01第一章 任务一 3D打印技术的产生

任务一 3D打印 技术的产生
一、3D打印技术产生背景
学习目标： 1. 了解3D打印技术产生的背景； 2. 了解3D打印技术的形成与发展历程，熟悉其国内外发展动向。
任务描述： 通过多媒体课件的演示，了解和熟悉3D打印技术产生的背景、发展历程，通
过课前搜集相关的资料、师生互动、分组讨论等形式加强对本任务学习内容 的理解和掌握。
3D打印技术是CAD技术、数据处理、数控、测试传感、激光等多种机械电子 技术以及材料科学、计算机软件科学的综合高科技技术（如下图）。因此， 各种相关技术的迅速发展是3D打印技术得以产生的重要技术背景。
3D打印技术具有非常广阔的前景和应用价值，世界上主要先进工业国家的政 府部门、企业、高等院校、研究机构纷纷投入巨资对3D打印技术进行开发和 研究。2012年8月，美国增材制造创新研究所成立，联合了宾夕法尼亚州西 部、俄亥俄州东部和弗吉尼亚州西部的14所大学、40余家企业、11家非营 利机构和专业协会；英国诺丁汉大学，谢菲尔德大学、埃克塞特大学和曼彻 斯特大学等相继建立了增材制造研究中心；德国建立了直接制造研究中心， 主要研究和推动增材制造技术在航空航天领域中结构轻量化方面的应用…… 当前国际已形成一股强劲的3D打印热，且发展十分迅猛。美国、欧洲、日本 都站在21世纪世界制造业全球竞争的战略高度来对待这一技术。
如图所示，3D打印技术首先需要将零件的电子模型（如CAD模型）按一定方 式离散，转换成可加工的离散面、离散线和离散点，而后采用多种手段，将 这些离散的面、线段和点堆积形成零件的整体形状。总体来说，由于上述工 艺过程无需专用工具，工艺规划步骤简单，制造成本较数控加工下降20%～ 30%，周期缩短10%～20%，大大提高了企业高新产品的开发能力和市场竞 争力。
第一章 3D打印技 术概论
3D打印技术，诞生于20世纪80年代后期，是基于离散堆积原理的一种新兴 制造技术。与传统制造技术不同，3D打印技术依据计算机指令，通过层层堆 积原材料制造产品，变传统加工业的“去除法”为如今的“增长法”，因此， 又被称为增材制造技术。从产品的有模制造到无模制造，3D打印技术为制造 业带来革命性的意义，因此被认为是制造领域的一个重大成果。
目前，我国的3D打印设备及技术已接近先进国家同类产品的发展水平，完全 可以满足国内制造行业的复杂需求。同时，由于自主研发的配套材料也逐渐 趋于完善，使得我国对进口材料的依赖性得到明细改善。这标志着我国已初 步形成了3D打印设备和配套材料的制造体系。
西安交通大学的激光快速成型系统
华中科技大学的快速成型设备
二、3D打印技术的发展历程
3D打印技术的基本原理是基于离散/堆积成型，它的发展最早可追溯到19世 纪的早期地形学工艺领域。1892年，J. E. Blanther就在其专利提到利用叠层 的方法来制作地图模型。从1892年至1979年的近100年间，Blanther、 Carlo Baese、Perera、Matsubara、Nakagawa等学者先后提出以蜡片、 透明纸板、光敏聚合树脂为材料进行堆叠，采用切割或选择性烧结的方式制 备立体模型。
课后练习：
1．3D打印技术与传统制造技术在开发流程上有何区别？
2．3D打印技术需要哪些技术的支持？
3．在网络上收集国内外3D打印技术方面的资料，哪些国家技术发展比较成 熟，其各自的优势有哪些？国内的发展情况又如何？
为解决中国制造业对3D打印技术的迫切需求，一些高等院校和研究机构，如 清华大学、西安交通大学、华中科技大学、上海交通大学，都迅速开启对3D 打印技术的研究工作，并取得了显著的成果。清华大学研制出世界上最大的 LOM双扫描成型设备，自主开发的大型挤压喷射成形3D打印设备也具世界 之首；西安交通大学在卢秉恒院士的带领下研发出一套国内领先水平的快速 成型系统（图1-1-4），并在打印材料上取得重大突破；华中科技大学已成 功推出商业化的LOM和SLS成型设备（图1-1-5）；上海交通大学开发了具 有我国自主知识产权的铸造模样计算机辅助快速制造系统，为汽车制造行业 做出巨大贡献。
作为一门交叉学科，3D打印技术集机械工程、CAD、逆向工程技术、分层制 造技术、数控技术、材料科学、激光技术于一身，其应用领域非常广泛。从 工业造型、机械制造、航天航空到医学、考古Βιβλιοθήκη Baidu文化艺术、雕刻、首饰等领 域，3D打印技术已逐渐成为了产品快速制造强有力的手段。但是，从目前 3D打印技术的研究和应用现状来看，它仍然面临来自技术本身的发展限制。 因此，只有突破3D打印技术自身局限性，才能拓展出更广阔的应用领域。