进？（1）材料的限制；（2）机器的限制；（3）知识产权的忧虑；（4）道德的挑战；（5）高昂的价格。6.23D打印在医疗领域未来还有哪些进步空间？3D打印技术在医疗领域的应用已取得了一定进展，但仍有很大提升空间。设备和材料是发展医疗3D打印技术的关键。设备是实现3D打印的工具,性能优良的设备能为制造稳定性提供保障，推动先进制造技术的产业化进程。医疗领域的产品要求高于一般制造业,组织、器官结构复杂需微米级分辨率,现有的3D打印设备制造精度有待进一步提高,专业软件有待深入开发与集成。材料是3D打印技术成果的载体。以骨科植入物为例，材料与人体弹性模量不匹配会出现“应力屏蔽”导致植入失效;生物相容性不佳的材料进入人体后会对周围组织产生毒副作用。研制力学性能好、生物相容性佳、成形性能优良的材料是3D打印技术在医疗应用中长足发展的必经之路。再者,行业标准是一个行业逐步走向成熟的智慧体现。该行业发展至今尚无统一标准，各厂家开发研制的设备与材料功能品质参差不齐,应制定详细、完善的行业标准促使3D打印技术逐步规范。综上所述,结合不同类型医学制品的需求,提高设备性能、开发新材料是该技术发展的重要突破口，同时也应制定完善的行业标准并不断强化行业核心竞争力,加强对专业技术人员的培养,推广跨界合作与应用。1.3D打印在医疗领域的优势有哪些？3D打印技术最初在医疗领域的应用在于快速的制造医疗模型，用于协助医疗和患者沟通、诊断和手术规划使用。还可用于辅助医疗诊断；骨科的临床应用；手术辅助器械；3D打印活体细胞。2.3D打印在医疗领域还有哪些具体应用例子？在手足外科中，对于夏科氏足，因解剖畸形使手术变得较复杂，术前规划尤其重要。通过3D打印模型对手术进行模拟与规划，保证了原本棘手的手术顺利进行。威尔士大学医院的一名口腔癌症患者治愈之后，在治愈康复过程中成功地接受了面部修复手术。3.3D打印在医疗领域未来还有哪些进步空间？在生物细胞打印技术方面取得了重点突破，通过打印活细胞、水凝胶等生物细胞材料，可以直接打印出活性人体器官，如耳朵、肝脏、肾脏单元、血管等。6.3请同学们根据自己对3D打印的理解，分组讨论以下问题：3D打印在建筑领域的应用，除材料和安全性方面，还有哪些方面的技术难题需要解决？设备问题。3D打印建筑技术中，设备因素也是影响其具体市场应用的重要因素。这里主要指打印设备的尺寸、精度、受环境影响程度等。在此次双层打印建筑的具体打印过程中，不难发现3D打印设备的尺寸与具体建筑规模是密切相关的。未来3D打印技术广泛应用建筑施工领域，所面对的建筑规模必然不会只局限于几米或几十米，这对3D打印设备本身是一个巨大的挑战。如，3D打印设备如何适应更大体量的建造要求？设备尺寸变大，打印精度是否会受影响？设备仪器占地面积变大，受天气、环境因素影响，如何保证正常打印施工？随着科技的进步，新技术、新工艺、新材料的出现，讨论并设想一下3D打印技术在建筑领域还会有哪些新突破？（1）在建筑设计方面3D打印技术能够进行三维模型设计，将传统图纸与地理信息、建筑扫描等电子数据进行结合，并以实物形式展现出来，可通过实景建模形式，展现真实三维场景。前期设计模型可经过分割、单体化和比例缩放等步骤制作成等比例三维模型，再利用3D打印技术便可将模型1：1打印出来。3D打印可以灵活处理模型，直接在文件上进行编辑修改，就可实现调整，同时，也可方便实现多色彩打印，甚至可以给模型增加透明、金属等不同元素。（2）在功能技术方面在今后的发展中3D打印技术的发展更加多元化和多样化，也就是技术的应用不仅仅只是在某一个行业，而是应用到各个行业中，3D打印的设备也会独立进行设计、施工等过程，为建筑设计提供了更多的设计空间。3D打印的设备也会更加智能化，大大提高制作水平及效率，能够在不同复杂施工环境中应用。1.3D打印建筑主要应用在哪些方面？在建筑行业，3D打印技术顺应产业革命的发展，将使大规模的个性化生产成为可能，逐步实现快速建造和产业化生产，并会创造出大量的传统工艺无法生产的新型材料。2.3D打印应用于建筑领域的优势有哪些？3D打印技术在建筑领域的应用，有助于缩短工程建设的周期，提高施工的效率，减少人、财、物等资源的消耗，真正实现绿色、环保。3.3D打印在建筑领域的应用还有哪些技术难题？目前可以满足3D打印的建筑材料偏少，研究方向多以环保材料为主，但是缺少加工废料和黏合剂的生产方式和厂商。再如打印出来的房屋牢固性有待提高，因为内部没有钢筋结构加固。6.4请同学们根据自己对3D打印的理解，分组讨论以下问题：大家认为3D打印在大众消费领域还有哪些应用？在平时生活中，主要用于个性定制、独特手办、动画周边、眼框、3D人像、个性饰品等，总之，它的存在确实让我们实现了更多的不可能。他正在巧妙地改变着我们的生活!除了维修零件，3D打印在日常生活中还有很多用途。比如说。3D打印灯具、收纳盒、笔筒、创意摆件等等。讨论在3D打印食品方面，还有哪些技术难题需要逐步被化解?3D食品打印的安全性3D食品打印机打印出来的每件产品都是用来食用的，必须保证其安全性。此外，研究人员还需对选用的相关食材、打印出的食品的微生物检测、剩余原料的保藏和产品贮藏等问题进行深入的探索研究。3D食品打印的价格与成本3D打印技术需要以CAD计算机设计为支撑，这就需要精通CAD软件设计和机械制图原理，同时具有高超的编程实现技术的专业人才，但目前这种人才比较缺少，而且国内的研究资金投入不足，导致3D食品打印的技术比较薄弱，食品打印效率较低，成本相对较高，批量化、规模化生产受到限制，商业化能力相对较弱。但是，随着我国人工成本的不断增长和3D打印技术的成熟与推广，3D打印价格会不断下降。此外，在生产个性化、造型复杂的食品生产中，3D打印的成本反而比传统生产方式的成本更低。3D食品打印的推广3D食品打印技术目前还属于起步阶段，对于3D打印技术的认识和了解不多，仅限于研究学者、产业制造者以及兴趣爱好人士，缺乏教育培训和社会推广。要解决上述问题，需要加强宣传教育、强化相应技术，还可以将3D打印设为课程，人才培养与资金投入同步，加强技术强化，推动产业化生产。3D食品打印原料的限制3D打印食品的原料需制成液体、糊状或粉状的食材，目前多适应以浆料状等原料打印的食品，如巧克力、糕点和糖果等。但中国一些传统原料在打印过程中会产生产品质量得不到保证的问题，如面粉糊打印精度过高会产生喷头堵塞，导致打印精度降低，产品质量得不到保障等问题，需要不断改进技术来加以解决。1.3D打印技术在珠宝首饰领域的主要应用方式？（1）打印蜡模；（2）直接生产珠宝或零部件；（3）设计沟通、设计展示；（4）个性化定制；（5）装配、功能测试。2.列举一下3D打印技术在食品领域的应用案例有哪些？巧克力是食品3D打印最完美的原料，它易于融化和冷却，打印的同时又不会改变巧克力的味道。3.3D打印可以应用在文化艺术的哪些领域？（1）文物复制；（2）影视道具；（3）艺术创作。4.3D打印机应用在大众消费领域的优势在哪？优势一：小量生产，制造复杂物品不增加成本，成本均一；优势二：个性化定制，产品多样化，设计空间无限；优势三：精确的实体复制；优势四：简单易上手，无需培训，零技能即可操作。6.5请同学们根据自己对3D打印的理解，分组讨论以下问题：3D打印在航天航空领域应用的未来发展趋势如何？1.缩短新型航空航天装备的研发周期航空航天技术是国防实力的象征，各国之间竞争异常激烈。因此各国都试图以更快的速度研发出更新的武器，确保在国防领域处于不败之地。而金属3D打印技术让高性能金属零部件的制造流程大幅缩短，无需研发零件制造过程中使用的模具，极大地缩短产品研发制造周期。2.提高材料利用率、降低成本航空航天制造领域多采用价格昂贵且较难加工的战略材料，如钛合金、镍基高温合金等金属材料。传统制造方法材料使用率低、机械加工程序复杂、生产周期长、成本高。3D打印技术可将材料的使用率普遍提升到60%，甚至高达90%以上，从而降低制造成本、节约原材料。3.优化零件结构、增加使用寿命对于航空航天、武器装备而言，减轻重量是永恒不变的主题。波音737约重65公吨，若减重1磅（约0.45千克），每年则能为航空公司节省几十万美元。据GE航空白皮书所述，将此数字延伸到全球所有航空器和其节省的资金，将超过一千万美元。传统制造方法已经将零件减重发挥到了极致，但3D打印技术的应用可以优化复杂零部件的结构，在保证性能的前提下，将复杂结构变换成简单结构，从而起到减轻重量的效果。3D打印技术通过优化零件结构，使零件的应力呈现出最合理化的分布，减少疲劳裂纹产生的危险，从而增加使用寿命。4.修复零件、减少损失目前，金属3D打印技术在修复成型方面所表现出的潜力高于生产制造方面。以高性能整体涡轮叶盘零件为例，当某一叶片受损，整个涡轮叶盘将报废，直接经济损失高达百万元。而使用3D打印技术在受损部位进行激光立体成型，就可以恢复零件形状，且性能满足使用要求，甚至是高于基材的使用性能。我们在感受了3D打印在航空航天领域的广泛应用后，讨论一下3D打印技术在航空航天领域的应用中还存在哪些不足？1.技术差距技术上的差距如复杂薄壁精密零件结构-性能一体化制造技术，航空航天发动机叶片、涡轮等复杂精密零件的成形技术等，一定程度上制约了航空航天装备技术水平的提高。目前国内的3D打印企业普遍缺乏核心技术、生产效率低、材料种类缺失，因此很难实现产业化。我国3D打印在军工应用的领域发展最为先进，如部分复杂合金零部件成形等，但产业化进程缓慢。2.材料差距材料上的差距主要体现在国内材料种类不全、质量良莠不齐。3D打印金属粉末质量与国外存在一定差距，高分子材料（PEEK和PAEK等）和陶瓷材料种类缺失、体系不全。目前国内多数的厂家可以生产几十微米到几百微米的金属颗粒，但这种颗粒国内生产的品质与国外仍有较大差距。在“中国制造2025”战略规划中，前沿材料中就包含3D打印材料，研究方向主要集中在金属球形粉末成形与制备技术；突破高转速旋转电极制粉、气雾化制粉装备；开发空心粉率低、颗粒形状规则、粒度均匀、杂质含量低的高品质钛合金、高温合金、铝合金等金属粉末；研究氧化铝、氧化锆、碳化硅等陶瓷粉末、片材制备方法；建立生物3D打印体系；开发“3D打印友好型”生物墨水。3.设备差距目前国外的3D打印设备无论是桌面级还是工业级的价格相对都比较高；国内的一些设备虽然价格较低但质量难以保证。同时设备的精度以及生产效率等方面还需要进一步的优化，这也是阻碍产业化的主要问题。我国虽已有一些企业能自主制造3D打印设备，但企业规模普遍较小，研发力量不足。在加工流程稳定性、工件支撑材料生成和处理、部分特种材料的制备技术等环节，存在较大缺陷，难以完全满足产品制造的需求。而占据3D打印产业主导地位的美国3Dsystems、Stratasys等公司，每年都投入千万级美元研发新技术，研发投入占销售收入的10％左右。两家公司不仅研发设备、材料和软件，还通过签约开发、直接购买等方式获得大量来自企业外部的相关细分技术、专利，掌握大量关键核心技术。此外，3D打印的核心是数字化驱动。目前，我国3D打印的数字化程度还不高，软件高度依赖国外。未来发展中，应重视3D打印流程中相关的软件设计、数控能力等软实力。4.宏观差距3D打印产业上游包括材料技术、控制技术、光机电技术、软件技术，中游是立足于信息技术的数字化平台的3D打印解决方案，下游涉及国防科工、航空航天等行业，其发展将深刻影响先进制造业、工业设计业、生产性服务业、文化创意业、电子商务业及制造业信息化工程。1.3D打印技术在航空航天领域有哪些应用？3D打印技术的引入对于航空航天领域的发展助力很大，主要体现在缩短新型装备研发周期、提高战略材料利用率、降低制造成本、优化零部件结构、便利零部件修复成形等方面。2.3D打印应用航空航天领域的优势有哪些？（1）缩短新型航空航天装备研发周期；（2）提高战略材料利用率，降低制造成本；（3）优化零部件结构，减轻重量，增加使用寿命；（4）便利零部件修复成形，减少损失。3.3D打印在航天航空领域应用发展的趋势及面临的挑战有哪些？应用趋势：（1）飞机机翼制造；（2）复杂零部件制作；（3）按需制作零部件；（4）无人驾驶航空系统；（5）NASA喷气推进实验室使用的3DPaaS。挑战：目前3D打印还无法适应大规模生产，满足不了高精度需求，无法实现高效率制造，设备制造成本高昂。7.1结合本节课内容，同学们分组讨论3D打印技术的创新需求可以体现在哪些未来行业中？可以从消费品和工业品方面入手，了解3D打印技术创新需求。1.减少塑料垃圾大多数塑料制品最终都流入了全球的海洋，对抗这种污染的一种方法是减少塑料垃圾。由于3D打印采用逐层应用方法，仅使用了极少量的材料，并且无需修整。与减材加工方法不同，3D打印在中间或不需要去除或浪费材料的设计中留下空心空间。因此，消耗的塑料更少，丢弃的废料也更少。2.使用可生物降解材料生物基原材料现在用于3D打印过程，一种常见的物质是称为PLA的可生物降解植物聚合物，它通常由玉米制成，但也可以包括木材、大豆、海藻或藻类。水基聚合物方面的最新进展正在结合其他天然成分，例如纤维素和碳酸钙。另一种使用生物复合材料将农业废弃物和可再生资源结合起来用于制造，服务于各种行业，从包装到汽车、物料搬运、家庭用品和家具。3.回收塑料另一种促进增材制造可持续性的选择是回收被丢弃的塑料物品或重复使用工厂的塑料废料。一种方法是制造新的聚合物长丝，它比原来的聚合物纤维更结实。目前，有些机器可以重新利用清