第一篇：3d打印技術研究現狀
3D打印技術的現狀與發展
隨著工業現代化的不斷發展，傳統的加工工藝已無法滿足現代工業部件的加工需求，許多異形結構利用傳統加工(包括五軸加工中心)很難加工或根本不能加工。隨即3D打印機應運而生„„
3D打印機看似復雜，卻很簡單，也許你會為它神奇的能力而震撼，也許你會為它的高科技而驚呆，其實從1916年愛因斯坦提出激光原理時，已經為1986年第一臺3D打印機的出現奠定了堅實的理論基礎。說起3D打印機的原理其實一點也不復雜。
3D打印就是斷層激光掃描燒結的逆過程，斷層掃描就是把某個三位模型“切”成無數疊加的片;3D打印就是一片一片的打印，然后疊加到一起，成為一個立體物體。其優勢就是在于傳統的加工方法是利用去除材料進行加工，而3D打印則是增加材料進行加工。這樣與傳統加工方式相比，3D打印機生產有材料利用率高，加工成型速度快，時間短，成型產品密度更均勻等優勢，其中最大的優勢在于不再受制于產品結構，只要設計師能想出的結構，3D打印機都能幫他實現。
傳統的工業產品開發，往往是先開模具，然后再做手板，而運用3D打印技術，無需開模，可以把制造時間減少，費用降低，對成本更好的控制。而一些好的設計理念，無論其結構和工藝多么復雜，均可利用3D打印技術，短時間內制造出來，從而極大地促進了產品的創新設計，有效改善工業設計能力薄弱的問題。
3D打印需要依托多個學科領域的尖端技術，至少包括以下方面：
信息技術：要有先進的設計軟件及數字化工具，輔助設計人員制作出產品的三維數字模型，并且根據模型自動分析出打印的工序，自動控制打印器材的走向。
精密機械：3D打印以“每層的疊加”為加工方式。要生產高精度的產品，必須對打印設備的精準程度、穩定性有較高的要求。
材料科學：用于3D打印的原材料較為特殊，必須能夠液化、粉末化、絲化，在打印完成后又能重新結合起來，并具有合格的物理、化學性質。
3D打印機的應用領域及其廣泛，從尋常百姓家的鍋碗瓢盆，到關系到國家安全的國防事業，幾乎各種領域都可以有他的身影。他的應用對象可以是任何行業，只需要這些行業提供3D數據模型或原型，3D打印機均可以加工。其中這些行業中對3D打印機需求較大的包括政府、航空航天、醫療設備、高科技研發、教育業以及制造業。
醫療行業：從2010年美國成功打印活體器官開始，似乎直接打印人體也并不是不可能，它更類似于克隆技術，他打印出來的活體器官不會與患者排斥。他還可以打印骨骼、牙齒等。我們可以預計在將來3D打印機的發展中，在醫療方面會引入一個全新的人體植入概念，讓更多的患者看到希望。
產品研發：我們可以利用3D打印技術快速制造手板模型，這樣不但保留原有結構的特征，同時還可以做比例縮減，縮短加工時間短，降低生產成本，減少產品改良時間，更適合產品研究開發。
建筑設計：在建筑業，工程師和設計師們已經開始使用3D打印機打印建筑模型，這種方法快速、低成本、環保，同時制作精美。完全符合設計者的要求，切有節省大量的材料和時間。
食品產業。沒錯，就是“打印”食品。研究人員已經開始嘗試打印巧克力了?；蛟S在不久的將來，很多看起來一模一樣的食品就是用食品3D打印機“打印”出來的。當然，到那時可能人工制作的食品會貴很多倍。
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汽車制造業。不是說你的車是3D打印機打印出來的(當然或許有一天這也有可能)，而是說汽車行業在進行安全性測試等工作時，會將一些非關鍵部件用3D打印的產品替代，在追求效率的同時降低成本。
配件、飾品。這是最廣闊的一個市場。在未來不管是你的個性筆筒，還是有你半身浮雕的手機外殼，抑或是你和愛人擁有的世界上獨一無二的戒指，都有可能是通過3D打印機打印出來的。甚至不用等到未來，現在就可以實現。
3D技術的國內發展現狀
國內3D打印技術近幾年剛開始發展，企業開始了解這種加工方式但不認可，一方面是由于企業不能擺脫傳統制造業的思維方式，另一方面則是由于加工成本過高，部件不宜利用3D打印機進行批量生產。而且國內打印機的發展還有以下缺陷
1.缺乏教育培訓和社會推廣
目前，企業購置3D打印設備的數量非常有限，應用范圍狹窄。更有一切企業根本不知道3D打印是什么樣的東西。而在教育教學方面，機械、材料、信息技術等工程學科的教學課程體系中，缺乏與3D打印相關的必修環節，3D打印停留在部分學生的課外興趣研究層面。得不到深入研究。
2.企業對技術研發投入不足
我國雖已有幾家企業能自主制造3D打印設備，但企業規模普遍較小，研發力量不足。在加工流程穩定性、工件支撐材料生成和處理、部分特種材料的制備技術等諸多具體環節，存在較大缺陷，難以完全滿足產品制造的需求。 3.產業鏈缺乏統籌發展
3D打印行業的發展需要完善的供應商和服務商體系、市場平臺。供應商和服務商體系中，包含工業設計機構、3D數字化技術提供商、3D打印機及耗材提供商、3D打印設備經銷商、3D打印服務商。市場平臺包含第三方檢測驗證支持、金融支持、電子商務、知識產權保護等支持。而目前國內的3D打印企業還處于“單打獨斗”的初步發展階段，產業整合度較低，主導的技術標準、開發平臺尚未確立，技術研發和推廣應用還處于無序狀態。
而在國外特別是美國，3D打印技術要比在國內發展早，企業早已熟知這種可能對世界加工制造業帶來革命的新技術。所以相較于國內，美國對3D打印技術的研發生產投資都遠遠勝于我國。
當前，全球正在興起新一輪數字化制造浪潮。發達國家面對近年來制造業競爭力的下降，大力倡導“再工業化、再制造化”戰略，提出智能機器人(300024)、人工智能、3D打印是實現數字化制造的關鍵技術，并希望通過這三大數字化制造技術的突破，鞏固和提升制造業的主導權，加快3D打印產業發展，可推動我國由“工業大國”向“工業強國”的轉變。
3D打印的未來
英國《經濟學人》雜志在《第三次工業革命》一文中，將“3D打印技術作為第三次工業革命的重要標志之一”，這充分可以看出3D 打印機將來不是要取代某一個制造業，而是要取代幾乎所有的制造業。未來你想要什么，只需下載圖紙，按一下„打印?鍵，就可以去喝咖啡聽音樂了，剩下的所有事，請統統交給打印機。
未來的3D打印我們可以做什么?也許我們的房屋不在是人工建造的而是用3D打印機打印一個，我們不會受食物的匱乏而限制，想吃什么自己打;家里的常用物品不在需要購買，需要杯子自己打印一個，可以看出，3D打印會在將來給我們帶來的便捷之處。
3D打印機的未來或將無所不能，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變為實體
高新區3D打印技術的發展設想和對策
采取財稅金融政策上積極支持、積極引導建立行業協會，鼓勵研發，加強教育培訓等措施，進一步促進3D打印社會化推廣。
——制定數字化制造規劃，促進3D產業優先發展
建議將3D打印技術定位為生產性服務業、文化創意、工業設計、先進制造、電子商務及制造業信息化工程的關鍵技術和共性技術，將該產業納入優先發展產業及產品目錄。在財稅金融政策上，鼓勵企業投資、研發、生產和應用3D打印，支持3D打印設備的進出口。
——加強產業聯盟、行業協會建設，推動3D產業協同發展
積極引導工業設計企業、3D數字化技術提供商、3D打印機及材料研發企業和機構、3D打印服務應用提供商組建產業聯盟，利用有關學會、協會的平臺加強研討和交流，共同推動3D打印技術研發和行業標準制定。促進3D打印技術發展的市場平臺建設，包括3D打印電子商務平臺、3D打印數據安全和產權保護機制、3D打印及周邊項目投融資機制等，促進產業可持續發展。
——加大科技扶持力度，提升3D打印技術水平
設立專項基金，重點推進數字化技術、軟件控制、打印裝置、材料技術等關鍵技術的研發。在研發扶持中，要注意建立公平、公正的研發績效評估體系，鼓勵各研發主體探索不同的技術路徑。加強對3D打印產學研合作的支持，特別對實施產業化的企業在市場銷售、社會推廣上給予政策支持。
——加強教育培訓，促進3D打印社會化推廣
將3D打印技術納入相關學科建設體系，培養3D打印技術人才。依靠行業協會、博覽會、論壇等組織形式進行3D打印技術和周邊應用的培訓。在科技館、文化藝術中心、青少年活動中心等公共機構進行3D打印技術的展示、宣傳和推廣。發展3D打印服務中心，推廣3D打印技術應用，為發展3D打印產業積累應用經驗。
第二篇：3D打印技術在中國的發展現狀
姓名：陳芷楊 年級：13級機制2班 學號：201330230203 摘要：美國學者杰里米·里夫金出版了《第三次工業革命》一書,在書中全面分析了第三次工業革命的全球性影響,他提出互聯網、綠色電力和3D打印技術正引導著“第三次工業革命”。近年來，3D打印技術也開始在我國流行開來，印發了一股迅猛發展的潮流，各大高校以及各大大型也紛紛開始研究3D打印技術，希望在這次的潮流中獲得一席之位，搶先一步掌握這一門引導“第三次工業革命”的技術。我們國家已經錯過了第一次和第二次工業革命，雖然40年來一直奮起直追，但是我國的工業水平仍然與發達國家有著相當大的差距，仍然無法摘下那頂“Made in China”帽子。據中國3D打印技術產業聯盟數據預估,至2016年中國將成為全球最大3D打印機市場。這是一份機遇也是一份挑戰。本文以3D打印技術在中國的發展現狀作為研究對象，對比國內與國外3D打印快速成型技術的差距，分析3D打印在我國的發展前景。
關鍵詞：3D打印技術;發展現狀;發展前景;措施與制度; 正文：
3D打印，即快速成型技術的一種，它是一種以數字模型文件為基礎，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造物體的技術。 3D打印通常是采用數字技術材料打印機來實現的。3D打印機與普通打印機工作原理基本相同，只是打印材料有些不同，普通打印機的打印材料是墨水和紙張，而3D打印機內裝有金屬、陶瓷、塑料、砂等不同的“打印材料”，是實實在在的原材料，打印機與電腦連接后，通過電腦控制可以把“打印材料”一層層疊加起來，最終把計算機上的藍圖變成實物。
3D打印技術分許多種，目前市場上的快速成型技術分為3DP 技術、熔融層積成型技術、立體平版印刷技術、激光燒結技術、激光成型技術和紫外線成型技術等等。3D技術該技術在珠寶、工業設計、建筑、汽車，航空航天、牙科和醫療產業、教育、地理信息系統、土木工程、軍事以及其他領域都有所應用?？上У氖悄壳盀橹挂恍└叨说拿裼?D打印技術仍然掌控在國外的幾家龍頭老大的公司里面，我國民間在3D打印技術的研發方面與國外有著很大的差距。不過好消息是據英國《簡氏防務周刊》網站2月24日報道，中國人民解放軍已研制出首幅使用3D打印技術的地形圖，另外我國早在2000年前后，中航激光技術團隊就已開始投入“3D激光焊接快速成型技術”研發，解決了多項世界技術難題、生產出結構復雜、尺寸達到4米量級、性能滿足主承力結構要求的產品。這些都可以說明了我國對3D打印技術的重視程度與投入程度，可惜的是，我國掌握的這些技術主要是在軍事方面，還無法投入工業的實際制造中。 3D打印快速成型技術的專利申請量趨勢分析搖通過專利申請的分析,可揭示3D打印技術領域的歷年專利申請及技術研況,從而掌握其技術發展趨勢及全局動態。對檢索到的國內外3D打印技術領域的專利申請量進行統計,結果見圖
國內自20世紀90年代初才開始涉足3D打印技術領域,從圖中可以看出,在1999年之前專利申請量較少,說明當時我國3D打印技術還處于時萌芽期,沒引起足夠的重視,是這也受到我國高科技技術人的缺乏以及3D打印技術研發成本高等方面的約束。2000-2007年間,專利申請量開始穩步增長,進入平穩增長期,2007年之后專利申請量快速增長,直到2011年國內申請量達到了20年來的最高峰,說明我國目前主要處在研發的快速成長階段。
從國內外趨勢線上反映的總體態勢看,我國與國外技術發展差距近10年,處在不同的發展時期。這與研發者的學術敏銳、研發模式及國家層面的重視有關。因此,我國需加強政策扶持,加大研發投入,不斷進行技術研發創新,逐步向產業化邁進,縮小與國外的差距
此外，環掃國內，桌面式3D打印市場基本處于仿制國外技術資源的階段，擁有自主研發技術的公司并不多。值得關注的是，開源策略發生了變化，這對于國內多數的品牌3D打印機仿制者來說并不算是什么好消息，而逐步走向自主研發的道路也是必然的趨勢。雖然這場變化基本在多數仿制者的意料之中，但是其發生時間卻要比預期快很多。除此之外，我們國內用戶與海外用戶在對產品的態度也有著完全相反的態度：國內用戶更為講究實際和效果。在歐美地區，多數用戶購買桌面式3D打印機是源自于個人興趣，而國內用戶主要是以工作為主。這也就是說，國內用戶更加注重3D打印機的效果和穩定性，因此對于產品的小毛病都會嗤之以鼻。目前3D打印出來的成品在外觀和尺寸上比從傳統制造行業流程走出來的產品要差不少，國內3D打印制造商仍然需要不斷的提高打印精準度，甚至加入打磨功能。
3D打印技術在國內沒能夠有大發展的另一個原因在于，國內3D行業“小而散”的局面影響了產業的推廣。目前，我國在3D快速成型技術上的設備、材料及應用領域與國外尚有差距，而活體組織打印是未來重要方向發展3D打印技術。
其實由上圖可以看出我國其實起步并不晚。這方面的研究在上世紀80年代末就已開始，研究力量集中在西安交通大學、華中科技大學和清華大學等高校。 目前，這3所高校仍是我國3D打印技術的研究重地，其中西安交通大學側重研究光固化技術，華中科技大學的優勢在于激光粉末燒結技術，而清華大學則側重塑料堆積技術。我國生產的3D打印機裝備功能已經接近國際先進水平，兩者的差距主要體現在裝備的可靠性和材料研發上。“部分3D打印機的關鍵器件需從國外進口，而用國產零件生產的打印機穩定性不夠。”此外，我國在材料質量和品種上還遠不如美國、德國豐富，許多研發的實驗材料也需要進口。這些方面也導致國內對3D打印技術的研發成本大大的提高了，也是阻礙我國推廣此項技術的絆腳石。
據華中科技大學材料科學與工程學院教授史玉升說，國內與國外雖然還有不小差距，但3D打印技術已經算是我國制造行業與國外先進水平差距很少的技術之一，部分領域幾乎同步，在某些方面還具有自身特色和一定的優勢。北京航空航天大學的王華明教授曾打印出世界上最大的鈦合金復雜構件，產品整體性能遠超鍛件。值得再次提起的是我國的“3D激光焊接快速成型技術”已經是超越了美日，在國際上也是領先的水平。
目前不僅是在我國，在國際上3D打印技術也面臨著一系列的問題：首先是缺乏宏觀規劃和引導。3D打印技術涉及的各大領域，也屬于新能源新技術的研發行列中年，但在在我國工業轉型升級、發展智能制造業、進入創新型國家的相關規劃中，對3D打印這一交叉學科的技術總體規劃與重視不夠。此外，企業對技術研發投入也明顯不足。我國雖已有幾家企業能自主制造3D打印設備，但企業規模普遍較小，研發力量不足。在加工流程穩定性、工件支撐材料生成和處理、部分特種材料的制備技術等諸多具體環節，存在較大缺陷，難以完全滿足產品制造的需求，而占據3D打印產業主導地位的美國3Dsystems、stratasys等公司，每年都投入1000多萬美元研發新技術，研發投入占銷售收入的10%左右。兩家公司不僅研發設備、材料和軟件，而且以簽約開發、直接購買等方式，獲得大量來自企業外部的相關細分技術、專利，已掌握一批關鍵核心技術。還有就是缺乏教育培訓和社會推廣。目前，企業購置3D打印設備的數量非常有限，應用范圍狹窄。在機械、材料、信息技術等工程學科的教學課程體系中，缺乏與3D打印相關的必修環節，3D打印停留在部分學生的課外興趣研究層面。
為了在這場潮流中奪得先機，推動我國3D打印技術產業化、市場化進程，加快與國際間的對話交流，促進3D打印技術與傳統制造技術的有機結合，由亞洲制造業協會聯合華中科技大學、北京航空航天大學、清華大學等權威科研機構和3D行業領先企業共同發起的中國3D打印技術產業聯盟于2012年10月15日在北京宣告成立。中國3D打印技術聯盟是全球首家3D打印產業聯盟，標志著我國從事3D打印技術的科研機構和企業從此改變單打獨斗的不利局面，有利于盡快建立行業標準，集中展示我國3D打印技術的良好形象，也便于加強與政府間或國際間的廣泛交流。
中國3D打印技術產業聯盟秘書長羅軍表示未來3至5年是發展關鍵時期，工業級打印將成主要市場。據羅軍估計，產業聯盟成立后，國內3D行業統一了抱團發展的思想，未來3年內有望達到百億產值。而市場缺口打開后，國內3D打印技術市場規模將保持至少一倍以上的增長速度，有可能成為世界3D打印的中心。
結論：
發展3D打印產業,可以提升我國工業領域的產品開發水平,提高工業設計能力;可以生產復雜、特殊、個性化的產品,有助于攻克技術難關;可以形成新的經濟增長點,促進就業。面對新的生產方式變革和發達國家大力推進的"再工業化戰略",我國也應高度重視3D打印等新型數字化制造技術的研發和產業化,加大人才培養、市場培育和應用推廣的力度,努力在數字化革命和智能制造的"機會窗口"前取得3D打印產業發展主動權。 參考文獻：
(1)作者：王德花,馬筱舒 《需求引領 創新驅動——3D打印發展現狀及政策建議》 2014年08期
(2)作者：王忠宏，李揚帆，張曼茵《中國3D打印產業的現狀及發展思路》2013年01期
(3)作者：劉紅光，楊倩，劉桂鋒，劉瓊《國內外3D打印快速成型技術的專利情報分析》2013年06期
(4)作者：Ji De Zhang，Shu Fang Wang,Yan Hui Luan《Analysis of 3D Printing Technology in China - Taking Avic Heavy Machinery Co.,Ltd (600765) as an Example》
(5)作者：Jianzhong Cha,Shuo-Yan Chou,Josip，Stjepandi&cacute,Richard Curran,Wensheng Xu,Na Qi,Xun Zhang,Guofu Yin《Opportunities and Challenges of Industrial Design Brought by 3D Printing Technology》2014年
(6)作者：楊永強，葉梓恒，王迪，宋長輝，劉洋《3D打印設備國內產業化可行性分析》華南理工大學機械與汽車工程學院——2013年08期
(7)人民日報—— 2013-05-31——《我國3D打印與世界先進水平有哪些差距?》
(8)中研網——2014/12/19——《分析：我國必須盡快掌握3D打印核心技術》 (9)百度百科——《3D打印技術》http://baike.baidu.com/link?url=GayNxtuH-1JTQ6rK9-EX8bBYYQGYsmMX7WIRXB9rPwvH9nIL5OjNIFFpIYHE9WM-VRtTTtIW4dnEi3vmpTtBa7OgHybf3bUUftPpL9fQ17dL9A0W8dlWY69M874f9M91f4tonL4Mz16qg9_G2dGWqWwO_3epngC20n2p6zWS8JoMUf5WU6b-OC2ag0fMqU1x (10)作者： 王忠宏，李揚帆《3D打印產業的實際態勢、困境擺脫與可能走向》 國務院發展研究中心產業經濟部，清華大學經濟管理學院——2013年08期
(11)作者：劉曉梅——東華大學——《第三次工業革命背景下3D打印業企業競爭力影響因素研究》
第三篇：陶瓷材料3D打印技術研究進展
王秀峰 王旭東
(陜西科技大學機電工程學院，西安 710021)
摘要
本文綜述了近年來陶瓷3D打印技術的進展，分別從陶瓷的打印技術、和陶瓷原料方面論述了3D打印技術，對陶瓷3D打印技術前景做了展望。 關鍵詞
3D打印 陶瓷材料
1 引言
3D打印技術是制造領域正在迅速發展的意向新興技術，被稱為“具有工業革命意義的制造技術”。運用該技術進行生產的主要流程是：應用計算機軟件設計出立體的加工樣式，然后通過特定的成型設備(俗稱“3D打印機”)，用液化、粉末化、絲化的固體材料逐層“打印”出產品。3D打印技術是：“增材制造”的主要實現形式。“增材制造”的理念區別于傳統的“去除型”制造。傳統數控制造一般是在原材料基礎上，使用切割、磨削、腐蝕、熔融等辦法，去除多余材料，得到零部件，再以拼接、焊接等方法組合成最終產品。而“增材制造”與之不同，無需原胚和模具，就能直接根據計算機圖形數據，通過增加材料的方法生成任何形狀的物體，簡化產品的制造程序，縮短產生的研制周期，提高效率并降低成本。
陶瓷材料具有優良高溫性能、高強度、高硬度、低密度、好的化學穩定性，使用其在航天航空、汽車、生物等行業得到廣泛應用。而陶瓷難以成型的特點又限制了它的使用，尤其是復雜陶瓷制件的成型均借助于復雜模具來實現。復雜模具需要較高的加工成本和較長的開發周期，而且，模具加工完畢后，就無法對其進行修改，這種狀況越來越不適應產品的改進即更新換代。采用快速成型技術制備陶瓷制件可以克服上述缺點?？焖俪尚鸵步凶杂蓪嶓w造型，是20世紀60年代中期興起的高興技術。
快速成型技術的本質是采用積分法制造三維實體，在成型過程中，先用三維造型軟件在計算機生成部件的三維實體模型，而后用分層軟件對其進行分層處理，即將三維模型分成一系列的層，將每一層的信息傳送到成型機，通過材料的逐層添加得到三維實體制件。
跟傳統模型制作相比，3D 打印具有傳統模具制作所不具備的優勢：
1.制作精度高。經過20年的發展，3D 打印的精度有了大幅度的提高。目前市面上的3D打印成型的精度基本上都可以控制在0.3 mm 以下;
2. 制作周期短。傳統模型制作往往需要經過模具的設計、模具的制作、制作模型、修整等工序，制作的周期長。而3D打印則去除了模具的制作過程，使得模型的生產時間大大縮短，一般幾個小時甚至幾十分鐘就可以完成一個模型的打印;
3. 可以實現個性化制作。3D打印對于打印的模型數量毫無限制，不管一個還是多個都可以以相同的成本制作出來，這個優勢為3D打印開拓新的市場奠定了堅實的基礎;
4. 制作材料的多樣性。一個3D 打印系統往往可以實現不同材料的打印，而這種材料的多樣性可以滿足不同領域的需要。比如金屬、石料、高分子材料都可以應用于3D 打印。
5. 制作成本相對低。雖然現在3D 打印系統和3D 打印材料比較貴，但如果用來制作個性化產品，其制作成本相對就比較低了。加上現在新的材料不斷出現，其成本下降將是未來的一種趨勢。有人說在今后的十年左右，3D 打印將會走進普通百姓家里。
2 陶瓷3D打印的主要技術分類
3D打印用的陶瓷粉末是陶瓷粉末和某一種粘結劑粉末所組成的混合物。由于粘結劑粉末的熔點較低，激光燒結時只是將粘結劑粉末熔化而使陶瓷粉末粘結在一起。在激光燒結之后，需要將陶瓷制品放入到溫控爐中，在較高的溫度下進行后處理。陶瓷粉末和粘結劑粉末的配比會影響到陶瓷零部件的性能。粘結劑分量越多，燒結比較容易，但在后處理過程中零件收縮比較大，會影響零件的尺寸精度，粘結劑分量少，則不易燒結成型。顆粒的表面形貌及原始尺寸對陶瓷材料燒結性能非常重要，陶瓷顆粒越小，表面越接近球形，陶瓷層的燒結質量越好。
陶瓷粉末在激光直接快速燒結時，液相表面張力大，在快速凝固過程中會產生較大的熱應力，從而形成較多的微裂紋。目前，陶瓷直接快速成型工藝尚未成熟，國內外正處于研究階段，還沒有實現商品化。 目前，比較成熟的快速成型方法有如下幾種：分層實體制造(簡稱LOM);熔化沉積造型(簡稱FDM);形狀沉積成型(簡稱SDM);立體光刻(簡稱SLA);選區激光燒結(簡稱SLS);噴墨打印法(簡稱IJM)。
2.1分層實體制造(LOM)
分層實體制造采用背面涂有熱熔膠的薄膜材料為原料，用激光將薄膜依次切成零件的各層形狀疊加起來成為實體件，層與層間的粘結依靠加熱和加壓來實現。LOM最初使用的材料是紙，做出的部件相當于木模，可用于產品設計和鑄造行業。美國Lone Peak公司、Western Reserve和Dayton大學等已經用LOM方法制備陶瓷件，采用的原料為陶瓷膜，陶瓷膜是用傳統的流延法制備的。采用LOM法制備的陶瓷材料有Al2O3,Si3N4,AlNSiC,ZrO2等。
LOM法制備的陶瓷件一般是用平面陶瓷膜相疊加而成的，現在已開發出以曲面陶瓷膜相疊加的成型工藝，這一工藝是根據制備曲面陶瓷/纖維復合材料的需要生產的，Klostnman等人采用曲面LOM法制備了SiC/SiC纖維復合材料，與平面LOM工藝相比，曲面LOM工藝可保證曲面上纖維的連續性，而達到最佳的力學性能。另外，曲面LOM工藝制備的陶瓷件還有無階梯效應、表面光潔度高、加工速度快、省料的等優點。
2.2熔化沉積造型(FDM)
熔化沉積造型法以熱塑性絲狀為原料，絲通過可在X-Y方向上移動的液化器熔化后噴嘴噴出，根據所涉及部件的每一層形狀，逐條線、逐個層的堆積出部件。FDM使用的原材料有聚丙烯、ABS鑄造石蠟等。
采用FDM工藝制備陶瓷件叫FDC。這種工藝是將陶瓷粉末和有機粘結劑相混合，用擠出機或毛細血管流變儀做成絲后用FDM設備做出陶瓷件生胚，通過粘結劑的去除和陶瓷生胚的燒結，得到較高密度的陶瓷件。適用于FDC工藝的絲狀材料必須具備一定的熱性能和機械性能，黏度、粘結性能、彈性模量、強度是衡量絲狀材料的四個要素?；谶@樣的限制條件，Rutgers大學的陶瓷研究中心開放出稱為RU系列的有機粘結劑。這種粘結劑由四中組元組成：高分子、調節劑、彈性體、蠟。
Agarwala等人用FDC制備了Si3N4陶瓷件，所用的陶瓷粉為GS-44氮化硅，體積分數為55%。由于RU粘結劑是由四中具有不同熱解溫度的組元組成，生胚中粘結劑的去除分為兩步進行。第一步從室溫加熱到450℃，在此階段大部分粘結劑被去除。第二步是將生胚放入氧化鋁坩堝加熱至500℃，粘結劑中剩余的碳被去除掉。不同階段的加熱速度和保溫時間根據零件的尺寸和形狀來確定。經過這兩步處理后，陶瓷生胚變成多空狀，對生胚進行氣壓燒結處理，生胚中所含的氧化物熔化并為多孔生胚的致密化提供液相。此外，Bandyopadhyny等人用FDC工藝制備出3-3連通的PZT/高分子壓電復合材料。
2.3形狀沉積成型(SDM)
SEM是由Stanford大學和Carnegie Mellon大學開發的，它是一種材料添加和去除相結合的反復過程。成型過程中，每一層材料首先沉積成近成型形狀，在下一層材料添加前，采用傳統的CNC技術將其加工成凈成型形狀。
采用SDM和Gel-casting相結合的方法可以制備陶瓷件，這種工藝叫Mold-SDM。即先用SDM做出模型，然后澆注陶瓷漿料，將模型融化掉，取出陶瓷生胚，經燒結處理后就得到最終的陶瓷件。用Mold-SDM制備陶瓷有以下優點：SDM能做出復雜幾何形狀的模型;Mold-SDM制備的陶瓷是整體件，因此陶瓷件不存在層與層間的邊界和缺陷;模型的表面由機加工方法獲得，具有很好的光潔度，因此制備的陶瓷件也具有較高的表面光潔度。
目前已采用Mold-SDM制備出Si3N4，Al2O3材質的渦輪、手柄、中心孔、噴嘴等樣品。其中，Si3N4樣品的最大彎曲強度為800MPa。
2.4噴墨打印法
噴墨打印法主要分為三維打印和噴墨沉積法。
三維打印是由MIT開發出來的，首先將粉末鋪在工作臺上，通過噴嘴把粘結劑噴到選定的區域，將粉末粘結在一起，形成一個層，而后，工作臺下降，填粉后重復上述過程直至做出整個部件。所用的粘結劑有硅膠、高分子粘結劑等。三維打印法可以方便地控制部件的成分和顯微結構。
噴墨沉積法是由Brunel大學的Evans和Edirisingle研制出來的，它是將含有納米陶瓷粉的懸浮液直接由噴嘴噴出以沉積成陶瓷件。該工藝的關鍵是配置出分散均勻的陶瓷懸浮液，目前，使用的陶瓷材料有ZrO2,TiO2,Al2O3等。
2.5立體光刻(SLA)
SLA是最早的一種快速成型技術，它以能在紫外光下固化的液相樹脂為原料，通過紫外光逐層固化液相樹脂制出整個部件。SLA制備陶瓷件有以下兩種方式，包括直接法和間接法。
直接法是以在紫外線下固化的液相樹脂為粘結劑，調制出含有50%體積分數的液相樹脂懸浮液，應用到SLA裝置上，就能制備出陶瓷生坯，經粘結劑去除及燒結等后處理過程，得到最終的陶瓷件。在該工藝中，紫外光能固化的厚度一般為200-300納米,它與陶瓷體積分數和陶瓷與樹脂難熔指數差值的平方成反比，因此只有與樹脂難熔指數差值較小的陶瓷材料適合于直接SLA法。目前，已采用該方法制備出Si3N4，Al2O3的結構陶瓷件及羥基磷灰石的生物陶瓷件。
間接法是先用SLA做出模型，而后澆入陶瓷漿制得陶瓷件。該工藝適合于與樹脂難熔指數差值較大的陶瓷材料，Brady等用間接SLA法制備了PZT材料的壓電陶瓷。
2.6選取激光燒結(SLS)
SLS以堆積在工作平臺上的粉末為原料，高能CO2激光器從粉末上掃描，將選定區域內的粉末燒結以做出部件的每一個層。對于塑料件，激光完全燒結高分子粉末，得到最終成型件。陶瓷的燒結溫度很高，很難用激光直接燒結，可以將難熔的陶瓷粒子包覆上高分子粘結劑，應用在SLS設備上，激光熔化粘結劑以燒結各個層，從而制出陶瓷生坯，通過粘結劑去除及燒結等后處理過程，就得到最終的陶瓷件。SLS是最先用來制備陶瓷件的快速成型工藝，選用的陶瓷材料有SiC、Al2O3。
3 陶瓷3D打印主要材料 3.1硅酸鋁陶瓷
硅酸鋁是一種硅酸鹽，其化學式為Al2SiO5，密度為2.8到2.9克/立方厘米。具有廣泛的用途：1.用于玻璃、陶器、顏料及油漆的填料;2.是涂料中的鈦白粉和優質高嶺土的理想替代品，與顏料配合廣泛用于油漆、皮革、印染、油墨、造紙、塑料、橡膠等方面;3.用來制作耐高溫防火隔音隔熱棉、板、管、縫氈、防火隔熱布、耐高溫紙、耐火保溫繩、帶、防火保溫針刺毯(有甩絲、噴吹)、磚，無機防火裝飾板。無機防火卷簾等;4.用作膠黏劑和密封劑的填充劑，能夠提高硬度、白度、耐磨性、耐候性、貯存穩定性。
但是傳統的制造工藝，生產效率低，復雜制件難以成型，限制了其在其它領域內的廣泛使用，利用3D打印技術，將硅酸鋁陶瓷粉體用于3D打印陶瓷產品。3D打印的該陶瓷制品不透水、耐熱(可達600°C)、可回收、無毒，但其強度不高，可作為理想的炊具、餐具(杯、碗、盤子、蛋杯和杯墊)和燭臺、瓷磚、花瓶、藝術品等家居裝飾材料。英國布里斯托的西英格蘭大學(UWE)的研究人員開發出了一種改進型的3D打印陶瓷技術，該技術可用于定制陶瓷餐具，比如漂亮的茶杯和復雜的裝飾物。根據CAD數據可直接進行打印、燒制、上釉和裝飾，消除了先前陶瓷產品原型沒法過火或測試釉質的問題。
3.2 Ti3SiC22陶瓷
在1972年，Nickl等人采用化學氣相沉積(CVD)法制備單晶時，發現了特別軟的碳化物Ti3SiC2。其硬度表現為各向異性，垂直于基面的硬度是平行于基面硬度的三倍。近年來，Ti3SiC2三元層狀碳化物因其兼具陶瓷和金屬的優異性能而成為研究熱點。與超合金相比，Ti3SiC2具有優異的高溫性能和疲勞損傷性能。在Ti3SiC2晶胞中，共棱的Ti6C八面體被緊密堆積的Si原子層所分隔，其中Ti與C之間為典型的強共價鍵，而Si原子層平面與Ti之間為類似于石墨層間的弱結合。Ti3SiC2熔點高達3000℃，在1700℃以下真空及惰性氣氛中不分解。Ti3SiC2結構中存在的層間弱結合力價鍵使其具有平行于基面的開裂能力，在斷裂時表現出R曲線行為，韌性可達16MPa·m1/2. Ti3SiC2陶瓷的制備方法通常有自蔓延高溫反應法、等離子放電燒結法、反應熱壓法等。以上工藝都需要采用成型模具，這些模具的制造成本高且周期長，如果部件形狀太復雜，則可操作性差。這些因素制約了Ti3SiC2陶瓷的應用，而三維打印成型工藝可克服以上工藝的不足。
W.Sun等人的研究表明，采用三維打印制備的Ti3SiC2陶瓷件孔隙率高達50%～60%，而三維打印結合冷等靜壓和燒結工藝可制備出致密的Ti3SiC2陶瓷，致密度可達99%。制備過程為：先采用反應熱壓法將Ti、石墨和SiC反應生成Ti3SiC2，然后研磨成Ti3SiC2粉體;Ti3SiC2粉體與水溶基粘結劑混合干燥后球磨過篩，Ti3SiC2粉體顆粒表面被粘結劑包覆，過篩后的顆粒直徑為40um;在三維打印過程中，水基溶液噴射在包覆粘結劑的Ti3SiC2，顆粒粉體上，Ti3SiC2顆粒被粘結成具有特定形狀的顆粒預制體;在冷等靜壓過程中Ti3SiC2顆粒預制體被致密化;燒結過程中，致密化的Ti3SiC2顆粒預制體被燒結成致密的陶瓷。
以上復合工藝具有顯著的優點，在制備新型陶瓷部件方面極具潛力。但是這種工藝的線收縮率較大，高達27%～32%。因此，如何克服三維打印工藝制備材料孔隙率大以及后處理工藝線收縮率大的不足成為研究的重點。
3.3 Ti3SiC2增韌TiAl3-A1203復合材料
TiAl3金屬間化合物具有低密度(3.3g/cm3)、高彈性模量(157GPa)、高熔點(1350～1400℃)和良好的抗氧化性能等優點，有望用于航空、航天工業熱結構領域。但是，TiAl3的室溫斷裂韌性低(2MPa·m1/2)、難于成型的特點限制了其應用。A1203具有高硬度(18GPa)和高模量(楊氏模量386GPa，剪切模量175GPa)，具有作為彌散相增強增韌的功能。而A1203增韌TiAl3復合材料(TiAl3-A1203)具有密度低、硬度高，抗腐蝕，抗磨損以及良好的高溫抗氧化性能。
熔體滲透法是將低熔點金屬熔化滲入多孔陶瓷中制備陶瓷一金屬以及陶瓷基復合材料的通用工藝。將熔體鋁滲入多孔氧化鈦陶瓷中可反應合成TiAl3-A1203復合材料。
目前，多孔陶瓷制備方法主要有冷壓成型結合高溫預燒結，熔體滲透工藝包括擠壓鑄造和氣壓滲透工藝。采用由30v01.%TiO2-70v01.%A1203組成的多孔陶瓷進行擠壓鑄造或氣壓滲透Al，所制備的TiAl3-A1203復合材料具有相互穿插的網絡結構，各相結合致密、取向隨機分布，其抗彎強度為543MPa、斷裂韌性8.6MPa· m1/
2、硬度5.7GPa,如果在滲透過程中僅靠毛細管力使滲透過程自發進行，則稱之為無壓反應熔體滲透工藝(簡稱反應熔俸滲透)。滲透速度取決于熔體在多孔陶瓷表面的潤濕性，一般隨著滲透溫度的升高潤濕性有所改善。
采用粉體混合.成型，燒結工藝制備陶瓷或陶瓷基復合材料時，材料體積收縮高達20%;而反應熔體滲透法成本低，可實現構件的近尺寸制備以及多孔體的致密化。最近，Yin等人采用三維打印工藝制備氧化鈦多孔陶瓷，并采用無壓反應熔體法滲透鋁，合成了TiAl3-A1203復合材料，建立了近尺寸制備復雜形狀TiAl3-A1203復合材料部件的工藝基礎。
A1203和TiAl3都是脆性材料，復合材料的斷裂韌性很難進一步提高，并且抗熱震性能差，這成為制約TiAl3-A1203復合材料廣泛應用的瓶頸。
4 總結與展望
3D打印在醫學、航天科技、考古文物、制作業、建筑等行業得到廣泛應用。未來，3D打印技術的發展將體現出精密化、智能化、通用化以及便捷化等主要趨勢，可以在多方面進行改善：可提升3D打印的速度效率很精度，提高成品的表面質量、力學和物理性能;可開發更為多樣的3D打印材料。如智能材料、功能梯度材料、納米材料、陶瓷材料等;打印機的體積可以更加小型化、桌面化、成本更加低廉、操作更加簡便等。
對于陶瓷材料來說，其3D打印技術的加工難度較大，存在很多尚未解決的難題，表面粗糙度過大，力學性能不理想，孔隙率過大，制件精度低等問題一直存在。一種3D陶瓷打印技術難以適應多種材料，往往需要針對于某一種特性的陶瓷性能，研制出一種對應的3D打印技術，成本較高。但是，隨著技術的不斷提高，理論不斷完善，陶瓷的3D打印技術已有重大的進展，也是目前研究的熱點和重點。在不久的將來，肯定能獲得重大的突破，同時也是極富挑戰的課題。
參考文獻
[1]李小麗,馬劍雄,李萍,陳琪,周偉民. 3D打印技術及應用趨勢[J]. 自動化儀表,2014,01:1-5. [2]王雪瑩. 3D打印技術與產業的發展及前景分析[J]. 中國高新技術企業,2012,26:3-5. [3]楊恩泉. 3D打印技術對航空制造業發展的影響[J]. 航空科學技術,2013,01:13-17. [4]吳平. 3D打印技術及其未來發展趨勢[J]. 印刷質量與標準化,2014,01:8-10. [5]杜宇雷,孫菲菲,原光,翟世先,翟海平. 3D打印材料的發展現狀[J]. 徐州工程學院學報(自然科學版),2014,01:20-24. [6]曾昆. 3D打印的材料之殤[J]. 新材料產業,2014,10:39-41. [7]王忠宏,李揚帆,張曼茵. 中國3D打印產業的現狀及發展思路[J]. 經濟縱橫,2013,01:90-93. [8]王月圓,楊萍. 3D打印技術及其發展趨勢[J]. 印刷雜志,2013,04:10-12. [9]江洪,康學萍. 3D打印技術的發展分析[J]. 新材料產業,2013,10:30-35. [10]余冬梅,方奧,張建斌. 3D打印:技術和應用[J]. 金屬世界,2013,06:6-11. [11]孫聚杰. 3D打印材料及研究熱點[J]. 絲網印刷,2013,12:34-39. [12]劉海濤 光固化三維打印成形材料的研究與應用[J]2009 [13] 朱敏慧 三維打印讓設計更便捷[J]-汽車與配件2010(27) [14]黃金. 張仁元. 李愛菊 無機鹽/陶瓷基復合儲能材料的制備技術[J]-新技術新工藝2004(7) [15]宋麗. 徐安平. 李娟 三維打印技術的發展現狀與趨勢[J]-2005 [16]朱敏慧 Objet三維打印技術提高汽車企業競爭力[期刊論文]-汽車與配件2010(44) [17]李龍彪. 宋迎東. 孫志剛. 許仁紅 陶瓷基層合復合材料基體裂紋演化研究[會議論文]-2008
第四篇：3D打印技術在中小學教學中的應用研究
摘要:近些年來，3D打印技術逐漸走進了人們的生活之中，受到越來越多的關注，目前由于此項技術可在短時間內制造出各種物件，被廣泛的應用于航空、醫學等等領域。而且，隨著技術越來越成熟，在教育行業也在逐漸的被普及起來，本文將對3D技術在教育行業中的應用進行分析，并對目前在教育行業中存在的問題進行探討，為此項技術在教育行業更好的發展提供借鑒意義。 關鍵詞：3D打印技術;中小學教育;應用研究 引言
現如今，3D打印技術在教育行業逐漸被廣泛的應用，英國教育部已經實現了大約1年的試點應用，將3D打印技術應用到各個學科體系之中，已經取得了不錯的效果，極大的增加了對于3D技術在教育行業應用的信心。本文將首先介紹3D打印技術的概念，在通過中小學各個學科教育中的實際應用，來探究3D打印技術在教育行業中對于應用問題，最后再指出3D打印技術目前存在的問題，提供借鑒意義。
二、3D打印技術在教育行業的應用
(一)數學學科
在數學學科的領域中，在學習幾何立體圖案的主視圖、側視圖和俯視圖時，對于較為復雜的幾何立體時，很多中小學生在想象時，較為抽象，腦海中的空間思維能力相對較弱，缺乏具體的實物來模擬，很多教師也很難對同學之間產生共鳴。有了3D打印技術，老師們可以很方便、很快捷的打印出所需要的幾何體，展示在中小學生們的面前，將圖案分別從正面、側面、俯面進行觀看，十分直觀的實現了在此章節的教學工作。除此之外，比如一個復雜的幾何體，被橫切后，出現什么樣的圖案，在3D打印技術的幫助之下，也可以迎刃而解。
(二)物理學科
在學習力學的章節時，很多的機械模型在進行受力分析時，學生們很難在大腦中呈現出每一個時刻的受力狀況，比如：橫擺運動、轉動帶受力分析等等，有了3D打印機之后，老師打印出機械的模型，并對機械模型的受力進行分析，十分形象的展現每一時刻的受力狀況，在教學方面，大大的降低了難度，讓學生們更加形象的得到理解。
(三)地理學科
在學習地理學科時，很多學生搞不懂太陽、月亮及地球之間的轉動關系，不明白自轉與公轉運動，腦海中沒有清晰的認識，學生們理解起來相對比較困難，老師們可以用3D打印機將其打印出來，比例得到一定的縮小，老師們可以更加形象的通過調整三者之間的位置，來描繪自轉和公轉運動的情況，大大的降低了教學難度，使得學生們可以更加方便的理解。
(四)歷史考古學科
老師在講解歷史各個朝代工藝品時，未來能夠用個清晰的認識，老師們可以使用3D打印機進行制作，比如：西周時期的鼎、西漢時期的竹簡、清代時期的青花瓷等等，可以豐富學生們的閱歷，增加對歷史文物的了解。
(五)生物醫學科
在學習生物醫學類的知識時，對很多人體器官的構造在理解起來，有一定難度，比如：細胞的結構、體內循環系統、皮脂的結構、腦部結構等等，在理解起來有一定的難度，像上面的內容，可以用3D打印技術很好的實現，使教學變得相對容易，可以將這些結構以放大的比例進行打印，展現在學生們面前，可以更加詳細的了解。
(六)航空類學科
在航空類的教學中，對于飛機的構造，學生們可能很難去理解，飛機的啟動和落地的流程也很難形成記憶，有了3D打印機，這些問題都可以解決。以縮小的比例打印出飛機，老師模擬演示操控飛機的起飛和落地的過程，有利于學生們更好的形成記憶，使學生們的對飛機的構造及動力系統了解的更加深刻。
三、3D打印技術的局限性
(一)在教育行業推廣有限，應用較少
3D打印技術在我國國內的各大中小學校中實踐案例較少，實際運用3D打印技術來教學的較少，同時此類的期刊論文研究也相對較少，不少的學校領導對此技術心存顧慮，整體的在教育行業推廣較少，缺乏成功的案例實踐。
(二)成本相對較高
由于3D打印機屬于稀缺類型的物件，而且科技含量相對較高，處于進入市場的初期階段，價格處以“新貴”的姿態，普通大眾在接受起來相對困難。不過，隨著技術的進步，聽說小型桌面的3D打印機大概售價低到一萬以下，但成品率不能保證百分之百，在制作質量和工藝水準上存在一定的誤差。
(三)使用材料種類有限
在使用3D打印機時，需要使用與之相符合的材料，各種材料種類有限，能夠應用于3D打印的材料還非常單一，以塑料為主，并且打印機對單一材料也非常挑剔。且在采購起來，存在一定的困難，同時采購材料還存在著一定的成本，對各個學校來說，又是額外支付的一筆成本，加重了成本的負擔。
(四)產品強度問題
在教學工作中，對于打印出來的僅用于觀看的小物件產品，僅用于觀看，在磨損及使用上不會造成太大傷害，倘若打印出來的產品時大物件，而且需要長時間的進行使用和模擬，那么物件的強度也是一個很大的問題，產品的強度有效期大概多久，能夠使用多長時間，是每一個學校在購買3D打印機時的重要考慮因素。
(五)產權保護及稅務問題
如果3D打印技術流放到教育行業之后，必然的會產生很多的模仿者和創新者，這就需要實現知識產權的保護，同時，由于貨物的制造均是打印出來的，非真正的商品價值，在稅務征收方面存在一定的問題，傳統的征稅模式將無法適應。
四、結論
毋庸置疑，3D打印技術對于中小學的教育行業起到了巨大的作用，可以極大的激發學生們的學習興趣，同時還能夠降低教師的教學困難，增加了課堂的創新精神，但是，由于目前國內在此技術的應用上，確實還存在著局限性，需要逐一克服，實現更廣泛的推廣。同時，在技術應用上，廠家需要更多的站在市場的角度來思考問題，得到政府相關部門的扶持，充分的迎合市場，才能夠更加廣泛的得到推廣。相信未來5年內，3D打印技術會逐漸的走向成熟，逐漸的走進每一個人的生活之中。
參考文獻：
[1]. 李昕, 3D打印技術及其應用綜述. 鑿巖機械氣動工具, 2014(04): 第36-41頁. [2]. 劉金暢,3D打印技術以及應用趨勢.計算機工程應用技術,2014(34):8315-8316.
[3]. 王雪瑩, 3D打印技術與產業的發展及前景分析. 中國高新技術企業, 2012(26): 第3-5頁.
[4]. 花燕鋒,張龍革,3D打印技術在教育中的應用研究.中小學電教,2014(06):第16-18頁.
[5]. 童宇陽, 3D打印技術在中小學教學中的應用研究. 現代教育技術, 2013(12): 第16-19頁.
[6].卜娟娟等, 3D打印技術在中小學教育中的應用研究. 軟件導刊, 2014(12): 第94-95頁.
[7]. 黃敏, 3D打印向基礎教育走來——訪南京市秦淮區校園3D研究社團. 中小學信息技術教育, 2014(10): 第74-76頁
第五篇：3D打印技術
基本概念
3D打印機出現在上世紀90年代中期，實際上是利用光固化和紙層疊等技術的快速成型裝置。它與普通打印機工作原理基本相同，打印機內裝有液體或粉末等“打印材料”，與電腦連接后，通過電腦控制把“打印材料”一層層疊加起來，最終把計算機上的藍圖變成實物。這打印技術稱為3D立體打印技術。
原理
3D打印是添加劑制造技術的一種形式，在添加劑制造技術中三維對象是通過連續的物理層創建出來的。3D打印機相對于其他的添加劑制造技術而言，具有速度快，價格便宜，高易用性等優點。
3D打印機就是可以“打印”出真實3D物體的一種設備，功能上與激光成型技術一樣，采用分層加工、迭加成形，即通過逐層增加材料來生成3D實體，與傳統的去除材料加工技術完全不同。稱之為“打印機”是參照了其技術原理，因為分層加工的過程與噴墨打印十分相似。隨著這項技術的不斷進步，我們已經能夠生產出與原型的外觀、感覺和功能極為接近的3D模型。 說的簡單一點，3D打印是斷層掃描的逆過程，斷層掃描是把某個東西“切“成無數疊加的片，3D打印就是一片一片的打印，然后疊加到一起，成為一個立體物體。
應用領域
汽車制造業,醫療
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一股“3D打印熱”從美國股市傳至國內A股市場，“3D打印技術”受到資本追捧;福建已有企業涉足該領域
國外藝術家用3D打印機“打印”出了一個小型3D城市，里面的建筑物非常精致(資料圖)
東南網-海峽都市報8月31日訊(記者 林可 周錫銀 文/圖) 將一項產品設計轉化為3D數據，錄入3D打印機，添加合適的“墨水”后，就能直接打印出實物——近日，一股“3D打印熱”從美國股市傳至國內A股市場，不少涉及3D打印領域的企業股價連創新高。
3D打印技術為何受到熱捧?3D打印機如何使用，主要應用于哪些領域?普通居民現在能買到3D打印機嗎?福建制造企業有沒有掌握這一技術?帶著這些問題，本報記者多方調查，為您揭開“3D打印”的面紗。
市場動向
有望改變制造業“3D打印”成資本寵兒 美國兩家3D打印機生產商8月股價大幅上揚，這股“3D打印熱”燒到國內A股市場，涉及3D打印領域的企業股價連創新高。由于3D打印需運用到激光技術，我省一些生產激光晶體元器件的上市企業，股價業有不小漲幅。
“3D打印”為何成為資本寵兒?據業內人士介紹，3D打印受到熱捧，是因為該技術有望改變制造業形態。
據介紹，“激光3D打印”，又叫選擇性激光燒結(SLS)，即快速成型技術，其原理是將一項產品設計轉化為3D數據，然后將這些數據錄入3D打印機，使用合適的添加劑進行逐層打印，然后疊加到一起，成為實物。由于3D技術可自動、快速、直接、準確地將產品設計直接轉化為實物，因此將有效縮短產品研發周期、提高產品質量并縮減生產成本。3D打印技術在美國已經產業化，在國內也已起步。
受益“3D打印熱”一閩企股票大漲
受益這輪“3D打印熱”，福建上市公司——福晶科技的股價也有不小漲幅。前日，該公司股價漲停。據了解，公司主營業務屬于光電子產業，是全球領先的非線性光學晶體與激光晶體元器件制造商。由于3D打印需要運用到激光技術，因此該公司股價上漲。
昨日，記者從南京、深圳等地3D打印機制造商處了解到，購買3D打印機的福建買家現在還不多。許多經銷商表示，他們對3D打印的前景保持樂觀態度。他們認為，由于掌握“3D打印”后，制造企業可有效縮短產品研發周期、提高產品質量并縮減生產成本，作為制造業大省，福建加工制造類企業也需要掌握3D打印技術。
輸入數據就可打印出實物
昨日，記者電話采訪了國內一家3D打印機制造商——南京紫金立德公司。該公司銷售代表介紹，他們公司的3D打印技術是以色列的，目前國內自主掌握3D打印技術的企業較少，能批量生產全套設備的大廠家也只有幾個。 蔡先生說，3D打印機是按照所使用的添加劑劃分的，有塑膠的，也有金屬的，而他們公司制造的3D打印機，使用的是pvc膜。據介紹，紫金立德制造的3D打印機，可將按照電腦里的3D數據，將pvc膜進行切割、疊置，然后燒結成實物。打印出的產品堅固耐用，可以在上面打孔、拋光。
據介紹，除“打印”茶壺等不太復雜的生活用品外，3D打印機還能“打印”齒輪、螺絲釘、渦輪增壓零件等工業用品。
蔡先生告訴記者，目前，3D打印機主要用于工業設計、制造等領域。傳統的制造技術，需要專門“開模”，時間周期長，單價高，而3D打印機的特點是，只要你提供產品設計及數據，過兩三個小時，就能拿到實物，省時省力。
3D打印用的是“固態墨水”
據了解，3D打印機與普通打印機，最大的區別是“墨水”，3D打印機的“墨水”，也就是添加劑，從液態轉成固態，如塑膠、硅、金屬粉等。
目前的3D打印機，分堆疊法打印與燒結法打印，原理基本都是多層分片打印，而堆疊、燒結只是成型
技術的區別。堆疊法只能成型塑膠、硅之類的添加劑，對固化反應速度有要求，而燒結可以用激光的高溫對金屬添加劑進行處理加工。
“我們的打印機，主要通過打印噴頭，按照3D圖片，進行堆疊。”昨日，浙江一家3D企業市場部有關負責人陳女士告訴記者，3D打印首先要有一個設計圖片，然后將文件錄入，準備好打印需要的添加劑，就能夠開始直接打印了，3D打印機通過打印噴嘴開始從打印底盤一層層堆疊，過不了幾分鐘，就能打印出實物成品。
便宜的3D打印機只要三千多元
3D打印機哪里有售?記者發現，福州市面上還并沒有3D打印機專賣店，但3D打印機在部分購物網站有售，價錢在幾千到幾萬元不等，最便宜當數個人打印機，定價在3000多元。
據了解，國內的3D打印機，按照打印機的噴頭數量定價，比如，單噴頭的3D打印機，要近4000元，雙噴頭的打印機則要7000多元。單噴頭與多噴頭的區別主要在于，在打印中，雙噴頭可以打印兩個顏色的實物，而單噴頭只能打印一個顏色的實物。
深圳一家3D打印機廠商的負責人劉先生表示，他們的打印機出口較多。陳女士也表示，他們公司的產品主要都是銷往美國、澳大利亞等國家，國內需求還不夠旺盛，主要是因為國內對3D打印機的認知、普及還不夠高。
許小曙
湖南華曙高科技有限責任公司 總經理
許小曙，1990年畢業于美國科羅拉多礦業大學，獲得博士學位。
早在1996年，就曾因在CH-46直升機相關研究項目中“史無前例的杰出工作”，榮獲了被譽為“應用科學的諾貝爾獎”的“美國科學技術創新獎(R&D 100)”。該獎項用于獎勵每年在世界范圍內評選100個最杰出的科技成就，是世界應用科學中的最高獎項。
自1997年以來，在美國DTM公司和3D Systems公司工作12年，先后擔任先進制造主管，軟件開發總監及高級顧問等職務，是SLS SinterStation 2500+, Vanguard, HiQ and Pro 系列設備實現產業化過程的原創者之一。2011年4月，許博士被國際分層制造行業權威協會AMUG-Additive Manufacturing Users Group授予終身成就獎(“Dinosaur Award” ——恐龍獎)。該獎項用以表彰在SLS和SLA領域做出長期卓越貢獻以及具有領導力的人士，全世界僅十余人獲此殊榮。他在業內被認為是目前世界上最了解該技術的人，有“SLS之父”之美譽。
許小曙博士2010年回到中國，成立湖南華曙高科技有限責任公司，研發和推廣擁有中國自有知識產權的SLS設備，材料及相關服務。
王運贛
上海富奇凡機電科技有限公司 董事長、教授
王運贛，華中科技大學教授、博士生導師，上海富奇凡機電科技有限公司董事長，20世紀90年代初開始致力于快速成形技術的研發，主編出版了11本有關快速成形/3D打印技術的專著，擁有12項中國專利，所在公司已批量生產和銷售具有自主知識產權的7種快速成形設備。
入門級開源3D打印機項目技術簡介
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簡介
三維立體打印的技術。三維立體打印機，也被稱為快速成型打印機。它是利用普通打印機的原理，將打印機和計算機連接起來，把原料裝入機身，通過計算機的控制，用激光注射器將原料一層一層累積起來，最后將計算機上的藍圖變成實物。
3D打印機在90年代中期就出現了。在過去十年里，它已經被設計師、工程師以及科學家用來制造一次性的機械產品以及模型。他們通過一層一層堆積的液體和粉末來生產物體。助聽器生產部門利用3D打印機掃描患者的耳朵輪廓后復制出合適的助聽器;汽車定制公司也在利用這套設備為汽車愛好者提供專門的汽車部件;消費電子產品廠商用它來完成對產品功能的設計，以避免在大規模生產后修改設計;醫生用它來制造實習模型;博物館用它復制真品，以避免參觀者損毀真品。
但是，這套機器價格不菲，每套大約需要10萬美元。最近幾年，價格下降到約1.5萬美元。如此昂貴的費用也只有大型公司才能負擔。
本項目的目標是為了制造出價格在1000美元之內的桌面3D打印機，方便設計師，工程師，科技人員甚至是普通愛好者的使用。
市場前景
三維打印機不僅使立體物品的造價降低，且激發了人們的想象力。未來三維打印機的應用將會更加廣泛。
3D打印技術最突出的優點是無需機械加工或任何模具,就能直接從計算機圖形數據中生成任何形狀的零件,從而極大地縮短產品的研制周期,提高生產率和降低生產成本。這項技術目前正迅猛發展,已越來越引起人們的廣泛重視。
3D打印機在哪些領域使用有何用處3D打印技術作為一種高科技技術，綜合應用了CAD/CAM技術、激光技術,光化學以及材料科學等緒多方面的技術和知識，讓產品設計、建筑設計、工業設計、醫療用品設計等領域的設計者，第一時間方便輕松的獲得全彩色實物模型，便于重新修定CAD設計模型,從而節省了為錯誤設計制造工藝裝備的費用,并節省了研制時間。
隨著技術的進步，現在3D打印機在電影動漫、氣象、教育、外科醫療等領域都能發揮獨特的作用。在教育領域，3D打印機能夠將抽象概念帶入現實世界，將學生的構思轉變為他們可以捧在手中的真實立體彩色模型，令教學更為生動;在建筑領域，3D打印機能夠為曲面異形建筑的重要精密構件快速制作精確模型，實現傳統建筑模型制作無法達到的工藝水平;在工業生產領域，3D打印機可以為金屬鑄件直接打印模型、模型插件和圖案;在地理空間領域，3D打印機可以輕松將GIS數據轉化為三維地形及城市景觀模型或沙盤;而在娛樂藝術領域，3D打印機還可根據電子游戲、三維動畫以及其他創作產生的三維數據輕松制作自定義頭像和雕像。
但如果要將3D打印機像電腦一樣應用到我們普通消費者的生活中，還存在一些具體的問題：首先是購買成本問題，不同三維打印機的報價相差很大，但依舊徘徊在幾萬到幾十萬人民幣，這個數字對家庭用戶來說，不如去買套房子;其次是打印材料問題，3D打印機的成型材料多是采用化學聚合物，在這里，我們不僅僅是擔心它的后期使用成本問題，而且如果要讓它融入我們的家庭生活，那么這種材料是否安全將是一個很重要的參考因素。
不過我們還是期待，隨著技術的不斷進步，這些我們擔心的問題都會迎刃而解，3D打印機會在未來像照相機、掃描儀一樣進入千家萬戶，為我們的生活增添無窮樂趣。 優勢
我們擁有一套完整的實現低成本3D打印機的系統方案，該方案設計制造的3D打印機可以滿足設計師，工程師，愛好者們的基本需要，并且在價格上大大低于昂貴的快速成型系統。能夠實現每位設計師，愛好者或者是個人都能夠擁有一臺3D打印機的夢想。
技術規格
使用技術 FFF (熔融纖維制造)/熱塑擠壓
尺寸 500 mm (W) x 400 mm (D) x 360 mm (H) 重量 7.0 kg 打印范圍 200 mm (W) x 200 mm (D) x 140 mm (H) 打印耗材原料 PLA,、HDPE、ABS等，使用3mm直徑細絲 耗材價格 PLA:195元/kg，HDPE:97元/kg，ABS:150元/kg 打印速度 每小時構建實心物體為15.0 cm3 (使用PLA測試, 其他材料都差不多) 精度 噴嘴直徑0.5毫米，最小打印2毫米的物體，定位精度0.1毫米，每層厚度0.3毫米
硬件部分 控制芯片
主板芯片 Arduino
上圖所示的主板是整個系統的核心控制部件。其核心是一片Sanguino，它是一塊Arduino兼容的主板由一塊ATMEGA644P芯片驅動。
Arduino是源自意大利的一個開放源代碼的硬件項目，該平臺包括一片具備簡單I/O功效的電路板以及一套程序開發環境。Arduino可以用來開發可獨立運作、并具互動性的電子用品，或者也可以開發出與PC相連的周邊裝置，同時能在運作時與PC上的軟件進行溝通。 Arduino 平臺由兩部分組成：硬件(包括微控制器、電路板等)和軟件(編程接口和語言)。平臺的兩個部分都是開源的。如果需要，您可以下載 Arduino 的圖表、購買需要的所有獨立部件、切割電路板并從頭開始制作一個電路板。
同樣地，Arduino 旨在提供一個簡單的界面和一個將所有功能集于一身的包，同時嘗試提供其他優點： 低成本
可以從頭開始構建便宜的 Arduino 板，并且預組裝的組件十分便宜。Arduino Diecimila 花費大約 35 美元。 跨平臺軟件
獲得適用于 Microsoft Windows、Mac OS X 和 Linux 的 Arduino 軟件。 簡單的語言
Arduino 開發人員嘗試使語言可以被初學者輕松掌握，但是對于高級用戶足夠靈活。 開放源碼
Arduino 從上到下完全是開源的。如果需要構建或修改軟件，您可以隨意執行。此外，Arduino 的官方 Web 站點包含豐富的維基，其中的代碼樣例和示例都是免費共享的。
Arduino成本低功能強大的特點，滿足了低成本3d打印機項目的需求，是理想選擇。
該主板連接了所有的周邊擴展，用來驅動整個3d打印機，其中包含了3個步進電機接口，還有四個RJ45接口用于連接擠壓控制電路板，該電路板用于控制打印頭，此外主板上還配備一個SD卡插槽及ATX電源接口。 以下為該主板最新版本的電路原理圖：
步進電機控制板
該電路板用于控制步進電機，通過兩個極限開關來獲得輸入?；贏llegro A3982 步進電機驅動。此步進控制芯片價格和性能上都有相對的優勢，滿足3D打印機低成本和功能充足的特性。
以下為該電機驅動板最新版本的電路原理圖：
打印頭控制板
該電路板由PWM驅動板，DC電機驅動板，溫度傳感板，RS485接口和一塊Arduino組合而成。該板用于控制在打印過程中的材料輸出。 以下為該打印頭驅動板最新版本的電路原理圖：
機械結構
整個設計結構包含了多種材料，以下為羅列的部件名稱： 部件名稱 備注
長棒 8mm直徑，鍍鋅表面鐵棒 軸承 皮帶
擠壓部件(打印頭) 螺絲、螺帽、五金、DIY扣件 軌道扣件 步進電機 NEMA 17 或 NEMA 14 PCB/集成電路
裝配部件 3D打印制作，使用設計的3D數據
厚、薄鋼板 4mm - 6mm 厚，至少 42cm x 40cm 螺柱 軌道扣件
構造組件
使用3D設計軟件將3D打印機上的各個部件進行設計，并使用快速成型技術來制作這些部件。 部件羅列見下圖：
由 3D打印服務 提供打印制作。
軟件部分 控制系統固件 控制主板和打印頭控制板為整個3D打印機系統的核心部分，兩個控制芯片都采用開源Arduino硬件?？梢酝ㄟ^Arduino平臺方便的進行控制固件的編程和安裝。
打印機軟件
打印程序用于將設計好的STL格式文件轉換成打印機可以讀取的格式，并將該格式文件的數據信息傳給打印機。打印機固件識別此格式3d數據信息，通過控制芯片來，進行打印輸出。
我們使用一套通用的3D打印機程序與打印機固件進行交互通信，輸入的文件格式現在僅支持STL，絕對多數的3D設計軟件支持此格式的輸出，因為設計師可以不需要使用額外的軟件來輸出需要制作的3D模型。
該打印機軟件使用Java，可以用于Windows, Mac, Linux 多平臺。
打印機軟件界面截圖：
原料耗材 材料選擇
材料 單價 規格
PLA 195元/kg 3mm細絲 HDPE 97元/kg 3mm細絲 ABS 150元/kg 3mm細絲
打印案例
下圖為3D數據與打印結果的展示圖：
Magicfirm MBot 3D打印機
耗材決定能力邊界—3D打印技術原理
3D打印技術在原理上并不復雜。與傳統制造業在材料上做減法不同，它奉行的是加法守則。要打印一個東西，你首先要有一張3D立體圖，配套的軟件會把這張圖上的物體進行一系列數字切片，并將切片信息傳送到打印機，打印噴頭立刻啟動，根據切片信息，一層層極薄地堆疊出立體物件。
在這一核心“秘笈”指導下，不同打印機有不同的流派打法，而使用的“墨水”則是其中的關鍵。
在北京北五環外永豐科技園的北京計算中心，一臺售價160萬元人民幣的Objet3D打印機，已經在這里服務一年有余。這臺雙缸洗衣機大小的銀灰色打印機，使用光敏樹脂耗材，這是一種遇紫外線照射會立刻變硬的特殊材料，另外一種支撐材料也必不可少。在電腦的三維數據圖像的控制下，打印機的六個噴頭以16微米的厚度，一層層噴出液態材料，物體的部分使用光敏樹脂，其余部分則噴出填充材料，每噴一層，就進行一次紫外線照射，液態材料隨即變硬。
打印完成后，最初從打印機肚子里拿出的是一個立方體，需要再給它洗個澡，沖去填充材料，打印的東西就“水落石出”了。
Stratasys公司使用的則是一種叫做“熔積成型”的技術，整個流程是將一根粗的塑料繩，在噴頭內熔化液體，一層層沉積塑料纖維成型。還有一些系統使用粉末微粒作為打印介質，最常用的是石膏粉，粉末微粒被噴撒在鑄模托盤上形成一層極薄的粉末層，然后由噴頭噴出的液態粘合劑進行固化，或者用“激光燒結”，熔鑄成指定形狀。 耗材的擴展，決定了3D打印機的能力邊界。
受到耗材的限制，3D打印最初的應用主要局限在樣品制作。汽車零部件制造商或齒科醫生在完成一個產品設計時，往往需要用一臺3D打印機在幾個小時內打印出其設計的產品，反復修改后再投入到規?；纳a線制造，這種樣品制作方式相比傳統的模型制作極大地節約了時間和材料成本。
隨著可供打印使用的耗材的不斷拓展，3D打印也逐漸具備了制作成品的可能。這是3D打印技術一個質的飛躍，這種變化在最近兩年才逐步發生。2011年，鈦合金和不銹鋼材料的使用，使波音公司開始用這種技術直接打印飛機機翼，當然這種打印機的體型和價格都在另一個層級上。
目前，僅Objet一家公司已經可以使用14種基本材料并在此基礎上混搭出107種材料，兩種材料的混搭使用、上色也已經是現實。這些材料的價格便宜的幾百塊(人民幣)一公斤，最貴的要4萬元左右。
打印手槍、藥物、建筑—盤點2012十大3D打印產品
3D打印顛覆了人們創造東西的能力，讓人們將自己的想法轉化成電腦上的虛擬模型，將產品制造這項專利從企業領域交還到個人手中。設計癖網站帶我們一起回顧過去一年中曾報道過的3D打印產品：
1、3D打印手槍
2、Replicator 2臺式3D打印機
3、Go!SCAN 3D白光3D掃描儀
4、按需打印藥物3D分子打印機
5、LAYWOO-D
6、MIT廉價專業3D打印機
7、voxeljet連續3D打印機
8、可打印建筑物的“噴石”3D打印機
9、3D打印磚
10、XEOS概念3D打印機