3D打印技術(shù)發(fā)展

湖北工業(yè)大學(xué)機器人研究所教授 王君

隨著工業(yè)4.0和中國制造2025的提出，以智能制造為主導(dǎo)的第四次工業(yè)革命，正在如火如荼的進行中。其中，3D打印技術(shù)作為一項顛覆性的制造技術(shù)，是實現(xiàn)智能工廠和智能生產(chǎn)中的重要支撐。本文將就3D打印技術(shù)的情況作簡單的介紹。

什么是3D打印

3D打印，即快速成型技術(shù)的一種,它是一種以數(shù)字模型文件為基礎(chǔ)，運用粉末狀金屬或塑料等可粘合材料，通過逐層打印的方式來構(gòu)造物體的技術(shù)。與傳統(tǒng)的減材制造的加工技術(shù)不同，因此又稱為增材制造技術(shù)-Additive Manufacturing（AM）。3D打印技術(shù)是一項顛覆性的技術(shù)，3D打印行業(yè)是最具潛力的行業(yè)之一。

3D打印的主要過程是通過計算機建模軟件建模，再將建成的三維模型切片，從而指導(dǎo)打印機分層加工、疊加成型來實現(xiàn)最終產(chǎn)品。

3D打印技術(shù)的意義

3D打印技術(shù)是一種集機械、計算機、數(shù)控和材料于一體的新型數(shù)字化先進制造技術(shù)。3D打印技術(shù)已經(jīng)越來越貼近人們的生活，并開始向更重要的角色演變。通過材料的逐層堆積，得到任意復(fù)雜結(jié)構(gòu)的零部件。

1. 3D打印為社會制造提供創(chuàng)新的原動力：拓展產(chǎn)品創(chuàng)意和創(chuàng)新的空間、設(shè)計即生產(chǎn)、設(shè)計即產(chǎn)品創(chuàng)造無極限。

2. 3D打印可以提高社會制造的工藝能力。即簡化制造提高產(chǎn)品質(zhì)量與性能，多個零部件集合為一個整體制造出來，減少零部件數(shù)量；簡化裝配工作，產(chǎn)品可靠性，和安全性得到提高；能制造出傳統(tǒng)工藝無法制造的零部件，增強工藝實現(xiàn)能力。

3. 3D打印可以實現(xiàn)社會制造的綠色可持續(xù)發(fā)展，3D打印制造技術(shù)促進綠色制造模式。

4. 3D打印可以降低生產(chǎn)制造成本。

5. 3D打印將催生社會制造全新模式。變革傳統(tǒng)制造模式，形成新型制造體系和創(chuàng)新模式。

3D打印主要優(yōu)勢：制造復(fù)雜品、縮短生產(chǎn)周期、減少空間占用、節(jié)省材料、產(chǎn)品多樣化、制造機能簡化。

3D 打印技術(shù)方法

目前全球3D打印機形成以下流派，即熔融堆積、疊層堆積、粉末堆積、激光成型以及光固化。 1.熔融沉積成型（Fused deposition modeling，簡稱FDM），可利用熱塑性材料，金屬、可食用材料等進行成型制造。 2.選擇性激光燒結(jié)（Selective laser sintering，簡稱SLS）， 可利用的材料為熱塑性塑料，金屬粉末，陶瓷粉末等。 3.薄材成型（Laminated object manufacturing，簡稱LOM），把一張張的紙鋪上去累積而成的模型，當(dāng)然金屬膜，塑料膜也可以，也叫疊層堆積。 4.粉末堆積（Powder bed and inkjet head 3d printing，PP）。 5.光固化（Stereolithography，簡稱SLA），可利用的材料是光敏樹脂等聚合物。

這些成型方法不同在于構(gòu)建分層的技術(shù)和實用的材料不同。

3D打印技術(shù)的應(yīng)用：

哈佛大學(xué)材料科學(xué)家詹尼佛?路易斯使用一系列“有功能的墨水，它們可以硬化成電池和簡單的元件，包括點擊、導(dǎo)線和天線等，用于打印鋰電池。這種方法是利用高壓擠壓機在室溫下把墨水精確地擠到預(yù)定的位置，墨水在打印過程中就凝固了，很快就可以形成元件，所以只要幾分鐘就能制造出簡單的電池。打印的鋰離子電池只有1平方毫米大小，但性能和商用電池不相上下，因為路易斯可以處理微結(jié)構(gòu)，精度可以達到100納米，并且結(jié)構(gòu)和更大的電池一樣。

換句話說，這種電池不但能夠取代傳統(tǒng)電池，體積還會減小很多。

目前3D打印技術(shù)已經(jīng)在航空航天、機械制造、海洋能源、工業(yè)設(shè)計、生物醫(yī)學(xué)、電子、消費品、建筑、生物醫(yī)學(xué)、食品等領(lǐng)域都得到了應(yīng)用。隨著技術(shù)自身的發(fā)展，其應(yīng)用領(lǐng)域?qū)⒉粩嗤卣埂?/p>

3D打印技術(shù)國內(nèi)外發(fā)展

美國等3D打印市場進入高速發(fā)展期，美國是全球最大的3D打印機生產(chǎn)國和消費國，3D打印產(chǎn)業(yè)生態(tài)建設(shè)完善。

中國是全球最具潛力的市場之一，預(yù)計未來幾年中國3D打印市場復(fù)合增長率超過30%、到2017年市場規(guī)模接近百億人民幣。

國內(nèi)3D打印現(xiàn)狀：國內(nèi)3D打印快速成型技術(shù)的研發(fā)至今已經(jīng)形成了北航、華中科大、西安交大、清華大學(xué)四大研發(fā)中心，在科研水平上公認(rèn)已經(jīng)達到國際一流水準(zhǔn)。國內(nèi)科研機構(gòu)相繼邁出產(chǎn)業(yè)化腳步。依托于華中科大的濱湖電機以及背靠華南理工的北京隆源已經(jīng)形成了千萬年產(chǎn)值的規(guī)模，累計銷售SLS雙雙突破200臺，客戶遍布汽車、發(fā)動機、航天、船舶、泵業(yè)、機械、醫(yī)療等行業(yè)，包括東風(fēng)汽車、凱泉泵業(yè)、山河智能、玉柴等諸多知名企業(yè)。簡單來說，國內(nèi)增材制造行業(yè)分為五大派系，三種工藝。

3D打印關(guān)鍵技術(shù)

3D打印需要依托多個學(xué)科領(lǐng)域的頂尖技術(shù)，主要包括以下方面：

信息技術(shù)—要有先進的設(shè)計軟件及數(shù)字化工具；精密機械—打印設(shè)備必須高精度、高穩(wěn)定性；材料科學(xué)—原料必須液化、粉末化、絲化等等。

3D 打印技術(shù)方法

3D打印技術(shù)國內(nèi)外發(fā)展

3D打印技術(shù)的發(fā)展趨勢

3D 打印機將來不是要取代某一個制造業(yè)，3D打印機的未來或?qū)o所不能，只需要一個想法，一些材料，一臺3D打印機，就能將腦中的一切轉(zhuǎn)變?yōu)閷嶓w。3D打印發(fā)展主要在以下幾個方面： 1.3D打印成為工業(yè)化力量2. 3D打印開始治病救人3. 定制化成為常態(tài)4. 產(chǎn)品創(chuàng)新速度加快5. 3D打印店在購物商場開張 6. 3D打印機為制造工廠提供助力。