3D打印技术的发展PPT课件
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3D芯片堆叠技术
❖ 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，但许多人都怀疑这种技 术到底有没有可能付诸实用，而且这项技术的实际 发展速度 也相对缓慢，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。
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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。
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大学生3D打印出机器人照顾老人
❖ 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。
3
3D打印原理
❖ 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，胶水液滴本身 很小，且不易扩散。 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，
4
❖ 而没有胶水的区 域仍保持松散状态。
❖ 该技术珠宝，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，枪支以及其他领域都有所应用。
❖ 3D打印技术出现在上世纪90年代中期，实际上是利用 光固化和纸层叠等技术的快速成型装置。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“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。这一技术如今在多个 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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欧宇航局3D打印的月球基地模型
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3D 手机应用
3D晶片堆叠在智能手机领域应 用广泛，但很少有手机像 iPhone 4那样拥有1:1的晶片比 例(ratio of silicon)；大多数多 层PCB有采用微通孔(microvias)，但很少会用到十层电路 板。由于积极采用3D晶片堆叠， iPhone 4是主流智能手机中， 将印刷电路板面积做最大化利 用的产品之一；此外，该款手 机罕见地使用了大量小型配件 与螺丝，因此所需的人工封装 密集度，可能不亚于高档腕表
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。
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3D 打印过程演示图
6
3D 打印过程演示图
7
3D打印技术的应用
❖ 3D打印技术通常是采用数字技术材料打印机来实现。这种打 印机的产量以及销量在二十一世纪以来就已经得到了极大的 增长，其价格也正逐年下降。
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2.5D与3D芯片堆叠技术
2.5D芯片堆叠结构
理论上说，3D芯片堆叠技术 的实现可分两步走，第一阶 段是先采用借助硅中间互连 层的2.5D技术，这种技术 中虽然也有使用TSV技术， 但如上图所示，功能芯片 (chip1/2)中并没有制出TSV 结构，而是把TSV结构设置 在专门的衬底中，功能芯片 通过microbump与中间互连 层(interposer)连接，再通 过一层TSV衬底连接到3D 芯片封装用衬底上；
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❖ 而第二阶段则会将TSV 结构直接植入功能芯片 之中。 而现在，多家 组织已经组建了许多新 的，面向主流应用的3D 芯片堆叠项目组。举例 而言，Semtech组织便 正在与IBM公司进行这 方面的合作，这个项目 的目标是将模数转换器 芯片与DSP芯片利用 TSV 3D堆叠技术连接 在一起，这两种芯片将 通过一层中间互联层 （interposer）连接在 一起，该互连层的峰值 带宽可超过1.3Tbps
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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打印技术的 发展
1
❖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。
2
3D打印技术的定义
❖ 3D打印技术（3D printing），即快速成形技 术的一种，它是一种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。过去其 常在模具制造、工业设计等领域被用于制造 模型，现正逐渐用于一些产品的直接制造。 特别是一些高价值应用（比如髋关节或牙齿， 或一些飞机零部件）已经有使用这种技术打 印而成的零部件。
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世界第一台3D照片打印机
9பைடு நூலகம்
中国第一台生物打印机
10
世界上第一辆用3D打印机制造的汽车 urbee
11
3D自行车
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3D打印的花瓶
❖ 以往靠模具机器生产出 来的花瓶，通过科研人 员数码建模，把设计文 件发送到3D打印机，然 后选择ABC塑料剂，经 过喷涂、挤压等方式一 层一层添加打印，约半 小时后，一个漂亮的花 瓶便呈现在面前。
3D芯片堆叠技术
❖ 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，但许多人都怀疑这种技 术到底有没有可能付诸实用，而且这项技术的实际 发展速度 也相对缓慢，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。
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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。
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大学生3D打印出机器人照顾老人
❖ 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。
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3D打印原理
❖ 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，胶水液滴本身 很小，且不易扩散。 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，
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❖ 而没有胶水的区 域仍保持松散状态。
❖ 该技术珠宝，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，枪支以及其他领域都有所应用。
❖ 3D打印技术出现在上世纪90年代中期，实际上是利用 光固化和纸层叠等技术的快速成型装置。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“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。这一技术如今在多个 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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欧宇航局3D打印的月球基地模型
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3D 手机应用
3D晶片堆叠在智能手机领域应 用广泛，但很少有手机像 iPhone 4那样拥有1:1的晶片比 例(ratio of silicon)；大多数多 层PCB有采用微通孔(microvias)，但很少会用到十层电路 板。由于积极采用3D晶片堆叠， iPhone 4是主流智能手机中， 将印刷电路板面积做最大化利 用的产品之一；此外，该款手 机罕见地使用了大量小型配件 与螺丝，因此所需的人工封装 密集度，可能不亚于高档腕表
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。
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3D 打印过程演示图
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3D 打印过程演示图
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3D打印技术的应用
❖ 3D打印技术通常是采用数字技术材料打印机来实现。这种打 印机的产量以及销量在二十一世纪以来就已经得到了极大的 增长，其价格也正逐年下降。
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2.5D与3D芯片堆叠技术
2.5D芯片堆叠结构
理论上说，3D芯片堆叠技术 的实现可分两步走，第一阶 段是先采用借助硅中间互连 层的2.5D技术，这种技术 中虽然也有使用TSV技术， 但如上图所示，功能芯片 (chip1/2)中并没有制出TSV 结构，而是把TSV结构设置 在专门的衬底中，功能芯片 通过microbump与中间互连 层(interposer)连接，再通 过一层TSV衬底连接到3D 芯片封装用衬底上；
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❖ 而第二阶段则会将TSV 结构直接植入功能芯片 之中。 而现在，多家 组织已经组建了许多新 的，面向主流应用的3D 芯片堆叠项目组。举例 而言，Semtech组织便 正在与IBM公司进行这 方面的合作，这个项目 的目标是将模数转换器 芯片与DSP芯片利用 TSV 3D堆叠技术连接 在一起，这两种芯片将 通过一层中间互联层 （interposer）连接在 一起，该互连层的峰值 带宽可超过1.3Tbps
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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打印技术的 发展
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❖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。
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3D打印技术的定义
❖ 3D打印技术（3D printing），即快速成形技 术的一种，它是一种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。过去其 常在模具制造、工业设计等领域被用于制造 模型，现正逐渐用于一些产品的直接制造。 特别是一些高价值应用（比如髋关节或牙齿， 或一些飞机零部件）已经有使用这种技术打 印而成的零部件。
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世界第一台3D照片打印机
9பைடு நூலகம்
中国第一台生物打印机
10
世界上第一辆用3D打印机制造的汽车 urbee
11
3D自行车
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3D打印的花瓶
❖ 以往靠模具机器生产出 来的花瓶，通过科研人 员数码建模，把设计文 件发送到3D打印机，然 后选择ABC塑料剂，经 过喷涂、挤压等方式一 层一层添加打印，约半 小时后，一个漂亮的花 瓶便呈现在面前。