3D打印技术方案与应用

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Jim Bredt和Tim Anderson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。
谢谢！
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(Bon Verweij) 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。
政府 /军工
教育机构 医药
消费产品 工业 太空 汽车 其他 0.00%
2013
2014
3D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
控制机构（FDM）
控制系统
环境营造单元
材料供给单元
运
Y轴定位
X轴定位
堆积头
材料加热、挤出
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。
USB 或串口连接线 转接板 位控 模块 I/O 接 口板 驱 动 器 成型材料温控器 加热元件 计算机（PC）
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
教育行业
•
(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。
1.3D打印 的起源 4.丰富的打 印产品
2.基本概述
3.发展历史
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”。
驱动器 驱动器
电机 X 电机 Y
测温元件
驱动器 驱动器
电机 Z
送丝电机 检测系统 成型室温控器
测温元件
压力控制系统
加热元件
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。
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；
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-FDM
FDM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。
(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。
行业应用-设计
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3D打印机最新新闻
3D打印机最新新闻
全球最高速微型纳米3D打印机
德国Nanoscribe GmbH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—— Photonic Professional GT。 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100 μm，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。
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。
3D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
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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。
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？
个性家装设计及建筑户型模型打印
个性和创意家具设计及家具模型 打印
建筑外观模型打印
建筑结构剖面模型打印
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-汽车制造
行业应用-日用品
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。
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。
发展前景
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① 能不能添加丰富的色彩？
② 打印尺寸，速度能否提升？ ③ 3D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。
视图
软件界面
3
3D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。
应用领域
• 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。
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
6.00% 9.00% 10.40% 9.30% 13.00% 9.80% 27.70% 22.20% 6.80% 6.60% 8.30% 8.10% 19.40% 26.10% 8.30% 8.90% 5.00% 10.00% 15.00% 20.00% 25.00% 30.00% 35.00%
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。
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。