3d打印科技论文

学习啦  家文   2016-12-26 16:30:28

  3D打印技术这一新概念的普及和市场的兴起,3D打印机的更新换代速度也将会随着市场的需求加快,3D打印可以使美梦成真。 下面是小编为大家精心推荐的3d打印科技论文,希望能够对您有所帮助。

  3d打印科技论文篇一

  正走向现实的3D打印

  作者简介:张天翼(1982-),男,北京人,工学博士,高级工程师,从事以光电和互联网为主的电子信息制造及服务业发展的新业态、新趋势研究。

  摘要:3D打印技术这一新概念的普及和市场的兴起,3D打印机的更新换代速度也将会随着市场的需求加快,3D打印可以使美梦成真。

  关键词:便宜;食品领域;个性化定制

  传统机床的铣、车、钻等工艺都是切削加工的工艺,算是“减材制造”,而最近兴起的3D打印技术则是通过原材料的堆叠,逐层加工形成预先设计的形状。这种“增材制造”的技术具有节约材料、低成本、快速适应和定制化的特点,俨然成为开启第三次工业革命序幕的新技术。

  一、3D打印的三大优势

  一般认为,在生产一件产品的同时,想要实现又好又快又便宜是非常困难的,通常只能达到三分之二的预期效果,但是3D打印恰恰可以使美梦成真。

  1、好。3D打印脱离了传统车床的制造工艺,技术人员不再拘泥于每种机器只能做一种加工的限制,从加工手段上打开了无限的设计空间;而在操作手法上,对熟练工的要求转变为对电脑软件的操作和对机器的校准,无需经过多年的学艺就能掌握完整的操作流程;从材料角度来看,一件产品往往不是由单一材料制成的,3D打印可以简便地实现材料组合;最重要的是结合了3D扫描技术,技术人员可以将实体世界的形状扫描成可编辑的设计文档,并借助3D打印技术获得精确的复制。这些新的变化,都降低了3D打印操作的门槛,更容易获得令人满意的产品。

  2、快。3D打印能够实现一体化成型,通过省略组装环节的方式缩短了供应链,同时减少相应的劳动力、运输成本和由此带来的能耗和污染;3D打印机虽然体积不大,但可以生产比自己大的物体,并且便于移动,可以实现就近生产,也提高了生产效率,大大缩短了制造时间。

  3、便宜。3D打印是逐层叠加的制造工艺,因此最终产品的成本与所制造物体的复杂程度和产品的多样性无关,其成本取决于最终产品的实际体积,即消耗原材料的用量。与此同时,作为增材制造的3D打印,改变了传统塑料和金属制造中边角料严重浪费的现象,几乎可以被称作“净成型”的制造,在节省成本的同时达到了环保的功效。

  二、3D打印的主要代表性应用

  3D打印凭借其颠覆性的生产工艺彻底改变了产品加工制造的思路,更将许多以前的不可能变为可能。3D打印除了可以实现传统加工技术无法完成的复杂结构以外,还可以在食品和个性化定制等领域发挥无限潜力。

  1、食品领域。在3D打印机研发的过程中,研究人员意外地发现,蛋糕面粉是工程设计原型和打印参数调控的理想材料,这是因为蛋糕面粉价格低廉,种类繁多,可溶于水,又便于清洗,所以迅速成为3D打印实验的原料替代品。

  利用3D打印技术制造巧克力、汉堡包或者曲奇饼干,可以获得不同以往的新奇功效。一是通过3D打印可以获得精准量化的食品,适用于对饮食有特别要求的糖尿病患者或减肥人士。二是可以设计个性化的巧克力和饼干造型,甚至可以在内部设计文字,只有被咬开以后才能被“意外”地发现。这种内部定制信息的食品,相信会拥有巨大的市场空间。三是对需要烤制的食品,可以在打印的同时进行加热处理,使其保持预期的形状,打印完毕可以直接上桌。当然, 3D打印出来的食品也有问题需要解决。首先是原材料,是否各种食材都能被预先设计为可打印材料,这是个门槛;其次是加工工艺,现在看来,3D打印如何与煎、炸、蒸、煮相结合,制作出花样更丰富的饭菜,也还需探索;最重要的是,食品以色香味为最优先的评价指标,经过各种加工的食品,口感上难以避免与新鲜食品有所差距。

  2、个性化定制。3D打印区别于传统工艺的最大特点是能够以低成本进行个性化定制,免去了昂贵的模具费用,只要选择合适的材料就可以一次成型,无需繁琐的加工过程。

  3D打印的人物像已经在市场上可见,有些医院可以为准妈妈送上一个腹中胎儿的3D头像作为纪念。医疗用的牙齿矫正器、假肢相信也将于不久之后得到推广使用。目前正在抓紧研究的是3D打印人体的软骨组织和器官组织,这些组织不仅需要特定外形,还要能胜任一定的“生理任务”。研究人员使用活体细胞打印成所需的形状以后,还需要提供环境使其生长成熟,再经过一系列“打磨”和“压力实验”使其在植入人体以后能发挥功效。

  个性化定制的出身就是小众市场,对服装鞋帽之类产品,为特定人群量身定做才是正道。比如跑鞋的生产,可以先通过3D扫描技术获得运动员双脚外形的信息,通过人体工程学和跑鞋加工工艺的数据分析,能够得到该运动员专属的跑鞋数据,并通过3D打印生产而得,这应该就是传说中的完美产品了。

  三、3D打印的发展瓶颈与机遇

  目前在国内已经有许多研究机构在开展3D打印的研究和应用,也有来自国外的3D打印店落户大街小巷挖掘市场的第一桶金。但辉煌之下,还要看到潜在的风险和未来的机会。

  一是材料工艺、技术标准不统一。现在的3D打印还处在百家争鸣的阶段,各厂商材料和工艺的匹配、设计文档和软硬件设备的匹配都存在缺陷,需要国家或行业联盟进行整合,规范和统一技术标准;二是3D打印这种分布式生产的模式,将带来更多关于商标知识产权的问题;三是由于目前技术尚不成熟,因此3D打印产品的质量安全,甚至是产品本身所带来的公共安全都可能给人们生产生活带来隐患。

  有挑战才有机遇,对于企业而言,可以重点关注以下环节。一是投资与3D打印配套的材料和凝固工艺研发,探索具有一定普适性的材料和工艺?梢怨刈⒐诓斡3D研发的高校和科研机构,也可与从事涂料、材料等专业进行跨领域合作,甚至国外将大理石粉末用作3D打印材料的案例。二是探索在“模具替代”领域的应用,如汽车零配件设计和其他五金橡胶产品的设计领域,对于这类应用应尝试创新模式,如与地方政府共同搭建3D打印创新设计服务平台,争取政府资金共同服务于当地企业。三是全面把握3D打印行业发展趋势,积累相关的知识产权信息,可以为相关企业提供行业咨询和知识产权法律服务(如专利代理等)。在3D打印全产业链中,处于最末环节的面向消费者的体验店,虽然有获利机会,但毕竟前期投入大,竞争越发激烈,风险较大,若没有充分积累和把握,应谨慎介入。

  现阶段,由于3D打印技术尚处于开发和摸索阶段,从市场上获取的数据来看,3D打印设备的生产仍然以基本的功能为主要侧重点。即使是不同的品牌和型号,3D打印机的尺寸,使用材料和价格并不存在很大的差距和个性化。

  对于想要致力于3D打印行业的企业来说,打印机这一固定资产的投入成本会比较大。然而现阶段随着3D打印技术这一新概念的普及和市场的兴起,3D打印机的更新换代速度也将会随着市场的需求加快,因此,企业不宜在创立阶段投入过多的资本购置打印机,更适合采用租赁的方式取得3D打印机的使用权,这样可以避免技术和产品更新所带来的风险和损失,提高企业的盈利和效益。

  3d打印科技论文篇二

  3D打印技术的发展方向

  摘 要:3D打印技术将摄影、计算机、互联网、新材料等结合在一起改变着我们的生产和生活方式,广泛应用在个性化产品、生物工程、高端工业产品、数码娱乐等领域,3D打印技术未来将向精密化、智能化、通用化以及便捷化等方面发展。

  关键词:3D打印技术 应用 瓶颈 发展方向

  具有工业革命意义的3D打印技术将摄影、计算机、互联网、新材料等有机结合在一起改变了我们的传统思维,对我们的生产和生活方式将带来巨大的改变。

  一、3D打印技术的前景

  3D打印技术源于美国军方的快速成型技术,随着计算机和网络技术的发展到20世纪80年代才出现商业3D打印机[1],由于3D打印技术颠覆性的制造理念,在一些特殊的应用领域发展很快。

  1.3D打印技术简介

  3D打印技术是指通过连续的物理层叠加,逐层增加材料来生成三维实体的技术,它综合了摄影、数字建模、材料、机电控制和计算机等前沿技术知识,也称增材制造、立体印刷或直接数字制造等[2],主要包括建模、打印和后处理三个步骤,先建立数字化模型,运用液体(如液态光敏树脂)、固体粉末(如金属粉或塑料粉)、丝材(如塑料丝)等,通过光固化成型或熔融挤出以逐层成型的方式打印出实体产品。

  2.3D打印技术的历程

  由于发达国家特别是美国的重视和大力投入,3D打印的关键技术不断被突破,20世纪80年代到90年代,美国出现了光固化成型(SL)、选择性激光烧结(SLS)、熔融挤出成型(FDM)、三维印刷(3DP)等一系列3D打印的核心专利技术,随后各种不同用途的3D打印机相继问世:1984年美国人Charles Hull制造出世界第一台商业3D打印机;1986年Charles Hull成立了3D Systems公司,这是世界上第一家生产3D打印机的公司;2009年美国Organovo公司首次使用3D打印机造出人造血管;2011年8月,南安普敦大学研发出世界第一台可以打印飞机的3D打印机;2012年11月,苏格兰科学家利用人体细胞首次用3D打印机打印出人造肝脏组织。3D打印的各种产品正在快速改变我们的生活。

  3.3D打印技术的前景

  2014年4月在纽约举行了主题为‘万物皆可打印’的‘3D打印博览会’,有名3D打印公司都推出了各自最新廉价实用的3D打印机:中国的太尔时代公司推出的型号为PP3DP的3D打印机售价900美元 /台;浙江金华万豪配件有限公司推出的勇士4号仅需4999元/台;Quirm公司推出的Chocabyte 3D打印机价格仅为99美元/台;而Form Labs公司生产的 Form 1 3D打印机可以打印出厚度仅为25微米的产品,可谓盛况空前,3D打印机的价格越来越便宜,所打印的产品越来越实用。目前,各国的研发投入都在不断增加,以抢占制高点,而且,越发达的国家越重视,投入越大所占市场份额也越多,各国和地区所拥有的市场份额见表1。

  表1世界主要国家拥有的3D打印市场份额

  国家 美国 日本 德国 中国 英国 意大利 法国 加拿大 韩国 其它

  份额:% 41.00 10.19 9.19 6.49 4.80 4.10 3.00 1.90 1.90 17.43

  市场研究公司Canalys的报告表明:3D打印市场目前仍处于起步阶段,但发展速度正不断加快,其规模2013年为25亿美元,2018年将增至162美元以上,‘只要你能想到的,就能被设计和打印’,可以说3D打印技术的发展前景是非常广阔的。

  二、3D打印技术的应用

  3D打印技术的优点决定它在小批量、结构复杂、原材料昂贵的领域有着广泛的用途。

  1.3D打印技术的优势

  3D打印技术与传统模型加工制造相比优势明显:①可按个人的意愿实现个性化生产。②可实现制造传统加工工艺很难完成的复杂的一体成型产品。③可生产高精度的产品。④产品生产周期短,生产流程简单。⑤生产弹性大,可按需生产。

  2.3D打印技术的应用

  近几年随着3D打印技术的成熟,3D打印产业发展很快,主要应用领域有:①日用品:个性化的珠宝首饰、服装、玩具等。②电子产品:手机、音响及各种高档光电器材。③人造器官:人造骨骼、牙齿、假肢、甚至血管、组织和器官等。④、工业制造:各种高端工业零部件,如:汽车、卫星、飞机的一些不规则配件等。

  三、3D打印技术发展的瓶颈

  目前3D打印的耗材主要有热塑性树脂、光敏树脂、橡胶和各种金属材料,其固化方式主要是加热、降温、紫外线和激光烧结四种,因要求产品必须达到一定的强度,刚性和热稳定性等,故对材料的各项性能要求很高,因此价格很贵,有的高达4万元/kg,是制约3D打印技术广泛应用的主要瓶颈。市场使用最多的光敏树脂和改性树脂与普通树脂价格对比见表2。

  四、3D打印技术的未来发展方向

  随着大数据时代的到来,人类综合利用各种最新科研成果水平的提高,3D打印技术将向降低生产成本和生产过程的精密化、智能化等方向发展:①降低耗材价格:随着研究的深入,耗材必然多样化,生产也将规;,耗材生产成本必将大幅降低,价格也会大幅下降。②提高耗材功能:各种智能材料、多功能材料将使产品更加实用,功能性更强。③提高打印速度和精度:实现连续打印、大件打印、多材料打印等,产品更加美观实用。④推进3D打印机小型化:促使成本更低廉,操作更简便。

  参考文献:

  [1]孙柏林 试析3D打印技术的优点和局限 [J].自动化技术与应用,2013(06):15-18

  [2]王雪莹.3D打印技术与产业的发展及前景分析[J].中国高新技术企业,2012(26):3-5
 

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