三D打印技术简介----转摘

模具小侠

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基本介绍过程原理优点介绍应用发展社会影响产权保护面临问题3D打印技术的争议

• 世界首个3D打印手枪试验成功
• 美政府要求删除网站下载资源
  

中国3D打印技术发展
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编辑本段基本介绍　　3D打印技术（英语：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。“3D打印技术”意味着这项技术的普及。
　　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。
　　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。
编辑本段过程原理　　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，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。[2]
　　打印耗材由传统的墨水、纸张转变为胶水、粉末，当然胶水和粉末都是经过处理的特殊材料，不仅对固化反应速度有要求，对于模型强度以及“打印”分辨率都有直接影响。3D打印技术能够实现600dpi分辨率，每层厚度只有0.01毫米，即使模型表面有文字或图片也能够清晰打印。受到喷打印原理的限制，打印速度势必不会很快，较先进的产品可以实现每小时25毫米高度的垂直速率，相比早期产品有10倍提升，而且可以利用有色胶水实现彩色打印，色彩深度高达24位。
　　由于打印精度高，打印出的模型品质自然不错。除了可以表现出外形曲线上的设计，结构以及运动部件也不在话下。如果用来打印机械装配图，齿轮、轴承、拉杆等都可以正常活动，而腔体、沟槽等形态特征位置准确，甚至可以满足装配要求，打印出的实体还可通过打磨、钻孔、电镀等方式进一步加工。同时粉末材料不限于砂型材料，还有弹性伸缩、高性能复合、熔模铸造等其它材料可供选择。
编辑本段优点介绍　　三维打印技术的魅力在于它不需要在工厂操作，桌面打印机可以打印出小物品，而且，人们可以将其放在办公室一角、商店甚至房子里；而自行车车架、汽车方向盘甚至飞机零件等大物品，则需要更大的打印机和更大的放置空间。
　　3D打印技术最突出的优点是无需机械加工或任何模具，就能直接从计算机图形数据中生成任何形状的零件，从而极大地缩短产品的研制周期，提高生产率和降低生产成本。
　　与传统技术相比，三维打印技术还拥有如下优势：通过摒弃生产线而降低了成本；大幅减少了材料浪费；而且，它还可以制造出传统生产技术无法制造出的外形，让人们可以更有效地设计出飞机机翼或热交换器；另外，在具有良好设计概念和设计过程的情况下，三维打印技术还可以简化生产制造过程，快速有效又廉价地生产出单个物品。
　　三维打印技术还有其他重要的优点。大多数金属和塑料零件为了生产而设计，这就意味着它们会非常笨重，并且含有与制造有关但与其功能无关的剩余物。三维打印技术不是这样的。在三维打印技术中，原材料只为生产所需要的产品”，借用三维打印技术，他的团队生产出的零件更加精细轻盈。当材料没有了生产限制后，就能以最优化的方式来实现其功能，因此，与机器制造出的零件相比，打印出来的产品的重量要轻60%，并且同样坚固。
编辑本段应用发展　　人们已经使用该技术打印出了灯罩、身体器官、珠宝、根据球员脚型定制的足球靴、赛车零件、固态电池以及为个人定制的手机、小提琴等，有些人甚至使用该技术制造出了机械设备。比如，美国麻省理工学院（MIT）的博士生彼得·施密特就打印出了一个类似于祖父辈使用的钟表的物品。在进行了几次尝试之后，他最终用打印机打印出了塑料钟表，将其挂在墙上，结果，钟开始滴答滴答地走动。
　　三维打印机的应用领域也在随着技术进步而不断扩展。美国科学家已经研发出了能打印皮肤、软骨、骨头和身体其他器官的三维“生物打印机”。人们还使用三维打印机来制造雕塑并修复雕塑，制造由塑料和聚合物制成的三维物体并打印出了食品。
　　三维打印技术排除了使用工具加工、机械加工和手工加工，而且改动技术细节的效率极高。在英国，相同的技术被戈登·默里设计公司用来帮助制造前卫的T.25型城市“生态汽车”，这款汽车已于2010年7月面世。
　　隶属于欧洲宇航防务集团（EADS）的一个科研小组正致力于利用此技术打印出飞机的整个机翼。截止2011年3月研究者已使用该技术制造出了飞机起落架的支架和其他飞机零件，其打印出的支架同一只鞋子的大小一样。
编辑本段社会影响　　有些业内人认为，三维打印技术对制造业的影响将可与喷墨打印机对文件打印的影响相媲美。15世纪出现的活字印刷术让手写体变成了印刷体。印刷机同那些可以进行大规模生产的机器一样，高效地打印出同一物品的副本，但是，其在打印个性化文件时的效率并不高。后来，喷墨打印机使打印变得更便捷、更廉价、更有个性。如今，尽管传统打印机仍然打印着大量的书籍和报纸等，但更多的打印任务是由喷墨打印机来承担的，它能按需打印出书籍、标签、照片等。
　　三维打印技术带来的变化或将改变制造业的经济面貌。许多人认为，这项技术将让商业完全去中心化，逆转伴随着工业化到来的城市化进程，人们将不再需要工厂，届时，每个村庄都将拥有一个由打印机组成的制造厂，制造所需的物品。但是，也有人认为，城市的经济和社会利益远远超出吸引工人到装配线上工作的能力。
　　有人坚持认为，三维打印技术减少了对工厂工人的需求，削减低成本、低工资国家的优势，因而会增加发达国家的生产能力。不过，也有人对此表示怀疑，他们称，亚洲制造商也有能力采用该技术，而且，即使三维打印技术确实会让生产重回发达国家，它也无法提供更多的工作机会，因为与标准的制造过程相比，它并非劳动密集型的技术。
　　而三维打印技术给物流公司带来的威胁是显而易见的，2010年在由中外运敦豪国际航空快递有限公司（DHL）组织的一次大会上，有人就提出了这种可能性：当公司能够在需求产品的地方打印出急需的零部件时，为什么还会从国外空运呢？
编辑本段产权保护　　三维打印技术的意义不仅在于改变资本和工作的分配模式，而且也在于它能改变知识产权的规则。该技术的出现使制造业的成功不再取决于生产规模，而取决于创意。然而，单靠创意也不够，模仿者和创新者都能轻而易举地在市场上快速推出新产品。因此，竞争优势可能将前所未有地变得比以前更短。[4]
　　一旦物品能用数字文件来描述，它们就会变得很容易复制和传播，当然，盗版也会变得更加猖獗，就像音乐工业出现的情况一样。当一个新玩具的草图或一双鞋的设计方案在网上流传时，其知识产权的拥有者会失去更多，因此，人们在知识产权领域进行的斗争会更加激烈。并且，随着开源软件、新的非商业模式的出现，三维打印技术需要比目前更加严谨还是更加宽松的法规还有待验证。
编辑本段面临问题　　现在三维打印技术的精度约为0.1毫米，而且打印机本身的售价偏高，不过，随着技术的进步和成本的降低，一台普通三维打印机的成本有望比1985年的激光打印机还要低。
　　但生物三维打印机也面临着诸多挑战，其中之一是其打印出的物体如何与身体其他器官尤其是大的组织更好地结合，因为任何打印出来的器官或身体组织都需要同身体的血管相连，而这可能非常难实现。一旦克服了这个技术障碍，在未来几十年内，生物打印技术将成为一项标准技术。
编辑本段3D打印技术的争议世界首个3D打印手枪试验成功　　科迪·威尔森（Cody Wilson）2013年5月5日，25岁的德克萨斯大学法律系学生科迪·威尔森首次完全使用3D打印技术制造出一把手枪。随后他把手枪的设计图纸发布在自己的网站DEFCAD上。威尔森自称是一个无政府主义者，认为每个人都应该可以获得枪支。据Defense Distributed告诉《福布斯》的数据显示，自从上传3D打印手枪图纸以来两天，下载量就已超过10万次，显然3D手枪打印信息已经在网上广泛传播。最初大部分下载量发生在西班牙国家，接着是美国、巴西、德国和英国。
　　Defense Distributed分享的3D打印文件均通过新西兰互联网企业家KimDotcom提供的Mega网站上传，而用户信息比如网站登录信息和文件下载信息均已加密保护。此外3D枪支打印信息也曾上传至海盗湾（Private Bay）文件共享网站。3D枪支打印图以CAD文件的形式传播，需要专业软件来阅览，接着便需要3D打印机来一个一个打印零件。[2]
美政府要求删除网站下载资源　　此事引起了正在推动控枪法案的奥巴马政府注意。9日，美国国务院国防贸易法规监管办公室（the US Department of Defense Trade Controls）强令科迪·威尔森将其“3D打印枪支”的设计图从网上删除。对于威尔森以宪法第二修正案作为其正当性的做法，美国政府要求其撤下的理由则是此举违法了《国际武器贸易条例》。现在，DEFCAD网站已经关闭了相关图纸的下载。威尔森表示他不准备抵制政府的禁令，但强调这不完全是投降。威尔森反驳政府下达禁令的理由说，《国际武器贸易条例》并未限制公布可在图书馆查阅到的资料，他声称自己公布的资料可以在得克萨斯州奥斯汀市购买所得。

编辑本段中国3D打印技术发展　　在2013年两会上，全国政协委员、中航工业副总工程师、中国航母舰载机歼-15总设计师孙聪透露，歼-15项目率先采用了数字化协同设计理念：三维数字化设计改变了设计流程，提高了试制效率；五级成熟度管理模式，冲破设计和制造的组织壁垒，而这与3D打印技术关系紧密。他透露，钛合金和M100钢的3D打印技术已应用于新机试制过程，主要是主承力部分。[3]中国歼-15舰载机

　　在传统的战斗机制造流程当中，飞机的3D模型设计好后，需要进行长期的投入来制造水压成型设备，而使用3D打印这种增材制造技术后，零件的成型速度、应用速度得以大幅度提高。如果不是采用3D打印的增材制造技术，歼-15战斗机至今能否首飞都很难讲。“钛合金3D打印技术已用于新机研制”，这一条消息立刻成为媒体瞩目的焦点。《京华时报》引述孙聪的话说，钛合金和M100钢的3D打印技术已广泛用于新机设计试制过程。报道称，于2012年10月至11月首飞成功的机型，广泛使用了3D打印技术制造钛合金主承力部分，包括整个前起落架。“2002年，3D打印技术刚萌芽时，我们就进行相关技术研发，通过与北航的合作，目前已具备一定产业能力。”
　　同时担任“鹘鹰”飞机(歼-31)总设计师的孙聪透露另一个好消息，希望“鹘鹰”飞机未来和歼-20进行高低任务搭配，保持持续打击能力，同时也希望“鹘鹰”的改进版能成为中国下一代舰载机。相信在3D打印技术的支持下，这一天也会很快到来。
　　用3D打印技术制造战机，中国并不是第一家。1984年，美国开发出从数字数据打印出3D物体的技术，并在2年后开发出第一台商业3D打印机。之所以叫“打印机”，是因为它借鉴了打印机的喷墨技术，只不过，普通的打印机是在纸上喷一层墨粉，形成二维(2D)文字或图形，而3D打印则能“打”出三维的立体实物来。　以一个手电筒为例，3D打印机能通过电脑将手电筒进行立体扫描，创建三维设计图，之后对这个立体原型进行“切片”，分成一层一层的，之后，打印机就将原材料按照设计图一层一层地“喷”上去，直到最终造出一个手电筒来，只不过3D打印机喷出的不是墨粉，而是融化的树脂、金属或者陶瓷等材料。
　　美国空军一下子就被这种新技术吸引，他们认为，如果将这种技术用在武器制造上，产生的威力将是惊人的。在航空工业上广泛被使用的一种金属是钛，它的密度只有钢铁的一半，强度却远胜于绝大多数合金，如果通过激光将钛熔化并一层层喷出飞机来，无疑将大大提高美国战机的制造速度。为此，1985年，在五角大楼主导下，美国秘密开始了钛合金激光成形技术研究，1992年这项技术才公之于众。
　　不过，由于在制造过程中钛合金变形、断裂的技术难题无法解决，美国始终无法生产高强度、大尺寸的激光成形钛合金构件。2005年，美国从事钛合金激光成型制造业务的商业公司Aeromet由于始终无法生产出性能满足主承力要求的大尺寸复杂钛合金构件，没能实现有价值的市场应用而倒闭。美国的其他国家实验室也无法攻克这一难题，只能进行小尺寸钛合金部件的打印或进行钛合金零件表面修复。
　　我国于1999年开始金属零件的激光快速成形技术研究，在国家“863”、“973”计划、国家自然科学基金重点项目等的大力支持下，集中开展了镍基高温合金及多种钛合金的成形研究，形成了多套具有工业化示范水平的激光快速成形系统和装备；掌握了金属零件激光快速成形的关键工艺及组织性能控制方法，所成形的TC4、TA15、TA12等钛合金及Inconel 718合金的力学性能均达到或超过锻件的水平，为该技术在上述材料零件的直接制造方面奠定了基础；近年来，我国在飞机钛合金大型整体结构件的激光快速成形方面取得了重要突破，有效解决了激光快速成形钛合金大型整体结构件的变形开裂及内部质量控制两大技术难题，通过对钛合金零件凝固组织的有效控制，所成形的飞机钛合金结构件的综合力学性能达到或超过钛合金模锻件，已通过装机评审并得到应用。
　　中国的钛合金激光成形技术起步较晚，直到1995年美国解密其研发计划3年后才开始投入研究。早期基本属于跟随美国的学习阶段，不过却后来居上，其中，中航激光技术团队取得的成就最为显著。“观察者网”文章表示，早在2000年前后，中航激光技术团队就已开始投入“3D激光焊接快速成型技术”研发，解决了多项世界技术难题、生产出结构复杂、尺寸达到4米量级、性能满足主承力结构要求的产品。
　　目前，中国已具备了使用激光成形超过12平方米的复杂钛合金构件的技术和能力，成为目前世界上唯一掌握激光成形钛合金大型主承力构件制造、应用的国家。在解决了材料变形和缺陷控制的难题后，中国生产的钛合金结构部件迅速成为中国航空力量的一项独特优势，目前，中国先进战机上的钛合金构件所占比例已超过20%。

虫他男

不知道等这技术普及我们还得混多久

windsun

工业制造技术新的起点，先要造这种3D打印机，还有新材料以及应用软件的开发！

土豆810

如果这东西普及了的话，恐怕要有一批人下岗了！！！

模具小侠

我是做模具的。在此之前，所谓的三D打印在模具行业就是逆向工程，做做样板而已。材料多时用塑料或者是纸板之类的东西。难以想象，如果三D打印发展到金属材料而且能够满足使用要求的话，对机械行业及其相关行业的影响怎么说都不过分！所以，才把这个东西转摘出来，给社友们看看。

小灞

3D打印是不是又是一场工业革命

衮雪76

6月26-6月28号的北京展览中有众多的3D打印机很多，我还在展会上碰到了上海的崔老师！