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3d打印材料范文第1篇

目前3d打印市場(chǎng)的火熱，更多的是源于其概念和模式的新奇，而其實(shí)際產(chǎn)業(yè)應(yīng)用和推廣水平，并沒(méi)有想象的那么樂(lè)觀。

3D打印技術(shù)很早就在國(guó)內(nèi)開(kāi)始了研究和探討，我國(guó)在國(guó)際范圍內(nèi)也屬于起步較早的國(guó)家。

從實(shí)際制造以及尖端科研水平來(lái)看，中國(guó)3D打印并不比國(guó)外差，甚至在某些方面還處于國(guó)際學(xué)科前沿陣列之中。

但值得注意的是，國(guó)內(nèi)在產(chǎn)業(yè)推廣上還很薄弱。3D打印在國(guó)內(nèi)雖有一些應(yīng)用，但真正的工業(yè)應(yīng)用還遠(yuǎn)不及國(guó)外廣泛。

這種結(jié)果和國(guó)內(nèi)外產(chǎn)學(xué)研模式緊密相關(guān)。

在國(guó)外，其先進(jìn)技術(shù)的應(yīng)用和推廣更接近于一個(gè)倒逼的過(guò)程，具體科研項(xiàng)目的啟動(dòng)更多的是從需求起步。首先是制造企業(yè)或者具體應(yīng)用出現(xiàn)技術(shù)需求，進(jìn)而科研機(jī)構(gòu)根據(jù)需求確定研究方向并進(jìn)行攻關(guān)，研究成果一出來(lái)便可直接投入應(yīng)用。

當(dāng)然，國(guó)外科研人工成本遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于國(guó)內(nèi)，其單個(gè)科研項(xiàng)目40～60%的經(jīng)費(fèi)都用在人工方面，尤其是高校，不可能會(huì)有大量的科研人員從事產(chǎn)業(yè)方向不明確的研究。這就間接要求他們必須從一開(kāi)始就從具體應(yīng)用著手，并緊跟實(shí)際應(yīng)用逐步完善和發(fā)展。

而在國(guó)內(nèi)，由于科研環(huán)境的不同，高校科研機(jī)構(gòu)更關(guān)注的是技術(shù)創(chuàng)新，當(dāng)技術(shù)水平達(dá)到一定規(guī)模，才會(huì)進(jìn)而考慮找相關(guān)企業(yè)合作，朝著應(yīng)用推廣。

正因?yàn)槿绱耍?D打印更應(yīng)該從發(fā)展初期就關(guān)注具體產(chǎn)業(yè)推廣。

一個(gè)相對(duì)比較好的模式就是產(chǎn)學(xué)研結(jié)合，比如可以由企業(yè)提出具體需求，并聯(lián)合高校或科研機(jī)構(gòu)共同攻關(guān)。企業(yè)從需求或者市場(chǎng)出發(fā)，牽頭組織相關(guān)科研部門(mén)進(jìn)行研發(fā)，這種模式將大大縮減新應(yīng)用推廣所需要的時(shí)間，新技術(shù)和市場(chǎng)也能更好地做到無(wú)縫銜接。

3D打印要實(shí)現(xiàn)快速產(chǎn)業(yè)化，產(chǎn)學(xué)研相結(jié)合是一條捷徑，在技術(shù)積累、商業(yè)開(kāi)發(fā)和資本動(dòng)作方面還需要更多的知本和資本的投入。具體科研成果需要走出實(shí)驗(yàn)工廠迅速實(shí)現(xiàn)規(guī)模化和產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。

原材料也是制約我國(guó)3D打印技術(shù)發(fā)展的一大瓶頸，包括激光燒結(jié)在內(nèi)的部分行業(yè)，我們不僅需要從國(guó)外購(gòu)買(mǎi)設(shè)備，還需要進(jìn)一步采購(gòu)其原材料。國(guó)內(nèi)并非沒(méi)有可替代產(chǎn)品，但質(zhì)量還不夠穩(wěn)定。有些是材料本身的問(wèn)題，有些則是應(yīng)用環(huán)境的問(wèn)題。比如激光燒結(jié)粉末，這種原材料對(duì)包裝要求極嚴(yán)，不能有絲毫的氧化。

3D打印要實(shí)現(xiàn)真正的產(chǎn)業(yè)化推廣，上游原材料是一個(gè)躲不過(guò)也繞不開(kāi)的核心問(wèn)題，只有國(guó)內(nèi)重視原材料開(kāi)發(fā)，從實(shí)際需求入手解決原材料供應(yīng)，才能實(shí)現(xiàn)3D打印的不受制于人。但因?yàn)椴煌?D打印方法所需要的原材料是不同的，所以可以預(yù)見(jiàn)，這個(gè)突破過(guò)程可能需要較長(zhǎng)時(shí)間。

從國(guó)家政策角度來(lái)說(shuō)，任何政策的制定首先要有總體設(shè)計(jì)，這個(gè)設(shè)計(jì)一定是從底層開(kāi)始的。一定要先把問(wèn)題分析透徹，找到具體切入點(diǎn)才能具體制定。3D打印同樣如此，國(guó)家要制定相關(guān)政策支持和推動(dòng)這個(gè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展，需要從各方面均衡考量，最基本的就是經(jīng)費(fèi)問(wèn)題，沒(méi)有經(jīng)費(fèi)投入，很多技術(shù)問(wèn)題都會(huì)成為前進(jìn)路上的障礙。

3d打印材料范文第2篇

這一開(kāi)創(chuàng)性的事件對(duì)于制造業(yè)而言有著深遠(yuǎn)的影響，它意味著長(zhǎng)久以來(lái)的行業(yè)挑戰(zhàn)將得以解決：即減少在制造自由形狀大型物件時(shí)的工具和時(shí)間的投入。在這一項(xiàng)目中，美國(guó)Local Motors公司與辛辛那提股份有限公司（Cincinnati Incorporated）、橡樹(shù)嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室（OakRidge National Laboratory）以及SABIC通力合作，攜手研發(fā)了大尺寸3D打印技術(shù)的技術(shù)和材料。

Local Motors首席執(zhí)行官John B. Rogers,Jr.表示：“在研發(fā)生產(chǎn)世界首款3D打印汽車(chē)的項(xiàng)目中，SABIC毫無(wú)疑問(wèn)地成為了我們的合作伙伴。SABIC不負(fù)期望，迅速而可靠地為我們帶來(lái)了最適合生產(chǎn)的創(chuàng)新材料。”

3D打印汽車(chē)運(yùn)用了SABIC的LNP TM STAT-KON TM碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料，其擁有出色的強(qiáng)度重量比和高剛度，可最大程度地降低3D打印過(guò)程中的扭曲變形，增強(qiáng)設(shè)計(jì)美感，強(qiáng)化運(yùn)行性能。此外，SABIC在新興技術(shù)領(lǐng)域的專(zhuān)業(yè)性，包括材料選擇和驗(yàn)證、設(shè)備的規(guī)格和加工等，對(duì)整個(gè)開(kāi)發(fā)過(guò)程也起到了極大幫助。辛辛那提股份有限公司首席執(zhí)行官Andrew Jamison表示：“我們?cè)陧?xiàng)目啟動(dòng)初期便邀請(qǐng)了SABIC的加入，他們?cè)谙冗M(jìn)加工技術(shù)和材料驗(yàn)證上的豐富經(jīng)驗(yàn)是項(xiàng)目成功的關(guān)鍵因素。在此次展會(huì)上，人們能夠親睹增材制造的未來(lái)以及行業(yè)的顛覆性轉(zhuǎn)型。運(yùn)用我們的大尺寸增材制造(BAAM)機(jī)器加工SABIC材料并打印聚合物組件，其速度不僅比現(xiàn)有的增材制造機(jī)器快200-500倍，制造出的零部件的尺寸同時(shí)也大了10倍。”

SABIC創(chuàng)新塑料事業(yè)部美洲營(yíng)銷(xiāo)主管TonyCerruti認(rèn)為：“SABIC的創(chuàng)新材料和加工知識(shí)，融合先進(jìn)增材制造技術(shù)，有助于解決我們客戶當(dāng)前所面臨的制造業(yè)挑戰(zhàn)，即創(chuàng)新成本過(guò)高的難題。我們相信，這一技術(shù)在SABIC所服務(wù)的多個(gè)行業(yè)的應(yīng)用中都有深遠(yuǎn)發(fā)展?jié)摿ΓI(yè)設(shè)計(jì)將更快市場(chǎng)化，實(shí)現(xiàn)大規(guī)模定制。”

3d打印材料范文第3篇

關(guān)鍵詞：3D打印；教育應(yīng)用；模式構(gòu)建

中圖分類(lèi)號(hào)：TP37 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2014）34-8315-02

3D打印技術(shù)發(fā)展了短短數(shù)年，在國(guó)內(nèi)外已經(jīng)取得了長(zhǎng)足的發(fā)展，不過(guò)在3D打印教學(xué)當(dāng)中卻和其發(fā)展勢(shì)頭不匹配。該文在研究3D打印技術(shù)原理的基礎(chǔ)上，詳細(xì)的了解了3D打印技術(shù)對(duì)于教育的意義，同時(shí)構(gòu)建了基于3D打印技術(shù)的教學(xué)應(yīng)用模式，爭(zhēng)取為更深層次了解3D打印技術(shù)在教學(xué)中的應(yīng)用給出具有較高價(jià)值的參考。到目前為止，3D打印技術(shù)已經(jīng)被認(rèn)為是即將到來(lái)的第三次工業(yè)革命的推動(dòng)性技術(shù)之一，已經(jīng)得到了全球多家研究機(jī)構(gòu)和知名公司的認(rèn)可。該文詳細(xì)介紹了 3D打印技術(shù)的諸多優(yōu)勢(shì)，例如數(shù)字制造、降維制造、堆積制造、直接制造和快速制造等優(yōu)點(diǎn)，隨后具體提出了光固化成形、材料噴射、粘結(jié)劑噴射、熔融沉積制造、選擇性激光燒結(jié)、片層壓和定向能量沉積這七類(lèi) 3D打印工藝。對(duì)這七類(lèi)3D打印技術(shù)的世界商業(yè)化情形以及應(yīng)用的領(lǐng)域進(jìn)行了詳細(xì)的介紹，隨后根據(jù)目前的3D打印技術(shù)的現(xiàn)狀對(duì)其的發(fā)展的明天做了詳細(xì)的展望。最后得出的結(jié)論：3D打印技術(shù)是一項(xiàng)革命性的新技術(shù)，可能會(huì)引發(fā)第三次工業(yè)革命，其必將深刻的改變傳統(tǒng)行業(yè)，我們有理由相信，短期內(nèi)必將促進(jìn)行業(yè)更好的走高科技發(fā)展之路。

1 3D打印技術(shù)與3D打印機(jī)

3D打印技術(shù)和我們熟知的3D印刷雖然看著只差一個(gè)字，給人的感覺(jué)好像差不多，但實(shí)質(zhì)上卻差之千里。3D印刷僅僅是將一章圖片劃分為角度相異的紅、藍(lán)兩張圖片，隨之把上述的兩張圖片根據(jù)特定的視差距離套印在一起，然后采取帶有濾光效果的眼鏡來(lái)看出3D的視覺(jué)效果，也可以把圖片按照一定的方式處理之后，不經(jīng)過(guò)加工印刷在與傳統(tǒng)認(rèn)識(shí)不同的光柵板的上面，采取這樣的方式就可以有3D視覺(jué)效果的一種特殊的印刷手段。相比而言，3D打印技術(shù)則是指選擇三維噴墨打印的技術(shù)，利用分層加工和疊加成形互相融合的思路，每一層都進(jìn)行打印來(lái)強(qiáng)化材料來(lái)得到3D的實(shí)體，它的工作原理能夠分成兩個(gè)大類(lèi)：

1.1 基于三維打印技術(shù)的3D打印機(jī)

采用先進(jìn)的三維打印技術(shù)的3D打印機(jī)首先會(huì)從儲(chǔ)備原料的地方向外部提供一小部分的原材料粉末，這部分原材料在加工的時(shí)候被加工成非常薄的一層，隨后打印頭會(huì)在需要加工的目標(biāo)的部分推送一種不常見(jiàn)的黏合藥品。在這個(gè)時(shí)候，上述的原材料粉末遇到黏合劑會(huì)發(fā)生急速聚集并牢固地站在一起，相比之下未能遇到黏合劑的粉末就會(huì)跟之前的粉末狀態(tài)一致。上述的加工工序在每一層循環(huán)，每一層的加工完畢后，加工平臺(tái)就會(huì)自動(dòng)下降一點(diǎn)，加工的時(shí)間和精度以及形狀是由切片完全確定的，直到打印出真實(shí)的物體。在整個(gè)工序都完成之后僅僅需要清除殘留的外層粉末就可以輕易得到之前想要得到的立體的物體。

1.2 基于熔融沉積制造技術(shù)的3D打印機(jī)

基于熔融沉積制造技術(shù)的3D打印機(jī)的工作原理是先在3D打印機(jī)的控制軟件中導(dǎo)入由CAD生成的實(shí)物數(shù)據(jù)，經(jīng)處理生成支撐材料和熱噴頭的運(yùn)動(dòng)路徑。下一步就是熱噴頭會(huì)在電腦的精確控制下按照三維物體的截面輪廓的參數(shù)在平面上做事先規(guī)劃好的特殊的運(yùn)動(dòng)，同時(shí)熱塑性絲狀材料由供絲機(jī)構(gòu)送至熱噴頭，并在噴頭中加熱和熔化成半液態(tài)后擠壓出，并噴涂在相應(yīng)的工作平臺(tái)上。噴涂熱塑性材料快速冷卻后在平臺(tái)上形成一層厚度約0.1 mm的輪廓薄片，形成了一個(gè)3D打印截面。將這個(gè)作業(yè)過(guò)程不斷循環(huán)，承載工作臺(tái)高度隨之不斷降低，利用這樣的辦法來(lái)得到需要的物體。

2 3D打印技術(shù)的應(yīng)用需求

和我們熟知的機(jī)械加工技術(shù)有著很大的差別，3D打印技術(shù)的精髓是一層層的類(lèi)似于打印一張張紙最后疊加而成的三維物體， 每一層的增加原料來(lái)得到三維物體的高新技術(shù)，又被全球多位專(zhuān)家叫做高速成型技術(shù)，也叫做增材制造技術(shù)（AM， Additive Manufacturing）。3D打印技術(shù)可以在級(jí)大地強(qiáng)化制作效率以及設(shè)備精密的程度，且在歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家已經(jīng)得到了更好的發(fā)展， 3D打印技術(shù)已經(jīng)初步形成了規(guī)模，可以打印的材料種類(lèi)非常豐富，以生物細(xì)胞為材料甚至都可打印出人體的各種形狀的器官，或者用鋼鐵鎳鈦等金屬也可以打印飛機(jī)零件等； 以沙子為材料可打印建筑；以玻璃為材料可打印玻璃制品；以金屬為材料可打印機(jī)械零件等。到現(xiàn)在為止， 3D打印技術(shù)已經(jīng)為國(guó)內(nèi)外諸多的領(lǐng)域做出了突出的貢獻(xiàn)，為技術(shù)創(chuàng)新提供了良好的平臺(tái)。

到現(xiàn)在為止3D打印技術(shù)已經(jīng)能夠成功地打印很多類(lèi)型的材料，已經(jīng)能夠逐步地應(yīng)用到全球各行各業(yè)當(dāng)中，可以說(shuō)應(yīng)用3D打印的領(lǐng)域數(shù)不勝數(shù)。若僅僅考慮到客戶得應(yīng)用目的，需要使用的材料也不盡相同。3D打印機(jī)以其優(yōu)異的特性，在市場(chǎng)上有著不可替代的位置，且該技術(shù)開(kāi)發(fā)時(shí)間不長(zhǎng)，可以有很大的潛力等待全球的科研技術(shù)工作者們進(jìn)行開(kāi)發(fā)。

2.1 工業(yè)應(yīng)用

著名的“空氣單車(chē)”是位于美麗的布里斯托爾的著名公司選擇的3D打印機(jī)，利用3D打印技術(shù)制造出了全球首輛打印自行車(chē)。這輛特殊的自行車(chē)使用的材料其硬度和韌性都可以跟普通自行車(chē)的材料相媲美，但是它卻是一種特殊的尼龍材料，密度要遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于金屬材料。更有趣的是，“空氣單車(chē)”無(wú)論是車(chē)輪、鏈條還是軸承都是一次打印出來(lái)的，無(wú)需原來(lái)先制造零件再將零件組裝在一起的總裝流程，打印結(jié)束后，自行車(chē)就能夠活動(dòng)自如。這臺(tái)自行車(chē)的制造工藝就跟日常打印書(shū)本一樣容易，同時(shí)，3D打印機(jī)以其優(yōu)異的自身優(yōu)勢(shì)，可以打印出空間不相連的三維立體的物體。

2.2 3D打印技術(shù)在教育中的作用

3D打印技術(shù)發(fā)展到現(xiàn)在，已經(jīng)取得了令人矚目的進(jìn)步，在眾多的領(lǐng)域內(nèi)都取得了輝煌的成績(jī)。對(duì)于教育行業(yè)，它的價(jià)值就在于它可以得到對(duì)事物更直觀更理性的研究機(jī)會(huì)，而恰恰是這種機(jī)會(huì)在以前可以說(shuō)是一個(gè)不可能完成的任務(wù)。對(duì)于 3D 打印技術(shù)可以輕易地打印三維立體的物體這種神奇的特性來(lái)說(shuō)，對(duì)其的研究為學(xué)習(xí)活動(dòng)的開(kāi)展提供了新的可能。下面分別從教師和學(xué)習(xí)者視角分析 3D 打印技術(shù)在教育的角色中扮演助推器角色。教師在教學(xué)過(guò)程中利用 3D 打印制作的教學(xué)用具，可以擴(kuò)展學(xué)習(xí)者的感覺(jué)和知覺(jué)增強(qiáng)觸覺(jué)體驗(yàn)，彌補(bǔ)常態(tài)課堂直接經(jīng)驗(yàn)不足的劣勢(shì)。同時(shí)，教師也將隱性知識(shí)和認(rèn)知結(jié)構(gòu)顯性化，使學(xué)習(xí)資料由抽象化轉(zhuǎn)變成為具體化，具體化轉(zhuǎn)變成為形象化，視覺(jué)復(fù)雜化轉(zhuǎn)變成為認(rèn)知簡(jiǎn)單化。這一就能夠強(qiáng)化學(xué)生的思路使之更加清晰，強(qiáng)化學(xué)生的邏輯思維以及理解能力，從而從根本上實(shí)現(xiàn)了教師教學(xué)改革，也使得學(xué)生的學(xué)習(xí)效率成倍提升。

2.3 醫(yī)學(xué)應(yīng)用

對(duì)于醫(yī)學(xué)方面，選擇3D打印技術(shù)將雙光子聚合物以及生物功能材料組合生成的成毛細(xì)血管，在有著極佳的的彈性以及人體相容性意外，也可以在替換壞死的血管方面有著比較大的應(yīng)用潛力。3D打印也可以和人造器官相結(jié)合，可以在藥物研發(fā)中減少動(dòng)物的必要死亡，對(duì)生態(tài)環(huán)境也有著巨大的積極作用。

2.4 日常生活應(yīng)用

“3D食物打印機(jī)”是由美國(guó)紐約康奈爾大學(xué)開(kāi)發(fā)的專(zhuān)門(mén)用于制造食物的設(shè)備。這部“3D食物打印機(jī)”選擇了一種工作模式，這種模式與我們平常打印機(jī)的工作原理有異曲同工之妙，將原材料和配料放入容器內(nèi)（與打印機(jī)的墨盒相似）中，一旦選擇了所需的食譜，利用其自帶的的CAD軟件就可以將美食“3D打印”出來(lái)。從這個(gè)方面來(lái)說(shuō)，這種革命性的烹飪方式代表著他們能夠創(chuàng)作之前從來(lái)不曾想象的菜，菜品的數(shù)量也將爆炸式增長(zhǎng)。使用“3D食物打印機(jī)”來(lái)打印食物，能夠最大程度地減少?gòu)脑牧弦恢钡匠善分g的步驟，從而降低了一系列的成本。

3 3D打印技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)

隨著3D打印技術(shù)從無(wú)到有從弱到強(qiáng)，其做大做強(qiáng)之后成本的快速下降已經(jīng)導(dǎo)致了3D打印技術(shù)已經(jīng)真正的走進(jìn)了市場(chǎng)，蓬勃發(fā)展，速度驚人，已經(jīng)成為全社會(huì)共同關(guān)心的全新領(lǐng)域。應(yīng)用3D打印技術(shù)打印的模型、醫(yī)療骨骼甚至是裝飾用品等的應(yīng)用，都在非常大的范圍內(nèi)上喚起了社會(huì)的關(guān)注。

在我國(guó)首個(gè)研發(fā)3D打印的學(xué)者是華中科技大學(xué)快速制造中心主任史玉升預(yù)計(jì)，在他的眼中，在即將到來(lái)的10年內(nèi)，只需要在電腦上點(diǎn)擊打印，先進(jìn)的3D打印機(jī)就能一步步地制造出我們需要的模型。目前部分鑄造企業(yè)已經(jīng)著手開(kāi)發(fā)選擇性激光燒結(jié)3D打印機(jī)的事情，希望把復(fù)雜鑄件的生產(chǎn)周期縮短兩個(gè)半月，效率提高89%。圖1為3D打印出的裝飾品。

社會(huì)每天都在發(fā)展， 3D打印技術(shù)多年來(lái)持續(xù)有新的突破，其制造的速度越來(lái)越快、尺寸在也越來(lái)越大，質(zhì)量也越來(lái)越好。在過(guò)去，一個(gè)零件往往需要幾百甚至上千個(gè)圖紙來(lái)對(duì)其描述，而應(yīng)用了3D打印技術(shù)，一張圖就可以精確描述一個(gè)零件。因此，3D打印技術(shù)，可以從根本上改變制造業(yè)的發(fā)展和設(shè)計(jì)人員的思維。

4 結(jié)論

3D打印技術(shù)是一種新興的高科技技術(shù)， 由其獨(dú)特的運(yùn)作模式和巨大的作用，教育領(lǐng)域?qū)⑹俏磥?lái) 3D 打印技術(shù)的下一個(gè)的重要市場(chǎng)。該文通過(guò)分析3D打印原理和3D打印技術(shù)在教育中的作用構(gòu)建了基于3D 打印技術(shù)的教學(xué)應(yīng)用模式，這樣可以為后續(xù)實(shí)際應(yīng)用和深入的研究打下良好的鋪墊。盡管 3D 打印技術(shù)在教育領(lǐng)域具有廣闊的發(fā)展前景，但是目前其在教育機(jī)構(gòu)的推廣和普及仍面臨著巨大挑戰(zhàn)。例如：3D 打印機(jī)仍然不是一個(gè)經(jīng)濟(jì)的選擇，可制作原材料稀少，制作成本居高不下等。這也將成為全球?qū)W者們未來(lái)的重點(diǎn)研究的課題和方向。我們有理由相信，3D打印技術(shù)一定會(huì)淘汰傳統(tǒng)生產(chǎn)線，生產(chǎn)效率高出幾十倍，與此同時(shí)所需原材料用量只占傳統(tǒng)所需的幾分之一。

參考文獻(xiàn)：

[1] 杰里米?里夫金.第三次工業(yè)革命[M].張?bào)w偉，孫豫寧，譯.北京： 中信出版社，2012.

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3d打印材料范文第4篇

3D打印技術(shù)作為個(gè)性化商品定制的重要生產(chǎn)手段，其自身的結(jié)構(gòu)和機(jī)體的設(shè)計(jì)代表著該項(xiàng)技術(shù)的發(fā)展程度，本文基于對(duì)開(kāi)放式桌面3D打印機(jī)結(jié)構(gòu)以及封閉式桌面3D打印機(jī)結(jié)構(gòu)進(jìn)行整體分析的前提下，對(duì)桌面3D打印機(jī)機(jī)體外觀造型進(jìn)行了整體的設(shè)計(jì)，并同時(shí)從桌面3D打印機(jī)的應(yīng)用材料、應(yīng)用軟件及打印效果和未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)上進(jìn)行了綜述。

關(guān)鍵詞：

桌面3D打印機(jī) 結(jié)構(gòu) 造型設(shè)計(jì)

中圖分類(lèi)號(hào)：TB472

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1003-0069 （2015） 02-0092-03

引言

桌面3D打印機(jī)是以三維數(shù)字軟件模型為基礎(chǔ)，運(yùn)用可加熱熔化的塑料線材為原料，通過(guò)逐層打印的形式來(lái)疊加熔化后的塑料原料，以達(dá)到快速成型目的的一種脫離模具生產(chǎn)的三維制作技術(shù)…。這種通過(guò)逐層疊加的方式來(lái)制作物件的技術(shù)最早出現(xiàn)在上個(gè)世紀(jì)90年代中后期，即一種利用光固化以及紙層疊等相關(guān)技術(shù)的快速成型裝置。這種技術(shù)經(jīng)過(guò)十多年的不斷更新與修正，在今天已經(jīng)趨于成熟，它與市面上的一些普通3D打印機(jī)的構(gòu)件原理相同，使用塑料線材為材料，再使用3D軟件建模后設(shè)計(jì)的數(shù)字物體，通過(guò)電腦控制3D打印機(jī)，把塑料打印線材疊加起來(lái)，最終把經(jīng)過(guò)軟件設(shè)計(jì)的三維物體變成實(shí)物。如今這一技術(shù)已成功在一些特定的生活生產(chǎn)領(lǐng)域內(nèi)得到使用。

1 3D打印技術(shù)研究的現(xiàn)狀

自20世紀(jì)90年代以來(lái)，國(guó)內(nèi)多所高校開(kāi)展了3D打印技術(shù)的自主研發(fā)。清華大學(xué)在現(xiàn)代成型學(xué)理論、分層實(shí)體制造、FDM（英文全名為Frequency Division Multiplexing）工藝等方面都有一定的科研優(yōu)勢(shì)；華中科技大學(xué)在分層實(shí)體制造工藝方面有優(yōu)勢(shì)，并已推出了HRP系列成型機(jī)和成型材料；西安交通大學(xué)自主研制了多種三維打印機(jī)噴頭，并開(kāi)發(fā)了光固化成型系統(tǒng)及相應(yīng)成型材料，成型精度達(dá)到40.2mm；中國(guó)科技大學(xué)自行研制了八噴頭組合噴射裝置，有望在微制造、光電器件領(lǐng)域得到應(yīng)用。根據(jù)目前我國(guó)的3D打印技術(shù)的發(fā)展研究趨勢(shì)，國(guó)內(nèi)的3D打印技術(shù)研發(fā)水平，有望在兩到三年內(nèi)取得歐美等一些國(guó)家目前在此領(lǐng)域所達(dá)到的研究成果。

2 桌面3D打印機(jī)機(jī)體創(chuàng)新設(shè)計(jì)

2.1 開(kāi)放式桌面3D打印機(jī)機(jī)體結(jié)構(gòu)分析

桌面3D打印機(jī)作為一種常見(jiàn)的3D打印機(jī)的機(jī)種，一直受到眾多3D打印技術(shù)愛(ài)好者的青睞。目前桌面3D打印機(jī)的設(shè)計(jì)一般為開(kāi)放式和封閉式兩種結(jié)構(gòu)，而開(kāi)放式桌面3D打印機(jī)是目前市場(chǎng)上較為早期的機(jī)種。

如圖1所示：該桌面3D打印機(jī)由框架、X組件、Y平臺(tái)組件、Z組件、擠出機(jī)及熱嘴組件、電路控制部分聯(lián)接組成。X組件由103、104、105、106、107、108、109與擠出機(jī)及熱嘴組件組成，通過(guò)同步帶聯(lián)結(jié)，可實(shí)現(xiàn)200在光軸105及X軸上往復(fù)運(yùn)動(dòng)。Y平臺(tái)組件由115、116、117、118、119、120、121、122、123組成，通過(guò)同步帶122與電機(jī)帶輪121聯(lián)接，可實(shí)現(xiàn)平臺(tái)在光軸120XY方向往復(fù)運(yùn)動(dòng)。Z組件由102、110、111、112、113、114組成，實(shí)現(xiàn)102隨電機(jī)112、114旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)。Z組件102與107、104內(nèi)部的螺母聯(lián)接，實(shí)現(xiàn)當(dāng)電機(jī)112、114轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，絲桿102旋轉(zhuǎn)，同時(shí)螺母與絲桿的傳送聯(lián)接，X組件整體升降運(yùn)動(dòng)，升降運(yùn)動(dòng)的精度由精確控制步進(jìn)電機(jī)與步進(jìn)角脈沖數(shù)量確定。104、107內(nèi)部有軸承與101框架立柱滾動(dòng)接觸，實(shí)現(xiàn)X組件升降平穩(wěn)運(yùn)動(dòng)。200由擠出機(jī)、X滑座、熱嘴組成，X滑座上有同步帶卡槽，可收緊同步帶裝置。由機(jī)體X、Y、Z，3組運(yùn)動(dòng)進(jìn)而打印出需求的物件。

2.2 封閉式桌面3D打印機(jī)機(jī)體結(jié)構(gòu)分析

近幾年通過(guò)對(duì)桌面3D打印機(jī)機(jī)體創(chuàng)新設(shè)計(jì)的研究，開(kāi)放式桌面3D打印機(jī)正逐漸被封閉式桌面3D打印機(jī)所取代。在使用更為先進(jìn)的封閉式桌面3D打印機(jī)時(shí)，需先將耗材穿過(guò)機(jī)殼引入三維打印機(jī)內(nèi)部，這種機(jī)型整體外觀簡(jiǎn)潔美觀，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)科學(xué)合理。

如圖2所示：該封閉式桌面3D打印機(jī)的耗材更換方便，打開(kāi)機(jī)殼頂蓋，輕輕按壓扳手，即可更換耗材，送絲喉管延伸至主動(dòng)輪和從動(dòng)輪相接處的下方，送絲喉管具有導(dǎo)熱功能，有效避免了送絲喉管中堵絲現(xiàn)象的發(fā)生；通過(guò)固定件固定連接桿構(gòu)成整體立體框架，頂部托架和底部托架固定Z軸滑桿，固定件的定位孔固定Y軸滑桿，沿Y軸滑桿滑動(dòng)的固定器固定X軸滑桿，Z軸驅(qū)動(dòng)電機(jī)固定于立體框架后下方連接桿上，Y軸驅(qū)動(dòng)電機(jī)固定于立體框架右后方連接桿上，X軸驅(qū)動(dòng)電機(jī)固定于右側(cè)固定器上的設(shè)計(jì)，降低了三維打印機(jī)工作時(shí)的振動(dòng)，提高了產(chǎn)品的打印質(zhì)量；提高了三維打印機(jī)內(nèi)部的空間利用率，打印范圍大；結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，組裝方便。

2.3 桌面3D打印機(jī)未來(lái)創(chuàng)新趨勢(shì)

現(xiàn)階段針對(duì)小型桌面3D打印機(jī)這種產(chǎn)品，國(guó)內(nèi)的一些科技企業(yè)逐漸已經(jīng)具備了從研發(fā)到生產(chǎn)的能力，并且由于目前3D打印機(jī)技術(shù)的公開(kāi)以及不斷普及，一些規(guī)模較小，產(chǎn)品技術(shù)較為領(lǐng)先的小型企業(yè)，不斷充實(shí)自己的科研團(tuán)隊(duì)，以先進(jìn)國(guó)外技術(shù)為參照，技術(shù)創(chuàng)新水平不斷攀升，特別是在對(duì)桌面3D打印機(jī)機(jī)體的設(shè)計(jì)創(chuàng)新上，更是在世界3D打印技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)占有一席之地，而且一些較為成功的產(chǎn)品還遠(yuǎn)銷(xiāo)到東南亞及歐美等一些國(guó)家和地區(qū)。

未來(lái)隨著3D打印技術(shù)和商業(yè)應(yīng)用的發(fā)展幅度增加，大量的個(gè)性化商品定制將逐漸成為小型桌面3D打印機(jī)的主要制造對(duì)象，這勢(shì)必衍生出新的3D打印細(xì)分產(chǎn)業(yè)和新的商業(yè)銷(xiāo)售模式，在這些綜合模式緊密結(jié)合的促進(jìn)下，3D打印技術(shù)的發(fā)展勢(shì)必帶來(lái)的產(chǎn)品技術(shù)、制造技術(shù)與管理技術(shù)的進(jìn)步，使企業(yè)具備快速響應(yīng)市場(chǎng)需求的能力，特別是形成適應(yīng)全球市場(chǎng)上豐富多樣的客戶群，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程定制異地設(shè)計(jì)就地生產(chǎn)和銷(xiāo)售的協(xié)調(diào)化新型生產(chǎn)模式，使生產(chǎn)模式商業(yè)模式等多個(gè)方面發(fā)生根本性的變化。隨著智能制造的進(jìn)一步發(fā)展成熟，新的信息技術(shù)、控制技術(shù)、材料技術(shù)等不斷被廣泛應(yīng)用到制造領(lǐng)域，桌面3D打印機(jī)的制造技術(shù)也必將被推向更高的層面。未來(lái)桌面3D打印機(jī)的發(fā)展，將體現(xiàn)出精密化、智能化、通用化以及便捷化等主要?jiǎng)?chuàng)新趨勢(shì)，如圖3所示。

3 桌面3D打印機(jī)的應(yīng)用性能和效果評(píng)估

3.1 桌面3D打印機(jī)的應(yīng)用材料

為了確保桌面3D打印機(jī)的打印功能，其所選用的材料占有至關(guān)重要的地位。既要有適當(dāng)?shù)娜埸c(diǎn)，也要有較好的黏滯性，同時(shí)更需要達(dá)到產(chǎn)品快速成型的目的。ABS（英文全名為acrylonitrile-butadiene-styrenecopolymer）和PLA（英文全名為polylactic acid）是目前桌面3D打印機(jī)所使用的兩種最常見(jiàn)的材料。

ABS樹(shù)脂材料是常見(jiàn)的五大合成樹(shù)脂材料之一，它在耐熱、耐低溫、耐化學(xué)藥性等方面都有著良好的表現(xiàn)，同時(shí)ABS材料還易于加工制造各種塑料產(chǎn)品，其特征還表現(xiàn)在易于進(jìn)行著色處理、噴鍍、焊接、熱壓以及黏結(jié)等方面，但ABS材料的相對(duì)密度為1.05G/CM3左右，其硬度還不能夠應(yīng)用在所有的工業(yè)領(lǐng)域。帶有生物環(huán)保材料特征的PLA材料，也是另外常見(jiàn)的桌面3D打印機(jī)材料之一，PLA材料是由聚乳酸所制成，除能生物降解外，它的生物相容性、光澤度、透明性、手感都相對(duì)較好，同時(shí)它在耐菌性、阻燃性和抗紫外線性方面，也都有良好的表現(xiàn)，它的加工溫度一般在200℃左右，由此可見(jiàn)PLA材料具有較低的熔體強(qiáng)度。綜合來(lái)看PLA和ABS材料這兩者都存在相對(duì)的缺點(diǎn)，如PLA較低的軟化溫度，以及ABS的硬度不夠等缺憾。基于目前這種情況，市場(chǎng)上已經(jīng)研究出另外幾種適用于3D打印機(jī)的新材料，如碳纖維強(qiáng)化PLA材料，高溫型復(fù)合PLA材料，以及聚碳酸酯合成ABS材料等。碳纖維強(qiáng)化PLA又名碳纖維增強(qiáng)聚乳酸，該材料堅(jiān)硬且耐彎曲。高溫型復(fù)合PLA是由礦物質(zhì)填充組成的改良性PLA與成核劑混合而成，具有耐高溫與強(qiáng)密度兩種顯著的特征。由聚碳酸酯和ABS合成的可塑性塑膠，它結(jié)合了兩種材料的優(yōu)異特性，正在逐漸取代市場(chǎng)上3D打印機(jī)所用的ABS材料。

隨著現(xiàn)階段3D打印機(jī)材料技術(shù)更新的加快，更為多樣的3D打印材料，如智能材料、功能梯度材料、納米材料、非均質(zhì)材料及復(fù)合材料等，特別是復(fù)合金屬材料的直接成型技術(shù)，已經(jīng)成為了今后桌面3D打印機(jī)應(yīng)用研究的一個(gè)新的熱點(diǎn)。

3.2 桌面3D打印機(jī)的應(yīng)用軟件技術(shù)

基于目前3D打印技術(shù)民用化普及的趨勢(shì)，桌面3D打印機(jī)的軟件設(shè)計(jì)平臺(tái)，正從專(zhuān)業(yè)設(shè)計(jì)軟件向更為簡(jiǎn)單的操作界面及應(yīng)用內(nèi)容上發(fā)展，其中比較成熟的平臺(tái)有基于互聯(lián)網(wǎng)的3D設(shè)計(jì)平臺(tái)3DTin，另外微軟、谷歌以及其他軟件行業(yè)巨頭，也相繼推出了各種開(kāi)放平臺(tái)的3D打印機(jī)應(yīng)用軟件，這些行業(yè)動(dòng)作都大大降低了3D設(shè)計(jì)的門(mén)檻，甚至有的應(yīng)用已經(jīng)可以讓普通用戶通過(guò)類(lèi)似玩樂(lè)高積木的方式設(shè)計(jì)3D模型。跟隨著目前硬件技術(shù)的強(qiáng)勢(shì)發(fā)展趨勢(shì)，軟件技術(shù)也在日新月異的不斷更新?lián)Q代中。

4 桌面3D打印機(jī)的效果評(píng)估

為保證桌面3D打印機(jī)的速度、效率和精度，以及打印過(guò)程中的工藝方法，提高打印成品的質(zhì)量，針對(duì)目前市場(chǎng)上的桌面3D打印機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)和物理性能，總結(jié)出以下桌面3D打印機(jī)的產(chǎn)品規(guī)格及性能指標(biāo)，為現(xiàn)階段桌面3D打印機(jī)應(yīng)用性能評(píng)估的參看依據(jù)：

打印最大尺寸：252x199x150mm

精密度：極細(xì)O.lmm，中細(xì)0.2mm，快打0.3mm，噴嘴0.4 mm

電力AC輸入電源：100-240V，50-60Hz約1.75A

軟件：MakerWare Bundle 2.0，U操作系統(tǒng)Linux （10.04+）， Windows（XP/7），and OSX （10.6+），控制接口USB，Wi-Fi（未來(lái)會(huì)增加）

支持檔案格式：STL，obj，thing，makerbot

材料耗料：PLA樹(shù)脂

耗料直徑：1.75 mm

機(jī)械外型大小：490 x 320 x 380 mm（不合耗料軸）/490 x 420 x 380mm（含耗料軸）

打印平臺(tái)：耐高溫硼化玻璃

以3D打印技術(shù)為依托的桌面3D打印機(jī)正在飛速發(fā)展之中，并受到各行各業(yè)的高度重視。隨著桌面3D打印機(jī)未來(lái)市場(chǎng)需求的不斷擴(kuò)大，不難推測(cè)該產(chǎn)品未來(lái)的銷(xiāo)售市場(chǎng)將出現(xiàn)異常激烈的競(jìng)爭(zhēng)局面，在這股巨大的消費(fèi)浪潮的刺激下，桌面3D打印機(jī)的更新與換代的創(chuàng)新發(fā)展速度，必將超出現(xiàn)有許多專(zhuān)家的預(yù)測(cè)。如圖4所示，就是兩款假設(shè)可被進(jìn)行推廣的封閉式桌面3D打印機(jī)外觀模型。

結(jié)語(yǔ)

在今天，3D打印機(jī)機(jī)體體積的小型化、桌面化與低廉的價(jià)格、操作簡(jiǎn)便的軟件平臺(tái)，以及更加適應(yīng)分布化生產(chǎn)的機(jī)械結(jié)構(gòu)和世界設(shè)計(jì)與制造一體化的需求包含家庭日常應(yīng)用的需求正在融為一體；在未來(lái)，3D打印機(jī)軟件集成化，實(shí)現(xiàn)CAD/CAPP/RP的一體化，使設(shè)計(jì)軟件和生產(chǎn)控制軟件能夠無(wú)縫對(duì)接，并使設(shè)計(jì)者可以直接應(yīng)用互聯(lián)網(wǎng)遠(yuǎn)程在線制造，同時(shí)拓展其在生物醫(yī)學(xué)、建筑、車(chē)輛、服裝等更多行業(yè)領(lǐng)域的創(chuàng)造性應(yīng)用，綜合這些內(nèi)容，毫無(wú)疑問(wèn)3D打印技術(shù)的創(chuàng)新成果已經(jīng)近在咫尺。

2014年河南省產(chǎn)學(xué)研合作項(xiàng)目，桌面3D打印產(chǎn)品系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)，№13 2107000072

2013年河南省教育廳科學(xué)技術(shù)重點(diǎn)研究項(xiàng)目，機(jī)場(chǎng)地勤人員頭盔與UI交互設(shè)計(jì)研究，№148590001

3d打印材料范文第5篇

專(zhuān)欄作者。為多家報(bào)刊撰寫(xiě)專(zhuān)欄文章，關(guān)注教育、技術(shù)。

“你餓了嗎？嘗一口用3D打印機(jī)打印出來(lái)的鮮肉吧！”這兩年，類(lèi)似的言論大概早已充斥你的雙耳。在教育界，3D打印機(jī)一下子成了學(xué)校教育設(shè)備的新寵。就在剛剛過(guò)去的假期里，筆者周?chē)牟簧賹W(xué)校就紛紛斥巨資購(gòu)買(mǎi)價(jià)格不菲的3D打印機(jī)，以便在新學(xué)期里開(kāi)設(shè)3D打印課程。當(dāng)3D打印以不可阻擋之勢(shì)撲面而來(lái)的時(shí)候，我們可曾問(wèn)過(guò)自己，我們對(duì)3D打印究竟了解多少？3D打印真的是創(chuàng)造未來(lái)的神奇魔法，還是言過(guò)其實(shí)的過(guò)度炒作？

像本文開(kāi)頭的那些“廣告語(yǔ)”，在教育界人士的口中并不少見(jiàn)，這要么是對(duì)3D打印技術(shù)的無(wú)知與誤解，要么是一種夸大其詞的盲目宣傳。在很多人眼里，一提到3D打印，似乎就是一臺(tái)打印機(jī)的事兒。殊不知，要想打出3D物體，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不是光靠一臺(tái)機(jī)器就能解決的。3D打印的關(guān)鍵不在技術(shù)本身，而在設(shè)計(jì)和材料。想打印出心儀的物品，可不是按一下按鈕就行了。3D打印的前提是大規(guī)模的數(shù)據(jù)準(zhǔn)備，這需要專(zhuān)門(mén)的技能訓(xùn)練、長(zhǎng)期的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)以及大量的時(shí)間付出，難度遠(yuǎn)超想象。而稀缺的材料也正成為3D打印走向大眾的瓶頸因素，因?yàn)槲覀儾恢皇且蛴〕鲆活w看起來(lái)像巧克力的“巧克力”，而是要打印出一顆真的能吃的巧克力。否則3D打印還有什么意義？但要實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)就不得不依賴材料科學(xué)的進(jìn)展了。毫不客氣地說(shuō)，如果3D打印真正打印出了人體器官，功勞多半會(huì)被材料科學(xué)、生物工程學(xué)搶走，還輪不到3D打印技術(shù)的頭上。

從3D產(chǎn)業(yè)的發(fā)展來(lái)看，情況也遠(yuǎn)沒(méi)有那么樂(lè)觀。當(dāng)前全球3D打印產(chǎn)業(yè)的市場(chǎng)規(guī)模也不過(guò)占到全球制造業(yè)的0.02%，制造業(yè)依然是車(chē)床、鉆頭、制模機(jī)的天下。在批量生產(chǎn)面前，3D打印的劣勢(shì)盡顯無(wú)疑。用傳統(tǒng)制造方法只需1秒鐘就能“打印”出來(lái)的零件用3D打印的方式可能要花掉幾個(gè)小時(shí)，和標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)模化的流水線作業(yè)相比，效率低下的3D打印還看不到什么希望。

目前，3D打印在學(xué)校教育中還處于“朦朧的興奮期”，彌漫著一種因?yàn)槿狈ι钊肓私舛a(chǎn)生的強(qiáng)烈好奇心和興奮感。學(xué)校開(kāi)設(shè)的3D打印課程也基本屬于“體驗(yàn)”狀態(tài)，但當(dāng)學(xué)生們真正應(yīng)用過(guò)一段時(shí)間后，興奮感自然會(huì)衰退。同時(shí)，3D打印的一些“硬傷”也會(huì)消磨掉孩子們的興趣。譬如，學(xué)校購(gòu)買(mǎi)的3D打印機(jī)一般來(lái)說(shuō)還無(wú)法更換打印材料，一臺(tái)打印機(jī)只能打印一種固定材料的物體，久而久之，新鮮感也大為降低了。再有，超長(zhǎng)的打印時(shí)間也成為教學(xué)應(yīng)用的掣肘，3D打印機(jī)在學(xué)校里有成為“展品”之嫌。