155053_3D打印技术

演 讲 者
3D 打 印 技 术
近年来，在大家面前出现了一个很酷的 新名词：3D打印。
3D打印虽与市民生活仍有很远的距离， 但通过3D打印技术，可以成功地“打 印”出无人飞机、自行车、汽车等实物。
3D打印已经逐渐开始被部分企业所使 用。
目录
什么是3D打印？
3D打印技术（3D printing），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。它与普通打印机工作原理基本 相同，打印机内装有液体或粉末等“打印材 料”，与电脑连接后，通过电脑控制把“打 印材料”一层层叠加起来，最终把计算机上 的蓝图变成实物。如今这一技术在多个领域 得到应用，人们用它来制造服装、建筑模型、 汽车、巧克力甜品等。
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而没有胶水的区 域仍保持松散状态。
这样在一层胶水一层 粉末的交替下，实体 模型将会被“打印” 成型，打印完毕后只 要扫除松散的粉末即 可“刨”出模型，而 剩余粉末还可循环利 用。
打印完成
3D打印机内部结 构图
浅谈3D芯片堆叠技术现状
• 尽管最近几年以TSV穿硅互联为代表的3D芯片技术在 各媒体上的出镜率极高,但这项技术的实际发展速度相 对缓慢,目前很大程度上仍停留在＂纸上谈兵＂的阶段。 不过,许多芯片制造商仍在竭力推进基于TSV的3D芯 片技术的发展并为其投入研发资金,这些厂商包括 IBM,Intel,三星,东芝等等,3D芯片技术的优势在于可 以在不需要改变现有产品制程的基础上增加产品的集 成度,从而提高单位芯片面积内的晶体管数量。
• 2013年11月23日，西安电 子科技大学展出两千余件大 学生科技竞赛作品，很多创 意令人耳目一新。现场一台 机器人吸引了不少同学围观。 机器人的主要部件都是3D 打印，特别是仿生手，能像 人手一样实现各个手指单独 灵活运动。很多老人行动不 便，有了机器人助手，只要 对着摄像头做出手势，机器 人就能模仿动作去做家务。
件的效果图，然后利用高精度 的镭射q iang来熔解钛粉，并 将它们一层层地喷涂叠加起来， 最终形成一个立体的人造骨骼 部件成品。整个过程不需要任 何的胶水或粘结剂。
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科学家研制的人造血管
• 来自弗劳恩霍夫研究所的 科学家团队就利用3D打 印机和“多光子聚合”技 术，成功研制出了人造血 管。制成的血管具有柔韧 而结实的结构，能够与人 体自生组织融合。同时， 由于它的外膜上覆盖着改 性生物分子，因而并不会 遭到人体的排斥。
• 科学家正根据病人的细胞样本采用专用3D打印机制作人体器官组 织
全球3D打印的市场应用领域分类
3D开源打印机简介
提起3D打印，很多人一定会认为，这是一个非常新的技术，但是事实上并不是 这样。3D打印技术的历史，并不比喷墨打印短多少，它诞生于1986年。将数字 化的3D图形转化成为物理实物，这一想法最早是由美国人查尔斯.豪尔申请的 专利（Charles W. Hull）申请的专利（美国专利4573330），其原理为立体光 刻造型（SLA）。经过30多年的发展，2013年2月 — 德国公司Nanoscribe GmbH在美国旧金山某展会上，发布了一款迄今为止最高速的纳米级别微型3d打 印机Photonic Professional GT。这款3D打印机，能制作纳米级别的微型结构， 以最高的分辨率，快速的打印宽度（可以以每秒超过5太位（terabits）的速 度来打印），打印出不超过人类头发直径的三维物体。
我国3D打印发展现状
• 3D打印行业其广泛的应用令人对其未来的市场空间产生无限联想，甚至被誉 为是极 布局进入3D打印行业渴望分得一杯羹。然而，理想与现实之间，总是存在着 一定的距离。 据中国3D打印联盟提供的数据，2013年全球3D打印市场规模约40亿美元， 相比2012年增长翻了一番，但国内所占份额仅3亿美元，国内企业在全球市 场中占据着较小的份额。 目前国内整个3D打印行业基本上还是各自为战，没有形成合力，尤其缺乏行 业组织的引领和整合，类似的现状与以往一个产业的发展历程何其相似。 尚处于初期发展阶段。与增材制造技术发展最为领先的美国尚有一定的差距。 尚没对3D打印行业建立统一的共性标准。 3D打印原材料供给不足已成为制约其在我国发展的障碍之一。 在增材制造技术的研发上，我国并没有逊色于其他国家，甚至在某些领域还 处于世界领先地位。
一、
3D打印技术的起 源及背景
• 早在1892年，美国一项专 利提出利用分层制造法构 成立体地形图。 • 据报道，美国科学家 Charles Hull发明了第一 台打印机，在1992年，美 国的制造商就卖出了第一 台商用3D打印机。
二、
3D打印技术的原理分析
• 3D打印与激光成型技 术一样，采用了分层 加工、叠加成型来完 成3D实体打印。每一 层的打印过程分为两 步，首先在需要成型 的区域喷洒一层特殊 胶水，然后是喷洒一 层均匀的粉末，粉末 遇到胶水会迅速固化 黏结，（接下一页）
3D打印医学的应用
• • 医学模型快速建造: 医学的道具、模型、用品等材料都可以通过 3D打印来获得。目前，3D打印医学模型已 获得了较好的技术支持，具备一定的打印速 度，能使用多种的材质进行打印，应用程度 高，有着很好的应用前景。 组织器官代替品制作: 该技术不需要先制作模具，可以直接的打印， 建造速度也较快。这项技术可应用于牙种植、 骨骼移植等。身体的软组织器官制作亦取得 了进展，报道显示，美国某大学已利用该技 术制作出人造耳，与此同时，微型人体肝脏 也已被成功制造。该技术的不断进步和应用 的深入将有助于解决当前和今后人造器官短 缺所面临的困难。 脸部修饰与美容: 利用3D打印技术制作脸部损伤组织，如耳、 鼻、皮肤等，这样因为器官衰老而死亡这件 事也许可以避免，健康的肉体将会与健全的 思维存在同样长的时间。
北京航空航天大学首创3D打印制 造飞机大型钛合金风挡(图)
• 中国C-919大型客机风挡在高 速飞行时要承受巨大动压，其 窗框由钛合金制成。北京航空 航天大学王华明教授及其带领 的科研团队在大型钛合金结构 件激光直接制造技术领域取得 令人瞩目的成绩，并且在中国 航空航天装备应用中取得了重 要突破。据了解，中国成为迄 今国际上唯一实现激光成形钛 合金大型主承力关键构件在飞 机上实际应用的国家。
3D打印产业链分析
• • 上游环节： 根据Wohlers Associates统计显示，2012工业级3D打印设备中，销售额前三位分 别为光固化31%， FDM材料挤出22%，粉末尿熔化21%。而服务商最想购买的设 备来看，以金属粉末作为主要耗材的粉末床熔化设备的需求量超过了整体的一半以 上。金属材料将成为工业发展的趋势，而粉末制备是3D打印非常重要的一个技术难 度，直接影响3D打印技术进步的快慢。 中游设备： 随着3D打印行业的兴起，设备厂商作为早周期部分将显著受益。中游设备大致分为 高端和低端两类，大多数中小企业的产品集中在门槛较低的基于塑料热熔融技术的 低端设备，缺乏投资价值。在较高端的基于激光熔覆技术的高端设备方面，某些具 有核心技术和应用市场拓展能力的企业具备一定投资价 下游服务： 在工业领域中，3D打印可能会率先在军工、核电等价格不敏感型领域率先推广和应 用，主要针对大型、小批量、非标准件产品，尤其在试制阶段的经常进行修改的产 品。
纳米级别微型3D打印机—— Photonic Professional GT
最高速微型纳米3D打印机真身图
工作原理图——第一步
工作原理图——第二步
工作原理图——第三步
工作原理图——第四步
工作原理图——第五步
工作原理图——第六步
3D开源打印项目
• Dreambox，一 项自动三维打印 服务，这个项目 由加州大学伯克 利分校的三名学 生想到，它的操 作简单，支持全 天候使用和存储。 现在，第一台自 动3D打印服务 售货机已经被安 放在加州大学伯 克利分校供学生 使用。
澳大利亚两位设计师打印出3D机器 人
• 皮尤(Jethro Pugh)和尼克 尔斯基(Sam Nikolsky)两 名来自澳大利亚墨尔本的工 业设计师成功地为机器手赋 予了“生命”，让其可以灵 活地活动。几乎每一块部件 都是两人在一个大篷车内制 作出来的，耗时数周，最终 组合成型。作为他们的3D 打印产品的一部分，机械手 将参加他们在全澳的巡回展 示。
3D打印技术的应用
• 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。如：珠宝，鞋类，工 业设计，建筑，工程和施工（AEC），汽车，航 空航天，牙科和医疗产业，教育，地理信息系统， 土木工程，枪支等。以色列的Objet公司认为， 3D打印机需求量较大的行业包括政府、航天和 国防、医疗设备、高科技、教育业以及制造业。
• Mamba3D是一台开源的3D 打印机，用户可以自己 对它进行手动组装。这 台机器由熔融长丝材质 制造而成，框架则采用 了阳极氧化铝，塑膜机 可以承受300摄氏度的高 温，它的0.4毫米喷嘴可 以支持50微米层的分辨 率，最大物体打印体积 为200x200x200毫米。
• RepRap 是一种能够打印 出塑料实物（以塑料为原 材料）的 开源 桌上3D打 印机. 由于RepRap可以 打印出大部分的自身（塑 料）部件, RepRap是一 个任何人都可以花费自己 的时间和精力制作出的玩 意。通过其网站 • 可以了解更多详细信息
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医学领域的3D打印技术——人造 骨骼
• 世界上首例由3D打印技术制作的人 • 工下颌骨移植手术细节日前公布。 移植手术于去年6月在荷兰进行， 接受移植的病人是名患有骨髓炎的 83岁女性。术后她的恢复状况良好， 新的下颌骨并未影响她的语言表达 和进食能力。 这项新的人造骨骼3D打印技术由比 利时公司LayerWise和比利时哈瑟 尔特大学的科研人员共同开发研制， 而器官制作过程被称为“叠加制作 法（AM）”。 通过该方法，技术人员可根据移植 患者的具体需求来设计骨骼部
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3D打印前景
3d打印Strength(优势)： 1.低价的机种，不用负担高额的机械设备费用。 2.制作出来成品费用较低，可以多做尝试。 3.无须模具，可以直接成型塑料，进行少量局部生产。 4.可以低价作出简易模型，进行少量的量产。 5.模型可以后续加工，抛光、上色。 3d打印Opportunity(机会)： 1.属于刚开始发展的机种，将来改良的空间很大。 2.开发成本大幅度的下降，强力的提高研发能力。 3.比创意比设计能力而不必比财力。 4.改良后的机种很有可能支持生产本地化。 5.处处有商机，只要懂设计不怕没生意。 预计2050年实现3D打印机制造飞机 欧洲飞机制造公司Airbus的设计师透露3D打印飞机打造计划，预计2050前达成。据Forbes报导，此计 划将使用机库般大小的3D打印机，制造飞机零件，Airbus的员工Bastian Schafer描述他的构想：此架 飞机80米长，曲面机身由透明材质制成，乘客就感觉彷佛翱翔在云端中。 恩里科· 迪尼称，他已经在和建筑大师诺曼· 福斯特、阿尔塔空间公司等进行讨论，希望能设计出一种可以 使用月球尘土的打印机，届时在月球上就可以使用这种打印机快速的建造出人类的月球基地。