3D打印技术的发展与前景分析
篇一:3d打印技术的研究背景
国内外3D打印技术的发展现状
一、“3D打印”技术
（一）基本原理。“3D打印”是通俗的叫法，学术名称为“快速原型制造 ”(Rapid Prototyping & Manufacturing)，是80年代末90年代初在美国开发兴起的一项高新制造技术。【1】“3D打印”技术是在现代CAD/CAM技术、激光技术、计算机数控技术、精密伺服驱动技术以及新材料技术的基础上集成发展起来的，采用材料累加的新成型原理，直接由CAD 数据打印制成三维实体模型。快速成型系统就像是一台“立体打印机”，不需要传统的刀具、机床、夹具，便可快速而精密地制造出任意复杂形状的新产品样件、模具或模型。
【2】3D打印机原理很简单，每一层的打印过程分为两步，先在需要成型的区域喷洒一层特殊胶水，胶水液滴本身很小，且不易扩散，然后再喷洒一层均匀的粉末，粉末遇到胶水会迅速固化黏结，而没有胶水的区域仍保持松散状态。这样在一层胶水一层粉末的交替下，实体模型将会被打印成型。完成后，要处理掉物品周围沾满的粉末，这是可以循环利用的，再涂上增强硬度的胶水。
“3D打印机”与传统打印机最大的区别在于耗
材不同——后者使用墨粉，前者使用的则是一些可以发生固化反应的材料，如树脂、塑料、陶瓷、石膏、金属等等。例如：助听器生产部门利用3D打印机扫描患者的耳朵轮廓后复制出合适的助听器。【3】汽车定制公司利用3D打印机为汽车爱好者提供专门的汽车部件。消费电子产品厂商用3D打印机来完成对产品功能的设计，以避免在大规模生产后修改设计。医生用3D打印机来制造实习模型。博物馆用3D打印机复制真品，以避免参观者损毁真品，等等。
（二）发展前景及意义
【4】工业化最大的成就是通过机械化实现了规模化大生产。而我们今天的“3D打印”技术则将规模化大生产可能演变为若干个体，打破集约化生产的传统模式。只要一台3D打印机，我们就可以在家里生产任何我们需要的东西，而且可以不断变化款式、样式。如今，新的生产方式已经发生了重大改变，传统的生产制造业将面临一次重新“洗牌”。【5】随着各种打印材料（即制造原料）的研制成功，“3D打印”技术已经可以用于生产像珠宝、玩具、工具、厨房用品、衣服之类的东西，甚至可以直接打印人体骨骼、假肢、鲜肉，进行牙齿正畸和数字化种牙，有的还打印出了汽车、飞机零部件。未来我们的模具制造行业、机床
行业、玩具行业、轻工产品行业或许都可能被淘汰出局，而取代他们的就是3D打印机。当然，这需要一个过程，10年或者20年，主要是人们适应和接受新事物的过程，也有产业自身完善成长的过程。
二、国内外“3D打印”技术及产业发展应用情况
（一）国内外产业发展情况。“3D打印”技术的历史由来已久。1986年，美国3D System公司推出了
第一款工业化的“3D打印”设备，1990年开始销售，短短几年中，形成了巨大的市场，1994年底全球已达900台，到2008年年装机总数就已经达到6000台左右，以指数曲线在上升。【6】3D打印设备应用的方式有两种：一种是大企业为自己的产品开发服务，如美国三大汽车公司、麦道、IBM、Apple、丰田等都在应用；另一种方式为大学、研究所甚至六、七个人组织的服务机构以一台或数台成型机为中心，开展对中小企业的服务。目前，全球有两家3D打印机制造巨头，分别为Stratasys和3D System，均在美国纳斯达克上市，2011年营业收入分别为1.7亿美元和2.9亿美元。2011年全球3D打印市场规模17.1亿美元。不过，这一数字仅占全球制造市场的0.02%。
【7】我国从1994年开始研究“3D打印”，北京隆源公司于1995年成功研发了一台AFS激光快速成型
机，随后华中科技大学也研制出了SLS快速成型机。目前国内依托高校成果，对“３D打印”设备进行产业化运作的公司实体主要有：北京殷华（依托于清华大学）、陕西恒通智能机器（依托西安交通大学）、湖北滨湖机电（依托华中科技大学）。这些公司都已实现了一定程度的产业化，部分公司生产的便携式桌面３Ｄ打印机的价格已具备国际竞争力，成功进入欧美市场。另外，一些中小企业成为国外“３D打印”设备的代理商，经销全套打印设备、成型软件和特种材料。【8】还有一些中小企业购买了国内外各类“３D打印”设备，专门为相关企业的研发、生产提供服务。其中，广东省工业设计中心、杭州先临快速成型技术有限公司等企业，设立了“３D打印”服务中心，发挥科技人才密集的优势，向国内外客户提供服务，取得了良好的经济效益。
目前,国内的“3D打印”主要集中在家电及电子消费品、建筑、教育、模具检测、医疗及牙科正畸、文化创意及文物修复、汽车及其他交通工具、航空航天等领域。据业内人士估计,3D打印机在国内企业级装机量在400台左右,2010年以来年增速均在70%左右,市场规模超过1亿元。
三、制约我国”3D打印”技术及产业发展应用遇
到的瓶颈和问题
“3D打印”技术虽然已有近20年的发展历程，但产业发展仍存在很多困难。
一是认识不足。虽然3D打印机的发展已有数十年，但是对大多数普通人来说，目前“3D打印”技术还是一个新生事物，很多企业甚至从没听说过还有这种具有“神秘功能”的机器。
二是价格不菲。目前，“3D打印”的耗材非常有限，主要是石膏、无机粉料、光敏树脂、塑料等，消费类的“3D打印”主要应用的材料为ABS和POA的塑料，不能完全满足工业领域的需求。【9】工业应用的“3D打印”耗材，特别是金属粉末类耗材，价格非常昂贵，这是制约国内企业使用“3D打印”技术的原因之一。比如一件飞机零部件，打印这种样品的金属粉末耗材一斤卖价4万元，3D打印样品至少要卖2万元，而如果采用传统的工艺去工厂开模打样，仅需几千元。
【10】目前的3D打印机除了用来满足个人设计师和普通爱好者的个人3D打印机之外，其他的工业用3D打印机均价格不菲，每套大概需要十万美元左右，精度高的甚至达到120万美元。
三是工艺尚不完善。【11】由于“3D打印”工艺发展还不完善，特别是对快速成型软件技术的研究还
3D打印技术在中国的发展现状
篇二:3d打印技术的研究背景
3D打印技术在中国的发展现状
姓名：陈芷杨 年级：13级机制2班 学号：201330230203
摘要：美国学者杰里米·里夫金出版了《第三次工业革命》一书,在书中全面分析了第三次工业革命的全球性影响,他提出互联网、绿色电力和3D打印技术正引导着“第三次工业革命”。近年来，3D打印技术也开始在我国流行开来，印发了一股迅猛发展的潮流，各大高校以及各大大型也纷纷开始研究3D打印技术，希望在这次的潮流中获得一席之位，抢先一步掌握这一门引导“第三次工业革命”的技术。我们国家已经错过了第一次和第二次工业革命，虽然40年来一直奋起直追，但是我国的工业水平仍然与发达国家有着相当大的差距，仍然无法摘下那顶“Made in China”帽子。据中国3D打印技术产业联盟数据预估,至2016年中国将成为全球最大3D打印机市场。这是一份机遇也是一份挑战。本文以3D打印技术在中国的发展现状作为研究对象，对比国内与国外3D打印快速成型技术的差距，分析3D打印在我国的发展前景。
关键词：3D打印技术；发展现状；发展前景；措施与制度；
正文：
3D打印，即快速成型技术的一种，它是一种以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。 3D打印通常是采用数字技术材料打印机来实现的。3D打印机与普通打印机工作原理基本相同，只是打印材料有些不同，普通打印机的打印材料是墨水和纸张，而3D打印机内装有金属、陶瓷、塑料、砂等不同的“打印材料”，是实实在在的原材料，打印机与电脑连接后，通过电脑控制可以把“打印材料”一层层叠加起来，最终把计算机上的蓝图变成实物。
3D打印技术分许多种，目前市场上的快速成型技术分为3DP 技术、熔融层积成型技术、立体平版印刷技术、激光烧结技术、激光成型技术和紫外线成型技术等等。3D技术该技术在珠宝、工业设计、建筑、汽车，航空航天、牙科和医疗产业、教育、地理信息系统、土木工程、军事以及其他领域都有所应用。可惜的是目前为止一些高端的民用3D打印技术仍然掌控在国外的几家龙头老大的公司里面，我国民间在3D打印技术的研发方面与国外有着很大的差距。不过好消息是据英国《简氏防务周刊》网站2月24日报道，中国人民解放军已研制出首幅使用3D打印技术的地形图，另外我国早在2000年前后，中航激光技术团队就已开始投入“3D激光焊接快速成型技术”研发，解决了多项世界技术难题、生产出结构复杂、尺寸达到4米量级、性能满足主承力结构要求的产品。这些都可以说明了我国对3D打印技术的重视程度与投入程度，可惜的是，我国掌握的这些技术主要是在军事方面，还无法投入工业的实际制造中。
3D打印快速成型技术的专利申请量趋势分析摇通过专利申请的分析,可揭示3D打印技术领域的历年专利申请及技术研况,从而掌握其技术发展趋势及全局动态。对检索到的国内外3D打印技术领域的专利申请量进行统计,结果见图
国内自20世纪90年代初才开始涉足3D打印技术领域,从图中可以看出,在1999年之前专利申请量较少,说明当时我国3D打印技术还处于时萌芽期,没引起足够的重视,是这也受到我国高科技技术人的缺乏以及3D打印技术研发成本高等方面的约束。2000-2007年间,专利申请量开始稳步增长,进入平稳增长
期,2007年之后专利申请量快速增长,直到2011年国内申请量达到了20年来的最高峰,说明我国目前主要处在研发的快速成长阶段。
从国内外趋势线上反映的总体态势看,我国与国外技术发展差距近10年,处在不同的发展时期。这与研发者的学术敏锐、研发模式及国家层面的重视有关。因此,我国需加强政策扶持,加大研发投入,不断进行技术研发创新,逐步向产业化迈进,缩小与国外的差距
此外，环扫国内，桌面式3D打印市场基本处于仿制国外技术资源的阶段，拥有自主研发技术的公司并不多。值得关注的是，开源策略发生了变化，这对于国内多数的品牌3D打印机仿制者来说并不算是什么好消息，而逐步走向自主研发的道路也是必然的趋势。虽然这场变化基本在多数仿制者的意料之中，但是其发生时间却要比预期快很多。除此之外，我们国内用户与海外用户在对产品的态度也有着完全相反的态度：国内用户更为讲究实际和效果。在欧美地区，多数用户购买桌面式3D打印机是源自于个人兴趣，而国内用户主要是以工作为主。这也就是说，国内用户更加注重3D
打印机的效果和稳定性，因此对于产品的小毛
病都会嗤之以鼻。目前3D打印出来的成品在外观和尺寸上比从传统制造行业流程走出来的产品要差不少，国内3D打印制造商仍然需要不断的提高打印精准度，甚至加入打磨功能。
3D打印技术在国内没能够有大发展的另一个原因在于，国内3D行业“小而散”的局面影响了产业的推广。目前，我国在3D快速成型技术上的设备、材料及应用领域与国外尚有差距，而活体组织打印是未来重要方向发展3D打印技术。
其实由上图可以看出我国其实起步并不晚。这方面的研究在上世纪80年代末就已开始，研究力量集中在西安交通大学、华中科技大学和清华大学等高校。 目前，这3所高校仍是我国3D打印技术的研究重地，其中西安交通大学侧重研究光固化技术，华中科技大学的优势在于激光粉末烧结技术，而清华大学则侧重塑料堆积技术。我国生产的3D打印机装备功能已经接近国际先进水平，两者的差距主要体现在装备的可靠性和材料研发上。“部分3D打印机的关键器件需从国外进口，而用国产零件生产的打印机稳定性不够。”此外，我国在材料质量和品种上还远不如美国、德国丰富，许多研发的实验材料也需要进口。这些方面也导致国内对3D打印技术的研发成本大大的提高了，也是阻碍我国推广此项技术的绊脚石。
据华中科技大学材料科学与工程学院教授史玉升说，国内与国外虽然还有不小差距，但3D打印技术已经算是我国制造行业与国外先进水平差距很少的技术之一，部分领域几乎同步，在某些方面还具有自身特色和一定的优势。北京航空航天大学的王华明教授曾打印出世界上最大的钛合金复杂构件，产品整体性能远超锻件。值得再次提起的是我国的“3D激光焊接快速成型技术”已经是超越了美日，在国际上也是领先的水平。
目前不仅是在我国，在国际上3D打印技术也面临着一系列的问题：首先是缺乏宏观规划和引导。3D打印技术涉及的各大领域，也属于新能源新技术的研发行列中年，但在在我国工业转型升级、发展智能制造业、进入创新型国家的相关规划中，对3D打印这一交叉学科的技术总体规划与重视不够。此外，企业对技术研发投入也明显不足。我国虽已有几家企业能自主制造3D打印设备，但企业规模普遍较小，研发力量不足。在加工流程稳定性、工件支撑材料生成和处理、部分特种材料的制备技术等诸多具体环节，存在较大缺陷，难以完全满足产品制
造的需求，而占据3D打印产业主导地位的美国3Dsystems、stratasys等公司，每年都投入1000多万美元研发新技术，研发投入占销售收入的10％左右。两家公司不仅研发设备、材料和软件，而且以签约开发、直接购买等方式，获得大量来自企业外部的相关细分技术、专利，已掌握一批关键核心技术。还有就是缺乏教育培训和社会推广。目前，企业购置3D打印设备的数量非常有限，应用范围狭窄。在机械、材料、信息技术等工程学科的教学课程体系中，缺乏与3D打印相关的必修环节，3D打印停留在部分学生的课外兴趣研究层面。
为了在这场潮流中夺得先机，推动我国3D打印技术产业化、市场化进程，加快与国际间的对话交流，促进3D打印技术与传统制造技术的有机结合，由亚洲制造业协会联合华中科技大学、北京航空航天大学、清华大学等权威科研机构和3D行业领先企业共同发起的中国3D打印技术产业联盟于2012年10月15日在北京宣告成立。中国3D打印技术联盟是全球首家3D打印产业联盟，标志着我国从事3D打印技术的科研机构和企业从此改变单打独斗的不利局面，有利于尽快建立行业标准，集中展示我国3D打印技术的良好形象，也便于加强与政府间或国际间的广泛交流。
中国3D打印技术产业联盟秘书长罗军表示未来3至5年是发展关键时期，工业级打印将成主要市场。据罗军估计，产业联盟成立后，国内3D行业统一了抱团发展的思想，未来3年内有望达到百亿产值。而市场缺口打开后，国内3D打印技术市场规模将保持至少一倍以上的增长速度，有可能成为世界3D打印的中心。
结论：
发展3D打印产业,可以提升我国工业领域的产品开发水平,提高工业设计能力;可以生产复杂、特殊、个性化的产品,有助于攻克技术难关;可以形成新的经济增长点,促进就业。面对新的生产方式变革和发达国家大力推进的"再工业化战略",我国也应高度重视3D打印等新型数字化制造技术的研发和产业化,加大人才培养、市场培育和应用推广的力度,努力在数字化革命和智能制造的"机会窗口"前取得3D打印产业发展主动权。
参考文献：
(1)作者：王德花,马筱舒 《需求引领 创新驱动——3D打印发展现状及政策建
议》 2014年08期
(2)作者：王忠宏，李扬帆，张曼茵《中国3D打印产业的现状及发展思路》2013年01期
(3)作者：刘红光，杨倩，刘桂锋，刘琼《国内外3D打印快速成型技术的专利情报分析》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：杨永强，叶梓恒，王迪，宋长辉，刘洋《3D打印设备国内产业化可行性分析》华南理工大学机械与汽车工程学院——2013年08期
(7)人民日报—— 2013-05-31——《我国3D打印与世界先进水平有哪些差距？》
(8)中研网——2014/12/19——《分析：我国必须尽快掌握3D打印核心技术》
(9)百度百科——《3D打印技术》
(10)作者： 王忠宏，李扬帆《3D打印产业的实际态势、困境摆脱与可能走向》 国务院发展研究中心产业经济部，清华大学经济管理学院——2013年08期
(11)作者：刘晓梅——东华大学——《第三次工业革命背景下3D打印业企业竞争力影响因素研究》
3D打印机-开题报告
篇三:3d打印技术的研究背景
中国地质大学长城学院毕业设计（论文）开题报告
3D打印调研报告
篇四:3d打印技术的研究背景
3d打印技术的研究背景。
3D打印调研报告
目录
3D打印调研报告 ................................................................................................. 2
摘要 ................................................................................................................................... 2
关键词 ............................................................................................................................... 2
一.调研背景 ...................................................................................................................... 2
二.3D打印关键技术 ........................................................................................................ 2
2.1选择性激光烧结（selective laser sintering，SLS） ......................................... 4
2.2直接金属激光烧结（Direct metal laser sintering，DMLS） ........................... 4
2.3熔融沉积成型（fused deposition modeling，FDM） ...................................... 5
2.4立体平版印刷（stereolithography，SLA） ..................................................... 6
2.5激光成型技术（DLP） ..................................................................................... 7
2.6融化压模（Melted and Extrusion Modeling，MEM） .................................... 7
2.7分层实体制造（laminated object manufacturing，LOM） ............................. 73d打印技术的研究背景。
2.8电子束熔化成型（Electron beam melting，EBM） ........................................ 7
2.9选择性热烧结（Selective heat sintering，SHS） ............................................ 7
2.10粉末层喷头三维打印（Powder bed and inkjet head 3d printing） ................ 73d打印技术的研究背景。
三. 国外3D打印技术 ..................................................................................................... 7
3.1国外3D打印技术的研究发展现状 .................................................................. 7
3.2国外主要公司发展简介 ..................................................................................... 9
四. 国内3D打印技术的研究发展现状 ....................................................................... 11
五. 3D打印技术的应用领域 ......................................................................................... 12
3D打印调研报告
摘要
鉴于3D打印技术的巨大发展潜力和发展空间，而我国的技术发展仍处于初级阶段。本次调研对3D打印的技术体系，技术难点和国内外产业发展现状、发展态势作了综合介绍，为3D打印技术实验项的发展提供理依据。主要做了以下调研内容：
（1）3D打印所包含的各种技术；
（2）3D打印技术国内外发展状况及公司简介；
（3）3D打印的应用领域；
关键词
3D打印；快速成型；智能制造
一.调研背景
3D打印技术是一种新兴的快速成型技术，是一种以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。近一段时间以来受到了社会的广泛关注。《时代》周刊将3D打印产业列为“美国十大增长最快的工业”。据Wohlers Associates预测， 2015年将达到37亿美元，并预计到2020年达到52亿美元。随着技术成果的推广和应用，3D打印技术产业的发展呈现出快速增长势头。 从行业分布来看，用于消费电子领域的打印技术仍然占主导地位，大约占20.3%的市场份额，其他主要领域依次是汽车（19.5%）、医疗和医科（15.1%）、工业及商用机器（10.8%）；从区域分布来看，北美地区（40.2%）、欧洲（29.1%）、亚洲（26.3%）三大区域占主导地位，其中亚洲地区主要集中于日本（38.7%）及中国（32.9% ）。
二.3D打印关键技术
3D 打印机诞生于20 世纪80 年代中期，是由美国科学家最早发明的。3D打印机是指
利用3D 打印技术生产出真实三维物体的一种设备，其基本原理是利用特殊的耗材( 胶水、树脂或粉末等)按照由电脑预先设计好的三维立体模型,通过黏结剂的沉积将每层粉末黏结成型,最终打印出3D 实体。3D 打印过程可分为两步，首先在需要成型的区域喷洒特殊的胶水，然后均匀喷洒粉末，粉末遇到胶水会迅速固化黏结，没有胶水的区域仍保持松散状态，重复这一过程直到实体模型被“打印”成型。由于其分层加工的过程与喷墨打印机十分相似，所以被称为“打印机”。
目前市场上的快速成型技术已经有数十种,其中主要工艺有三维打印技术(Three Dimension Printing，3DP)，熔融沉积制造技术(Fused Deposition Modeling，FDM) , 立体平板印刷技术(Stereo Lithography Apparatus,SLA), 选择性激光烧结技术(Selected Laser Sintering,SLS) ,激光成型技术(Digital Lighting Process,DLP),叠层实体制造技术(Laminated Object Manufacturing，LOM) 和UV紫外线成型技术等。
3D打印流程图：
3D打印机工作原理：
3D打印是添加剂制造技术的一种形式，在添加剂制造技术中三维对象是通过连续的物理创建出来的。3D打印是断层扫描的逆过程，断层扫描是把某个东西“切割”成无数叠加的片，3D打印就是一片一片的打印，然后叠加到一起，成为一个立体物体。每一层的打印过程为两步，首先在需要成型的区域喷洒一层特殊的胶水，胶水液滴本身很小，且不易扩散；然后是喷洒一层均匀的粉末，粉末遇到胶水会迅速固化粘结，而没有胶水的区域仍然保持松散状态。这样在一层胶水一层粉末的交替下，实体模型将会被“打印”成型，打印完毕后只要扫除松散的粉末即可“刨”出模型，而剩余粉末可循环了利用。
2.1选择性激光烧结（selective laser sintering，SLS）
选择性激光烧结是采用激光有选择地分层烧结固体粉末，并使烧结成型的固化层层层叠加生成所需形状的零件。其整个工艺过程包括 CAD模型的建立及数据处理、铺粉、烧结以及后处理等。SLS 技术的快速成型系统工作原理如图 1 所示。
整个工艺装置由粉末缸和成型缸组成，工作时模块粉末缸活塞（送粉活塞）上升，由铺粉辊将粉末在成型缸活塞（工作活塞）上均匀铺上一层，计算机根据原型的切片模型控制激光束的二维扫描轨迹，有选择地烧结固体粉末材料以形成零件的一个层面。粉末完成一层后，工作活塞下降一个层厚，铺粉系统铺上新粉，控制激光束再扫描烧结新层。如此循环往复，层层叠加，直到三维零件成型。最后，将未烧结的粉末回收到粉末缸中，并取出成型件。对于金属粉末激光烧结，在烧结之前，整个工作台被加热至一定温度，可减少成型中的热变形，并利于层与层之间的结合。
2.2直接金属激光烧结（Direct metal laser sintering，DMLS）
直接金属激光烧结（DMLS）是一种由德国慕尼黑EOS开发的金属添加剂加工技术，有时也被称为选择性激光烧结（SLS）或选择性激光熔化（SLM）。
该过程涉及使用一个三维CAD模型，由此创建一个STL文件发送到本机的软件。做这个3D模型的技术员为建造的部分确定正确的几何方向，并添加适当的支持结构。一旦这个“文件”已经完成，它将被“切”成机器建造所需要的层厚度，并且下载到DMLS机允许开始建立。 DMLS机采用的是200瓦高功率镱光纤激光。在构建室内部，有一个胶料平台和一个带recoater刀片的平台用于添加粉末。该技术通过聚焦激光束照射将金属粉末融合到
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