新一轮的工业革命3D打印技术教材

江阴职业技术学院机电系3D打印技术的发展与应用

新一轮的工业革命目录3D打印概念013D打印技术发展023D制作演示04未来展望05063D打印分类031、3D打印概念1.1、定义用电脑来控制制作一个三维物体1、3D打印概念1.2、3D打印与2D打印区别2D打印：在纸面来回喷墨，然后垂直移动填充画面3D打印：增加维度，用塑料等颗粒，一层一层的创建物体维度不同材料不同1、3D打印概念1.3、3D打印步骤3D立体电脑辅助设计文件3D立体打印机3D立体模型1、3D打印概念1.3、3D打印步骤草图设计打印测试1、3D打印概念1.4、3D打印优点3D打印主要用在快速雏形（rapidprototyping），早期雏形打印用雕刻、土、金属制版实现，耗时1、3D打印概念1.4、3D打印优点传统的泡沫板模型3D成型打印模型传统的样板制造的方法：慢且昂贵。每个模型’独特’且不易再生；在用户端见到它之前，我们需要完成数天或者数个星期的X数目的设计。”1、3D打印概念1.5、3D打印优点材质种类多（塑料，金属等）成本较小（对比注塑成型，需要开模型）适应复杂模型Youcandesign,youcanprint1、3D打印概念1.6、3D打印用途

Source:WohlersReport2005,WohlersAssociates,Inc.1、3D打印概念1.6、3D打印用途（打印枪支）这算是3D打印最引起争议的一项应用。美国一个名为DefenseDistribute的团队目标是创造模型图，方便任何人下载，然后打印出功能完备的军火。在去年11月，他们发布了一段测试视频并宣布首支3D打印军火将投入使用。但随后发生的校园枪击案令3D打印枪支的前途扑朔迷离。

1、3D打印概念1.6、3D打印用途（打印汽车）著名跑车制造商Koenigsegg，使用3D打印技术开发的跑车AgeraOne:1

在海外市场标价每辆约200万美元，在北京车展上却号称每辆售价接近1亿元！

6名工程师在3周时间内就设计并通过3D打印制作了一辆时速可达141公里的赛车，这辆加速至100公里/小时只需要4秒，最高时速在141公里，重量280公斤的电动环保赛车。1、3D打印概念1.6、3D打印用途（打印汽车）1、3D打印概念1.6、3D打印用途（打印建筑模型）一名德国建筑师正在着手利用3D打印技术建造房子，他将计划使用砂和无机粘合剂将54个单独的建筑模块结合在一起，然后填入纤维混凝土。这幢房子就是一个“莫比乌斯环”——天花板向前延伸成为地板，建筑内部延伸变成外墙。1、3D打印概念1.6、3D打印用途（打印房子）1、3D打印概念1.6、3D打印用途（医疗行业）1、3D打印概念1.6、3D打印用途（打印心脏）美国肯塔基州路易斯维尔大学科学家尝试用脂肪细胞3D打印人类心脏其最终目标是用患者的自身细胞培育一个新的心脏，然后把患者患病的心脏替换下来

。使用病人自身细胞制造的器官可以解决致命的排异问题，这样病人就不用在器官移植后服用大量的抗排斥药物。去年，康奈尔大学的科学家已经用3D技术制造出了一个人类的耳朵。他们还成功地在小鼠等小动物身上测试了3D打印的微小血管1、3D打印概念1.6、3D打印用途（打印骨骼）日本3D打印骨骼技术正等待政府批准上市

该3D打印机使用的打印材料中含有磷酸钙，这是构成了大部分骨骼和牙齿的珐琅质的主要成份。3D打印的骨骼更容易与患者的自然骨骼融合。通过骨再生迅速转化为新的有活力的骨骼。1、3D打印概念1.6、3D打印用途（打印骨骼）比利时哈塞尔特大学的科研人员们已经成功为一名83岁的老妇人植入了3D打印而成的下颌骨。与传统的制作方法相较而言，3D打印技术耗费的材料更少，生产时间更短，往往只需数个小时便可以制出一只下颌骨。1、3D打印概念1.6、3D打印用途（打印骨骼）3D打印技术在医疗领域的应用继续高歌猛进。日前，由RockyS.Tuan带领的研究团队发现了一种使用3D打印技术重建人类软骨的新方法。这种方法可以根据需要的任何形状逐层重建病人的软骨层，从而为彻底治愈关节炎带来了希望。1、3D打印概念1.6、3D打印用途（打印药物）台湾科学家提出3D打印药物概念

元素库

元素输送管路

药物打印

产物储存库

1、3D打印概念1.6、3D打印用途（打印家具）德国的初创公司4AXYZ开发出了一种实木家具的方法，可以让消费者在数日内就能获得个性定制的、经济实惠的、高品质实木家具。把均匀切割的小木块通过一个特殊的结合工艺逐层固定在一起。减少了高昂的人力成本，设计师可以通过简单的CAD软件调整、变更和修改，使家具具有个人特点。1、3D打印概念1.6、3D打印用途（打印穿戴）巴黎时装周今年首次展出了3D打印机的成果，是由时装设计师IrisvanHerpen设计的当季作品。1、3D打印概念1.6、3D打印用途（打印穿戴）穿戴科技站潮头：教你3D打印智能手表

表盘、表背、逻辑框架，连接端口和表带都是用3D打印机打印的。手表的内核包含3个小型控制模块：一个Microduino-Core+、一块BluegigaBLE112芯片和一个电压调节器。1、3D打印概念1.6、3D打印用途（打印玩偶）圣巴索大教堂

2、3D打印技术发展1980年末期charleshull发明了第一个立体光刻技术2005年AdrianBowye启动了RepRAP技术，制作第一台3D打印机2.1、历史2、3D打印技术发展3D打印在国外发展已经比较成熟，下面介绍几家比较有特色的3D打印公司：专业级3D市场寡头：Stratasys2.2、国外著名公司Stratasys是一家在纳斯达克上市的全球最大专业级3D打印设备制造商。与Objet合并后，在销售规模上超过来自美国的3Dsystems公司，占据全球专业级3D打印设备市场近50%的份额。2、3D打印技术发展2.2、国外著名公司MakerBot成立于2009年，通过出售1000美元出头的低端3D打印机、运营3D模型分享网站、开设线下体验店等一系列措施，创建了一个类似于“3D打印生态链”的体系，并迅速赢得普通消费者的青睐。2、3D打印技术发展2.2、国外著名公司Formlabs使用液态光敏树脂进行立体光刻来进而实现精准打印。推出了一款价格仅为2699美元的高精密度打印机，其精确度达到了25微米。新工艺高精度3D打印先锋：Formlabs

300微米以上为低分辨率100微米以下为高分辨率

2、3D打印技术发展分辨率打印100毫米的斯坦福兔子（塑料材料）低分辨率2小时中分辨率3小时低分辨率5-6小时2、3D打印技术发展打印时间一卷线1KG，价格35-70美元可打印20个100毫米斯坦福兔子2、3D打印技术发展2.2、国外著名公司ModernMeadow成立于2011年，经营的项目是利用3D打印技术生产可供人类穿着和食用的皮肉。公司创始人Andras

Forgacs

是一位对科技和生命科学领域兴趣浓厚的企业家。在成立ModernMeadow之前，Forgacs

还创建了Organovo，一家利用3D打印生产医用人体器官的医疗公司。另类的“皮肉”打印公司：ModernMeadow

2、3D打印技术发展2.2、国外著名公司Mcor是世界上唯一一家使用办公用纸作为3D打印材料的公司。打印材料随手可得：Mcor

3、3D打印分类3.1、打印成型技术分类FDM熔融沉积成型FuseddepositionmodelingFFF熔丝制造成型

fusedfilamentfabricationPJP塑料喷射印刷

plasticjetprinting

3、3D打印分类3.2、打印材料分类ABS工程塑料PLA合成塑料（来自玉米）NYLON尼龙RUBBER橡胶POLYSTYRENE聚苯乙烯POLYCARBONATE聚碳酸

商业打印机用于机械设备商业和桌面级区别打印材质3、3D打印分类3.3、打印技术分类SLA立体光刻DLP数字光处理

3、3D打印分类3.3、打印技术分类SLA立体光刻

1、液槽中盛满液态光固化树脂2、激光在区域照射3、被照射区域固化为模型3、3D打印分类3.3、打印技术分类DLP数字光处理用普通的投射光线来雕刻模型4、3D制作演示4.1、3D打印文件格式STLOBJDAEX3DVRMLWRLPLY不含颜色有颜色1、2、3、4、3D制作演示4.2、3D设计软件以AUTOCAD为例：制作一个三维图形4、3D制作演示4.3、3D打印修补Autodesk升级MeshMixer增加3D打印机支持功能

3D打印改进（3DPrintingImprovement）：添加/编辑自定义的打印机，可支持大多数3D打印机。新制造切片工具（NewMakeSlicestool）：对3D对象进行切片。这里使用了两种技术：Stacked或Stacked3D新的拖放功能：通过拖放将选取的物体添加到另一个3D对象上。增加了基本图库。把零件库添加到了Meshmix面板上以适应日益增长的零件和3D对象库新的“SeparateShells”可以把原本组合在一起的多个不同的几何体分成单独的对象支持PLY二进制格式支持3Dconnexion空间鼠标修复了一些Bug，并在稳定性方面有所改进4、3D制作演示4.4、3D打印注意点Manifold（面域）模型度量单位设计原则：线条要完全连接，才能组成封闭图形4、3D制作演示4.5、图像扫描Photogrammetry

数字测量学可以用相机旋转着慢慢拍摄10-50张照片，仰拍，俯拍都要来一张，由软件分析二位照片，制作模型网格，得到模型。4、3D制作演示4.5、图像扫描微软技术演示4、3D制作演示4.6、打印注意项Boundingbox(便捷方盒)Wallthickness（内壁厚度）5.1、目前状况全球3D打印机市场目前由美国公司主导。5、3D打印的未来展望随着3D打印技术的进步和应用越来越广泛，从原型制造转移到现场快速制造高品质的零件的前景已经为期不远了。随着3D打印机成本的下降，打印质量的提高，政府希望通过3D打印技术简化供应链，能够降低当地电子、汽车、医疗等行业以及消费品生产成本高昂、能源浪费效率低下的状况。美国总统巴拉克•奥巴马在上周二的国情咨文演讲中强调了3D打印技术的重要性，从而将推动3D打印业的发展。奥巴马表达了自己对3D打印技术的期望，希望它将成为令美国制造业重新焕发出活力的重要推动力。此外，3D打印机的售价也在过去两年里迅速下跌，从每台售价一度高达2万美元下降至目前的1,000美元左右。这可要部分归功于中国公司的努力。中国看到了3D打印技术所蕴藏的商机，我们期待能够研发出更多的新技术，更多的企业拥有核心竞争力，进而创造更多的价值。5.1、目前状况5、3D打印的未来展望5.1、目前状况5、3D打印的未来展望3Dprintingforconceptmodeling概念模型采用三维打印成型Rapidmanufacturing快速制造Rapidprototyping快速成型模型PresentFutureNumberofpartsproduced5.2、各国情况韩国政府投资24亿韩元建3D打印中心科学和教育部门计划将3D打印内容加入到高中和大学的软件课程里，让参与计划的学校，探索使用这种技术的潜在好处和挑战。产业和科学部门还打算建立一个智能手机应用程序商店（Appstore）来销售可打印的数字内容，启发更多的人拓展3D打印技术的应用范围。从2015开始，个体工商户和小企业在3D打印中心免费租用3D打印机。政府认为3D打印能帮助减少小企业的研发成本。而传统上制造一个机械加工模具或其他模具用于产品原型可能需要几百万韩元，花费数周或数月的时间；3D打印则可在一夜之间完成相同零部件的制造，只需花费材料成本。5、3D打印的未来展望台湾在5月启动一项3D打印发展计划台湾科学技术部（MOST）宣布了一项3D打印的发展计划，一项为期三年的计划，由台湾科技部发起。该部每年将向3D打印技术及其应用的研发领域投入新台币七千万元。全台湾的所有高中和高职学生都能接触到3D打印机。这项为期三年的计划也鼓励学术和工业界进行合作，建立战略联盟，共同开发3D打印技术。

5、3D打印的未来展望5.2、各国情况日本启动新一代3D打印机国家项目，5年后速度10倍精度5倍日本政府在2014年的预算案中划拨了40亿日元，用以实施“以三维成型技术为核心的制造革命计划”。目前，该计划已经分成以32亿日元为上限的“新一代工业3D打印机技术开发”和以5.5亿日元为上限的“超精密三维成型系统技术开发”两个主题，并公开招募了开发委托单位。5、3D打印的未来展望5.2、各国情况前者主题以可以成型金属材料的3D打印机（以下称：金属3D打印机）为对象