3D打印技术的概念特点应用

  行业资讯     |      2026-06-16 15:24

  

3D打印技术的概念特点应用

  3D打印技术,学术上又称“添加制造”(additivemanufacturing)技术,也称为增材制造或增量制造。

  3D打印技术是以计算机三维设计模型为蓝本,通过软件分层离散和数控成型系统,利用激光束、热熔喷嘴等方式将塑料、金属粉末、陶瓷粉末、细胞组织等特殊材料进行逐层堆积黏结,最终叠加成型,制造出实体产品的制造方法

  这种数字化制造模式不需要复杂的工艺,不需要庞大的机床,也不需要众多的人力,直接由数字化文件生成任何形状的零件,使生产制造得以向更广的生产人群范围延伸。

  当今主流的3D打印技术包括熔融沉积、光固化成型、激光烧结、分层实体加工等

  1984年,CharlesHull发明了将数字资源打印成三维立体模型的技术

  1986年,ChuckHull发明了立体光刻工艺,利用紫外线照射将树脂凝固成形,以此来制造物体,并成立一家名为3DSystems的公司

  1988年,ScottCrump发明了另外一种3D打印技术——热熔解积压成形(FDM),利用蜡、ABS、PC、尼龙等热塑性材料来制作物体

  1989年,C.R.Dechard博士发明了选区激光烧结技术(SLS),利用离强度激光将尼龙、蜡、ABS、金属和陶瓷等材料粉来烤结,直至成形。

  1993年,麻省理工大学教授EmanuaISachs创造三维打印技术(3DP),将金属、陶瓷的粉末通过粘接剂粘在一起戍形。

  1995年,麻省理工大学JimBredt和TimAnderson修改了喷墨打印机方案,变为把约束溶剂挤压到粉末床,而不是把墨水挤压在纸张上的方案,随后创立了现代的三维打印企业ZCorporation。

  2005年,ZCroooration推出了世界上第一台离精度彩色3D打印机一Speum2510,同一年,英国巴恩大学的AdrianBowyer发起了开源3D打日机项目RepRap,目标是通过3D打印机本身,能够制造出另一台3D打印机。

  2008年,第—个基于RepRap的30打印机发布,代号为“Darwin”,它能够打印自身50%元件,体积仅—个箱子大小。

  2010年11月,第一台用巨型3D打印机打印出整个身躯的轿车出现,它的所有外部组件都由3D打印制作完成,包括用Dimension3D打印机和由Stratasys公司数字生产服务项RedEyeonDemand提供的Fortus3D成型系统制作完成的玻璃面板。

  一个研究组测试了一辆几乎完全由3D打印的小型赛车,其车速达到了140千米/小时。

  2011年8月,世界上第一架3D打印飞机由英国南安营敦大学的工程师剑建完成。

  对于大多数人来说,提到“打印”,首先想到的是能打印文稿或照片等平面内容的普通打印机,事实上传统的喷墨打印机和某些工艺类型的3D打印在技术上确实比较接近。3D打印使用特制的设备将材料一层层地喷涂或熔结到三维空间中,最后形成所需的实体,所用设备即3D打印机。一般来说,通过3D打印获得实体需要经历建模、分层、打印和后期处理四个主要阶段。

  耗材是3D打印能否得到广泛应用最关键的因素。目前开发的3D打印材料主要有塑料、树脂和金属等。用于工业领域的3D打印材料种类仍然缺乏,材料标准有待建立。金属打印构件的力学性能、组织结构等有待于深入研究。

  目前,3D打印不具备规模经济的优势,价格方面的优势尚不明显。打印材料的价格从几百元到几千元不等。对于适合人体特性的金属材料如钛合金,进口的金属粉末价格达到4000元/kg左右,还要受到外国出口管制等各种因素。此外,3D打印机的价格从几千元到上千万元不等。但是随着材料、设备成本的下降,未来打印品的价格将明显下降。

  3D打印技术的意义不仅在于它能改变资本和工作的分配模式,而且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,单靠创意也是很危险的,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,极有可能像最初的音乐电影和电视领域一样面临盗版的威胁。

  3D打印技术需要依靠数字模型来进行生产,大多数人不会使用3D打印机,需要专业技术人员来建模,实现3D数据,并由专业人员来操作打印机。随着社会发展,越来越多的人都将能掌握这项技术。而且企业也会提供一些简单的产品,用户不必学会3D设计技能就能制作模型,就像傻瓜相机的发展一样。

  例如:缺少工业资金来加速3D打印技术的研发;相应的打印材料和打印成品缺少食品和药监部门的许可。3D生物打印技术也像20世纪末的克隆技术一样,将带来生物伦理挑战。

  从3D打印自身产业链角度来说,整个产业链包括上游的打印材料、中游的打印设备制造及下游的打印服务。而且每个应用点对应不同的材料、设备和工艺,这样一个复杂庞大的体系必须有个创新环境,才能推动3D打印技术产业发展。当前,个人和企业对3D打印技术的认识度还有待提高,并且缺乏对3D打印技术的深入了解也限制了3D打印技术的发展。

  3D打印技术和新型化设计将推动“云制造”模式的发展,即向着小规模、分布式方向转变。现行的大规模制造模式存在投入多、风险大等诸多弊端,而3D打印产业将会扭转这种局面,将一个个的小型制造企业组成大规模的分布式集成网络,规模堪比一个大型的制造企业。

  目前制造业使用的加工设备的原动机多以电能驱动的方式运转,随着地球资源的枯竭以及环境污染的压力,新能源取代传统能源的趋势已成必然。可以利用太阳能、风能、核能等新能源为3D打印设备提供能源动力,实现制造业的能源换代,实现“绿色、低碳”制造。

  就目前而言,3D打印的材料仍局限在很少一部分,与传统制造业上可用材料种类相比,3D打印仍有很大的局限性。但是随着技术的进步,未来适用于3D打印技术及产业前景,Kaiyun网站打印的基础材料也将会大幅增加,而且会产生多元材料的混合制造,实现复杂物体的制造

  增强技术推广,多领域交叉融合,带动制造业向高技术密集方向转化,促使相关产业链逐步形成,推动制造业转型升级,同时也将催生一种全新的商业模式。未来创意模型将作为一种商品出售,形成一种全新的商业模式,也将推动制造业进入“全民智造”时代。

  小型化既满足家庭和办公的使用,也提供3D打印服务的打印店内实现很好的应用;巨型打印机可以满足大型制造工厂诸如航空航天、汽车制造企业的使用需求。3D打印也向着智能化方向发展,Kaiyun网站3D打印软件可以依据材料、结构和制造环境等因素的变化来实现不同的响应方式,实现制造的智能化