3d打印科技論文
3D打印技術(shù)這一新概念的普及和市場的興起，3D打印機的更新?lián)Q代速度也將會隨著市場的需求加快，3D打印可以使美夢成真。 下面是小編為大家精心推薦的3d打印科技論文，希望能夠?qū)δ兴鶐椭?/p>
3d打印科技論文篇一
正走向現(xiàn)實的3D打印
作者簡介：張?zhí)煲?1982-)，男，北京人，工學博士，高級工程師，從事以光電和互聯(lián)網(wǎng)為主的電子信息制造及服務業(yè)發(fā)展的新業(yè)態(tài)、新趨勢研究。
摘要：3D打印技術(shù)這一新概念的普及和市場的興起，3D打印機的更新?lián)Q代速度也將會隨著市場的需求加快，3D打印可以使美夢成真。
關(guān)鍵詞：便宜;食品領(lǐng)域;個性化定制
傳統(tǒng)機床的銑、車、鉆等工藝都是切削加工的工藝，算是“減材制造”，而最近興起的3D打印技術(shù)則是通過原材料的堆疊，逐層加工形成預先設計的形狀。這種“增材制造”的技術(shù)具有節(jié)約材料、低成本、快速適應和定制化的特點，儼然成為開啟第三次工業(yè)革命序幕的新技術(shù)。
一、3D打印的三大優(yōu)勢
一般認為，在生產(chǎn)一件產(chǎn)品的同時，想要實現(xiàn)又好又快又便宜是非常困難的，通常只能達到三分之二的預期效果，但是3D打印恰恰可以使美夢成真。
1、好。3D打印脫離了傳統(tǒng)車床的制造工藝，技術(shù)人員不再拘泥于每種機器只能做一種加工的限制，從加工手段上打開了無限的設計空間;而在操作手法上，對熟練工的要求轉(zhuǎn)變?yōu)閷﹄娔X軟件的操作和對機器的校準，無需經(jīng)過多年的學藝就能掌握完整的操作流程;從材料角度來看，一件產(chǎn)品往往不是由單一材料制成的，3D打印可以簡便地實現(xiàn)材料組合;最重要的是結(jié)合了3D掃描技術(shù)，技術(shù)人員可以將實體世界的形狀掃描成可編輯的設計文檔，并借助3D打印技術(shù)獲得精確的復制。這些新的變化，都降低了3D打印操作的門檻，更容易獲得令人滿意的產(chǎn)品。
2、快。3D打印能夠?qū)崿F(xiàn)一體化成型，通過省略組裝環(huán)節(jié)的方式縮短了供應鏈，同時減少相應的勞動力、運輸成本和由此帶來的能耗和污染;3D打印機雖然體積不大，但可以生產(chǎn)比自己大的物體，并且便于移動，可以實現(xiàn)就近生產(chǎn)，也提高了生產(chǎn)效率，大大縮短了制造時間。
3、便宜。3D打印是逐層疊加的制造工藝，因此最終產(chǎn)品的成本與所制造物體的復雜程度和產(chǎn)品的多樣性無關(guān)，其成本取決于最終產(chǎn)品的實際體積，即消耗原材料的用量。與此同時，作為增材制造的3D打印，改變了傳統(tǒng)塑料和金屬制造中邊角料嚴重浪費的現(xiàn)象，幾乎可以被稱作“凈成型”的制造，在節(jié)省成本的同時達到了環(huán)保的功效。
二、3D打印的主要代表性應用
3D打印憑借其顛覆性的生產(chǎn)工藝徹底改變了產(chǎn)品加工制造的思路，更將許多以前的不可能變?yōu)榭赡堋?D打印除了可以實現(xiàn)傳統(tǒng)加工技術(shù)無法完成的復雜結(jié)構(gòu)以外，還可以在食品和個性化定制等領(lǐng)域發(fā)揮無限潛力。
1、食品領(lǐng)域。在3D打印機研發(fā)的過程中，研究人員意外地發(fā)現(xiàn)，蛋糕面粉是工程設計原型和打印參數(shù)調(diào)控的理想材料，這是因為蛋糕面粉價格低廉，種類繁多，可溶于水，又便于清洗，所以迅速成為3D打印實驗的原料替代品。
利用3D打印技術(shù)制造巧克力、漢堡包或者曲奇餅干，可以獲得不同以往的新奇功效。一是通過3D打印可以獲得精準量化的食品，適用于對飲食有特別要求的糖尿病患者或減肥人士。二是可以設計個性化的巧克力和餅干造型，甚至可以在內(nèi)部設計文字，只有被咬開以后才能被“意外”地發(fā)現(xiàn)。這種內(nèi)部定制信息的食品，相信會擁有巨大的市場空間。三是對需要烤制的食品，可以在打印的同時進行加熱處理，使其保持預期的形狀，打印完畢可以直接上桌。當然， 3D打印出來的食品也有問題需要解決。首先是原材料，是否各種食材都能被預先設計為可打印材料，這是個門檻;其次是加工工藝，現(xiàn)在看來，3D打印如何與煎、炸、蒸、煮相結(jié)合，制作出花樣更豐富的飯菜，也還需探索;最重要的是，食品以色香味為最優(yōu)先的評價指標，經(jīng)過各種加工的食品，口感上難以避免與新鮮食品有所差距。
2、個性化定制。3D打印區(qū)別于傳統(tǒng)工藝的最大特點是能夠以低成本進行個性化定制，免去了昂貴的模具費用，只要選擇合適的材料就可以一次成型，無需繁瑣的加工過程。
3D打印的人物像已經(jīng)在市場上可見，有些醫(yī)院可以為準媽媽送上一個腹中胎兒的3D頭像作為紀念。醫(yī)療用的牙齒矯正器、假肢相信也將于不久之后得到推廣使用。目前正在抓緊研究的是3D打印人體的軟骨組織和器官組織，這些組織不僅需要特定外形，還要能勝任一定的“生理任務”。研究人員使用活體細胞打印成所需的形狀以后，還需要提供環(huán)境使其生長成熟，再經(jīng)過一系列“打磨”和“壓力實驗”使其在植入人體以后能發(fā)揮功效。
個性化定制的出身就是小眾市場，對服裝鞋帽之類產(chǎn)品，為特定人群量身定做才是正道。比如跑鞋的生產(chǎn)，可以先通過3D掃描技術(shù)獲得運動員雙腳外形的信息，通過人體工程學和跑鞋加工工藝的數(shù)據(jù)分析，能夠得到該運動員專屬的跑鞋數(shù)據(jù)，并通過3D打印生產(chǎn)而得，這應該就是傳說中的完美產(chǎn)品了。
三、3D打印的發(fā)展瓶頸與機遇
目前在國內(nèi)已經(jīng)有許多研究機構(gòu)在開展3D打印的研究和應用，也有來自國外的3D打印店落戶大街小巷挖掘市場的第一桶金。但輝煌之下，還要看到潛在的風險和未來的機會。
一是材料工藝、技術(shù)標準不統(tǒng)一?，F(xiàn)在的3D打印還處在百家爭鳴的階段，各廠商材料和工藝的匹配、設計文檔和軟硬件設備的匹配都存在缺陷，需要國家或行業(yè)聯(lián)盟進行整合，規(guī)范和統(tǒng)一技術(shù)標準;二是3D打印這種分布式生產(chǎn)的模式，將帶來更多關(guān)于商標知識產(chǎn)權(quán)的問題;三是由于目前技術(shù)尚不成熟，因此3D打印產(chǎn)品的質(zhì)量安全，甚至是產(chǎn)品本身所帶來的公共安全都可能給人們生產(chǎn)生活帶來隱患。
有挑戰(zhàn)才有機遇，對于企業(yè)而言，可以重點關(guān)注以下環(huán)節(jié)。一是投資與3D打印配套的材料和凝固工藝研發(fā)，探索具有一定普適性的材料和工藝。可以關(guān)注國內(nèi)參與3D研發(fā)的高校和科研機構(gòu)，也可與從事涂料、材料等專業(yè)進行跨領(lǐng)域合作，甚至國外將大理石粉末用作3D打印材料的案例。二是探索在“模具替代”領(lǐng)域的應用，如汽車零配件設計和其他五金橡膠產(chǎn)品的設計領(lǐng)域，對于這類應用應嘗試創(chuàng)新模式，如與地方政府共同搭建3D打印創(chuàng)新設計服務平臺，爭取政府資金共同服務于當?shù)仄髽I(yè)。三是全面把握3D打印行業(yè)發(fā)展趨勢，積累相關(guān)的知識產(chǎn)權(quán)信息，可以為相關(guān)企業(yè)提供行業(yè)咨詢和知識產(chǎn)權(quán)法律服務(如專利代理等)。在3D打印全產(chǎn)業(yè)鏈中，處于最末環(huán)節(jié)的面向消費者的體驗店，雖然有獲利機會，但畢竟前期投入大，競爭越發(fā)激烈，風險較大，若沒有充分積累和把握，應謹慎介入。
現(xiàn)階段，由于3D打印技術(shù)尚處于開發(fā)和摸索階段，從市場上獲取的數(shù)據(jù)來看，3D打印設備的生產(chǎn)仍然以基本的功能為主要側(cè)重點。即使是不同的品牌和型號，3D打印機的尺寸，使用材料和價格并不存在很大的差距和個性化。
對于想要致力于3D打印行業(yè)的企業(yè)來說，打印機這一固定資產(chǎn)的投入成本會比較大。然而現(xiàn)階段隨著3D打印技術(shù)這一新概念的普及和市場的興起，3D打印機的更新?lián)Q代速度也將會隨著市場的需求加快，因此，企業(yè)不宜在創(chuàng)立階段投入過多的資本購置打印機，更適合采用租賃的方式取得3D打印機的使用權(quán)，這樣可以避免技術(shù)和產(chǎn)品更新所帶來的風險和損失，提高企業(yè)的盈利和效益。
3d打印科技論文篇二
3D打印技術(shù)的發(fā)展方向
摘 要：3D打印技術(shù)將攝影、計算機、互聯(lián)網(wǎng)、新材料等結(jié)合在一起改變著我們的生產(chǎn)和生活方式，廣泛應用在個性化產(chǎn)品、生物工程、高端工業(yè)產(chǎn)品、數(shù)碼娛樂等領(lǐng)域，3D打印技術(shù)未來將向精密化、智能化、通用化以及便捷化等方面發(fā)展。
關(guān)鍵詞：3D打印技術(shù) 應用 瓶頸 發(fā)展方向
具有工業(yè)革命意義的3D打印技術(shù)將攝影、計算機、互聯(lián)網(wǎng)、新材料等有機結(jié)合在一起改變了我們的傳統(tǒng)思維，對我們的生產(chǎn)和生活方式將帶來巨大的改變。
一、3D打印技術(shù)的前景
3D打印技術(shù)源于美國軍方的快速成型技術(shù)，隨著計算機和網(wǎng)絡技術(shù)的發(fā)展到20世紀80年代才出現(xiàn)商業(yè)3D打印機[1]，由于3D打印技術(shù)顛覆性的制造理念，在一些特殊的應用領(lǐng)域發(fā)展很快。
1.3D打印技術(shù)簡介
3D打印技術(shù)是指通過連續(xù)的物理層疊加，逐層增加材料來生成三維實體的技術(shù)，它綜合了攝影、數(shù)字建模、材料、機電控制和計算機等前沿技術(shù)知識，也稱增材制造、立體印刷或直接數(shù)字制造等[2]，主要包括建模、打印和后處理三個步驟，先建立數(shù)字化模型，運用液體(如液態(tài)光敏樹脂)、固體粉末(如金屬粉或塑料粉)、絲材(如塑料絲)等，通過光固化成型或熔融擠出以逐層成型的方式打印出實體產(chǎn)品。
2.3D打印技術(shù)的歷程
由于發(fā)達國家特別是美國的重視和大力投入，3D打印的關(guān)鍵技術(shù)不斷被突破，20世紀80年代到90年代，美國出現(xiàn)了光固化成型(SL)、選擇性激光燒結(jié)(SLS)、熔融擠出成型(FDM)、三維印刷(3DP)等一系列3D打印的核心專利技術(shù)，隨后各種不同用途的3D打印機相繼問世：1984年美國人Charles Hull制造出世界第一臺商業(yè)3D打印機;1986年Charles Hull成立了3D Systems公司，這是世界上第一家生產(chǎn)3D打印機的公司;2009年美國Organovo公司首次使用3D打印機造出人造血管;2011年8月，南安普敦大學研發(fā)出世界第一臺可以打印飛機的3D打印機;2012年11月，蘇格蘭科學家利用人體細胞首次用3D打印機打印出人造肝臟組織。3D打印的各種產(chǎn)品正在快速改變我們的生活。
3.3D打印技術(shù)的前景
2014年4月在紐約舉行了主題為‘萬物皆可打印’的‘3D打印博覽會’，有名3D打印公司都推出了各自最新廉價實用的3D打印機：中國的太爾時代公司推出的型號為PP3DP的3D打印機售價900美元 /臺;浙江金華萬豪配件有限公司推出的勇士4號僅需4999元/臺;Quirm公司推出的Chocabyte 3D打印機價格僅為99美元/臺;而Form Labs公司生產(chǎn)的 Form 1 3D打印機可以打印出厚度僅為25微米的產(chǎn)品，可謂盛況空前，3D打印機的價格越來越便宜，所打印的產(chǎn)品越來越實用。目前，各國的研發(fā)投入都在不斷增加，以搶占制高點，而且，越發(fā)達的國家越重視，投入越大所占市場份額也越多，各國和地區(qū)所擁有的市場份額見表1。
表1世界主要國家擁有的3D打印市場份額
國家 美國 日本 德國 中國 英國 意大利 法國 加拿大 韓國 其它
份額：% 41.00 10.19 9.19 6.49 4.80 4.10 3.00 1.90 1.90 17.43
市場研究公司Canalys的報告表明：3D打印市場目前仍處于起步階段，但發(fā)展速度正不斷加快，其規(guī)模2013年為25億美元，2018年將增至162美元以上，‘只要你能想到的，就能被設計和打印’，可以說3D打印技術(shù)的發(fā)展前景是非常廣闊的。
二、3D打印技術(shù)的應用
3D打印技術(shù)的優(yōu)點決定它在小批量、結(jié)構(gòu)復雜、原材料昂貴的領(lǐng)域有著廣泛的用途。
1.3D打印技術(shù)的優(yōu)勢
3D打印技術(shù)與傳統(tǒng)模型加工制造相比優(yōu)勢明顯：①可按個人的意愿實現(xiàn)個性化生產(chǎn)。②可實現(xiàn)制造傳統(tǒng)加工工藝很難完成的復雜的一體成型產(chǎn)品。③可生產(chǎn)高精度的產(chǎn)品。④產(chǎn)品生產(chǎn)周期短，生產(chǎn)流程簡單。⑤生產(chǎn)彈性大，可按需生產(chǎn)。
2.3D打印技術(shù)的應用
近幾年隨著3D打印技術(shù)的成熟，3D打印產(chǎn)業(yè)發(fā)展很快，主要應用領(lǐng)域有：①日用品：個性化的珠寶首飾、服裝、玩具等。②電子產(chǎn)品：手機、音響及各種高檔光電器材。③人造器官：人造骨骼、牙齒、假肢、甚至血管、組織和器官等。④、工業(yè)制造：各種高端工業(yè)零部件，如：汽車、衛(wèi)星、飛機的一些不規(guī)則配件等。
三、3D打印技術(shù)發(fā)展的瓶頸
目前3D打印的耗材主要有熱塑性樹脂、光敏樹脂、橡膠和各種金屬材料，其固化方式主要是加熱、降溫、紫外線和激光燒結(jié)四種，因要求產(chǎn)品必須達到一定的強度，剛性和熱穩(wěn)定性等，故對材料的各項性能要求很高，因此價格很貴，有的高達4萬元/kg，是制約3D打印技術(shù)廣泛應用的主要瓶頸。市場使用最多的光敏樹脂和改性樹脂與普通樹脂價格對比見表2。
四、3D打印技術(shù)的未來發(fā)展方向
隨著大數(shù)據(jù)時代的到來，人類綜合利用各種最新科研成果水平的提高，3D打印技術(shù)將向降低生產(chǎn)成本和生產(chǎn)過程的精密化、智能化等方向發(fā)展：①降低耗材價格：隨著研究的深入，耗材必然多樣化，生產(chǎn)也將規(guī)?；?，耗材生產(chǎn)成本必將大幅降低，價格也會大幅下降。②提高耗材功能：各種智能材料、多功能材料將使產(chǎn)品更加實用，功能性更強。③提高打印速度和精度：實現(xiàn)連續(xù)打印、大件打印、多材料打印等，產(chǎn)品更加美觀實用。④推進3D打印機小型化：促使成本更低廉，操作更簡便。
參考文獻：
[1]孫柏林 試析3D打印技術(shù)的優(yōu)點和局限 [J].自動化技術(shù)與應用，2013(06)：15-18
[2]王雪瑩.3D打印技術(shù)與產(chǎn)業(yè)的發(fā)展及前景分析[J].中國高新技術(shù)企業(yè)，2012(26)：3-5
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