3D打印机工作原理分析浅谈

3D打印机工作原理分析浅谈（精选9篇）

3D打印机工作原理分析浅谈 第1篇

.3D打印技术能否颠覆世界

说到3D技术我们肯定不会陌生，在近年间3D技术得到广为的流传，尤其在办公方面。听到3D打印这个词您是不是就觉得酷酷的？又神奇又好奇？现在的3D市场涉及到的领域特别多，3D打印机在建筑设计、食品制作、微型模型、复杂结构、零配件、趣味模型等领域都已经有了一定的应用。

其实在国外市场3D打印机已经是一类比较成熟的设备，按照物体的大小和材质来分，立体打印机也是多种多样的，大小和价格都是不同的，仅仅知道这些可是不够的，想要了解3D打印机的原理和技术吗？我们一起往下看：

3D打印机最早出现在上世纪90年代中期，实际上是利用光固化和纸层叠等技术的快速成型装置。3D与普通打印机工作原理基本相同，打印机内装有液体或粉末等“打印材料”，与电脑连接后，通过电脑控制把“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。这打印技术称为3D立体打印技术。

3D打印机和普通打印机的差异

随着现在社会的不断进步和发展，人们对需求的日益化提高，很多原有的东西已经不能满足人们，普通的打印来说应用范围太过于狭小，这时候很多人开始琢磨3D打印技术和3D打印机。

对于打印机来说，更多的人们只知道喷墨打印机和激光打印机，其实按打印机组件来分析，包括3D打印机在内，都是由控制组件、机械组件、打印头、耗材和介质等架构组成的，打印原理是一样的，3D打印机主要是在打印前在电脑上设计了一个完整的三维立体模型，然后在进行打印输出，其实可以打印很多

类型的东西，等着我们不断开发。

其实说到普通打印机和3D打印机最大的差别就在于耗材不同，普通打印机的耗材是由传统的墨水和纸张组成的，而3D打印机主要是由胶水和粉末组成的，都是经过特殊处理的材料，但是对固化反应速度和模型强度以及分辨率都有很大关系。

3D打印技术蓝图变实物

说打印机之前我们先来说说3D打印技术，在上世纪90年代中期，利用光固化和纸层叠等技术的快速成型装置。这个技术在如今的社会中涉及到了各个领域，得到了不错的应用，大家通过它来制作实物，制作医学物品，制作建筑材料，制作服装等等。

其实3D打印的工作原理是很简单的，基本与普通打印机的工作原理相同。简单点说就是主要通过电脑连接和打印机内部的耗材来完成的，通过打印材料和三围立体模型一层层的叠加，最终把蓝图变成实物。

3D打印技术能够实现600dpi分辨率，每层厚度只有0.01毫米，即使模型表面有文字或图片也能够清晰打印。受到喷打印原理的限制，打印速度势必不会很快，较先进的产品可以实现每小时25毫米高度的垂直速率，相比早期产品有10倍提升，而且可以利用有色胶水实现彩色打印，色彩深度高达24位。

3D打印机工作原理特点优势

我们对3D打印技术有了一个初步的了解，对接下来我们要介绍的3D打印机就更容易理解了。3D打印机又叫做三维立体打印机，要说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层创建的话，3D打印机就是对于其它的添加剂制造技术而言的，具有速度快、价格便宜、高易用性等优点。

3D打印机就是可以打印出真实物体的设备，功能上与激光成型技术一样，采用了分层加工、叠加成型来完成3D实体打印。3D打印机在生产应用方面存在着巨大的潜力，并在珠宝首饰、工业设计、建筑、汽车、航天、医学高领域打偶得到了广泛的应用。

3D打印机应用及技术展望

3D打印机作为紧跟3D潮流的迅猛发展的产业，被称为改变未来世界的创造性科技，不仅改变了许多

工厂的生产方式还带来制造业的新革命，接下来还将打进家庭内部，给我们的生活带来翻天覆地的变化。

3D技术现在得到了很广泛的应用，但是因为产品的价格依然很高，使用率还是少数，虽然3D打印机价格不断降低，但是很多厂家、设计院和大学也只是开始准备配备中，并没有得到很好的普及。

通过这篇简短的文章，相信大家对3D打印有个初步的印象和了解。之前虽然我们多多少少听说过3D打印技术，但是我们会认为3D打印更趋近厂商和医学、航天等一些离身边较远的高领域，其实3D打印在生活中无处不在，有了更充分的认识才能更充分了解。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层创建出来的。3D打印机就是可以“打印”出真实3D物体的一种设备，利用分层加工和叠加成型通过逐层增加材料来完成的实体。

3D打印机工作原理分析浅谈 第2篇

1.3D打印技术概要...................................................1 1.1 3D打印技术原理..............................................1 1.2 主要的3D打印技术类型.......................................1 1.2.1 3DP：三维印刷技术......................................1 1.2.2 FDM：熔融层积成型技术..................................1 1.2.3 SLA：立体光固化技术....................................1 2.3D打印技术主要应用领域...........................................1 2.1医学领域.....................................................2 2.1.1术前病患部位诊断.......................................2 2.1.2人体组织替代品制作.....................................2 2.2军事领域.....................................................2 2.3教育领域.....................................................2 3.3D打印技术的社会隐患.............................................3 3.1“克隆人”有可能再成话题.....................................3 3.2安保系统面临威胁.............................................3 3.3自制武器泛滥.................................................3 3.4假冒伪劣产品当道.............................................3 4.3D打印技术的展望.................................................4

《多媒体技术与应用》课程论文

摘要：3D打印思想起源于19世纪末的美国，并在20世纪80年代得以发展和推广。经过多年的研究，3D打印技术得到了极大的进步，在社会的各个领域得到应用，为推进社会发展做出了极大的贡献。随着技术成熟，这一尖端技术也从实验室一步步走进寻常百姓家。但是随着技术的普及，其不安的隐患也一点点显露。

关键词：3D打印 技术概要 应用领域 社会隐患

1.3D打印技术概要

1.1 3D打印技术原理

3D打印是一种累积制造技术，即快速成形技术的一种机器，它是一种数字模型文件为基础，运用特殊蜡材、粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过打印一层层的粘合材料来制造三维的物体。现阶段三维打印机被用来制造产品。逐层打印的方式来构造物体的技术。3D打印机的原理是把数据和原料放进3D打印机中，机器会按照程序把产品一层层造出来。

3D打印机堆叠薄层的形式有多种多样。3D打印机与传统打印机最大的区别在于它使用的“墨水”是实实在在的原材料，堆叠薄层的形式有多种多样，可用于打印的介质种类多样，从繁多的塑料到金属、陶瓷以及橡胶类物质。

1.2 主要的3D打印技术类型

1.2.1 3DP：三维印刷技术

采用3DP 技术的3D 打印机使用标准喷墨打印技术，原料使用粉末材料，如陶瓷粉末、塑料粉末、金属粉末等。3DP 技术工作原理是，先铺一层粉末，然后使用喷嘴将粘合剂（如硅胶）喷在需要成型的区域，让材料粉末粘接，形成零件截面，然后不断重复铺粉、喷涂、粘接的过程，层层叠加，获得最终打印出来的零件。1.2.2 FDM：熔融层积成型技术

熔融沉积又叫熔丝沉积，它是将丝状热熔性材料加热融化，通过带有一个微细喷嘴的喷头挤喷出来。热熔材料融化后从喷嘴喷出，沉积在制作面板或者前一层已固化的材料上，温度低于固化温度后开始固化，通过材料的层层堆积形成最终成品。FDM 技术的优势在于制造简单，成本低廉。1.2.3 SLA：立体光固化技术

固化技术是最早发展起来的快速成型技术，也是目前研究最深入、技术最成熟、应用最广泛的快速成型技术之一。光固化技术，主要使用光敏树脂为材料，用特定波长与强度的激光聚焦到光固化材料表面，使之由点到线，由线到面顺序凝固，完成一个层面的绘图作业，然后升降台在垂直方向移动一个层片的高度，再固化另一个层面，这样层层叠加构成一个三维实体。

2.3D打印技术主要应用领域

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2.1医学领域

2.1.1术前病患部位诊断

传统医学的术前诊断，主要是通过X光线和CT仪器对手术部位的扫描，之后完全由医生的经验和手术团队的讨论来确定手术方案。这样的术前诊断存在一定的风险，毕竟通过平面的扫描图很难将人体内部的结构完全清晰正确的显示出来。手术时，在打开患者的病患部位时发现内部结构和事先讨论的情况有出入，从而导致手术陷入危机甚至失败的例子数不胜数。

利用3D打印技术，可以将患者病患部位的结构立体化的呈现出来，用于复杂手术的术前研究。据报道，美国一位儿科医生成功打印制作出人体心脏实物模型，使手术操作人员更好地掌握患者心脏结构，以此减少手术风险。通过这一技术，大大缩短了手术周期，提高了手术的成功率。2.1.2人体组织替代品制作

传统医学领域的人体组织替代品制作，由于需要制作模具，导致制作工艺复杂、制作周期漫长；通过3D打印技术，不用建模可以直接打印，制作速度大大提高。比如，人体某块骨骼缺失或损坏需要置换，首先可扫描对称的骨骼，形成计算机图形并做对称变换，再打印制作出相应骨骼。

这项技术可应用于牙齿种植、骨骼移植、重建义肢等医学领域。据中国日报网报道，一位83岁的骨髓炎患者接受了下颌骨移植，所用的人造骨骼是一个3D打印成品，而打印出的的下颌骨未对患者的语言和表达造成影响。德国研究人员利用3D打印等相关技术，制作出柔韧的人造血管，并能使血管与人体融合，同时解决了血管人体排斥的问题。

2.2军事领域

美军的F-22战机，虽然性能优异，但是其制造工艺复杂，制造周期漫长，而且传统的“减法”制造方法导致了原料大量浪费。因此美国军事领域的专家一直致力将3D打印技术应用于大型军事设备的制造。奥巴马政府上台后依然将这一项目作为美国军事领域的重点项目。但是由于技术的局限性，将3D打印技术应用于大型军事设备的制造迟迟没有进展。

虽然在有些方面频频碰壁，但是不可否认3D打印技术在军事方面发挥着巨大的作用。主要表现在武器受损部件的维护和武器复杂小零件的生产。美军安妮斯顿陆军基地采用激光近净成型成功维修M1艾布拉姆斯坦克的燃气涡轮。2014年7月1日，美国海军利用3D打印等先进制造技术快速制造舰艇零件，希望借此提升执行任务速度并降低成本。

有了3D打印技术，只要知道武器构件的结构和材质，无论多复杂，都可以做出来，而且成本还很低，制造装备就变得异常容易。这显然将使武器的价格下降和生产速度大大加快，尤其会使尖端武器“白菜化”，使一些原本为大国、强国垄断的武器生产能力，扩散到小国、发展中国家或某些集团手里。

2.3教育领域

3D打印技术在教育领域也掀起了一场的新的热潮。世界各地的教育机构纷纷研究怎么将这一技术应用到教育与学习中。

如今3D打印的身影在各个学科的教学中已经处处可见。在化学教育中，3D打印可以制作3D 立体分子模型；在生物教育中，3D打印可以打印出分子、病毒、器官、人工关节

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或其他模型；在地理教育中，3D打印可以制作立体的地形图、人口统计图等直观模型；在历史教育中，3D打印可以用于复原历史上的工艺品、古董，用于复制易碎物品，也可以将化石真实的展现在学生面前。借助这些3D打印的工具，能将学生的学习对象更加直观的呈现出来，提高了教学效率，也利于学生对知识的消化吸收。

除了上述的应用方式外，还可以让学生亲身体验3D打印技术。玛丽·华盛顿大学的教师在2012 年的设计入门课程中使用3D 打印机作为学习环境，由学生扫描实物或自己设计出物品，打印出原型，并在此基础上试验和改进。这种教育方式激发了学生的学习积极性、提高了学生的动手能力和参与能力、培养了学生的创造性和创造力。

3.3D打印技术的社会隐患

3.1“克隆人”有可能再成话题

3D打印技术在人造器官和组织方面取得的巨大进展的确为广大患者带去了福音。但是3D打印技术日新月异的突破，让人们不得不面对一个巨大的问题：既然人体器官和骨骼都可以顺利3D打印，那么3D打印一个生命个体也将成为可能。

之前的细胞克隆人曾在全球范围内引起了轩然大波，如果3D打印也可以“克隆”人的话，一场新的**在所难免。那些失去亲人朋友的人，如果知道3D打印可以让亲人团聚，朋友重逢，这巨大的诱惑也许会让他们踏出危险的一步，那么“人死不能复生”的定律又将置于何处。利用3D打印“克隆人”，那些不法分子干起不法勾当将会更加得心应手，替罪羊也将一抓一大把。

人类一直遵循有性繁殖，但是“克隆人”一旦出现，将打破孟德尔的遗传规律和人类传统的生育模式，使人伦关系模糊、混乱，甚至颠倒，道德伦理和法律也将面临挑战。

3.2安保系统面临威胁

利用3D打印技术，得到假指纹、假脸、假虹膜已经成为现实。这就意味着那些高科技的安保系统将失去用武之地。不法分子只要获取目标人的指纹、虹膜等数据，那些严密的安保将如同摆设。电影中那些间谍突破重重安保获取机密的情节将成为现实。

这就意味着，3D打印技术如果落入不法分子手中，个人档案、企业资料甚至国家机密就如同曝晒在光天化日之下。

3.3自制武器泛滥

利用3D打印技术，自制武器也将成为现实。在中国持有武器是违法行为，如果3D打印武器泛滥，社会安全将受到前所未有的威胁。即使在美国等西方国家，允许百姓合法持有武器，但是在自制3D打印武器的冲击下，事态也会失去控制。

2014年5月8日，日本警方逮捕了一位名叫工井村义友的27岁大学员工，原因是他从国外网站上轻松获得了3D打印枪的图纸，并涉嫌非法持有两把可以发射真子弹的3D打印枪。这只是这类事件的冰山一角。

3.4假冒伪劣产品当道

仅从外观上消费者可能很难分辨出产品的真伪，这为黑心商家提供了可乘之机。利用3D打印技术，不法商家可以很轻松复制出目标产品的外观。这就意味着假冒伪劣产品将大量出现在市场上。原本凭借着产品良好的工艺、优异的质量和优秀的用户体验打下市场基

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础的商家将会面临巨大的商业危机。

4.3D打印技术的展望

万物都是一柄双刃剑。一项新技术的发展，利与弊总是一起出现的，关键是使用者如何利用这项技术。

“克隆人”的问题依然存在，但是我们不可否认治疗性的“克隆”是必须的。这是现代医学发展的必然。3D打印在推进社会发展方面做出的贡献我们有目共睹，我们不能因为一点小的危害就全盘否定一件事物。只要我们更加系统更加规范的利用3D打印技术，其弊端就能被无限的缩小。

为了防止3D打印危险物品或者仿冒正规商品。我们可以建立一个版权的认证环节。可以要求所有的3D打印机都连接互联网，否则无法打印。网上的3D打印的图纸必须从正规渠道获得。用户在3D打印时，通过连接互联网的认证系统，对3D图纸进行认证，如果3D图纸属于危险品或者无法认证的物品就无法打印。这样在一定程度上能减少3D打印危险品和仿冒商品的可能。这仅仅只是一种设想，但是随着技术的发展，相信这些弊端最终会被消除。

综全篇所述，3D 打印将改变第二次工业革命产生的以装配生产线为代表的大规模生产方式，使产品生产向个性化、定制化转变。3D 打印机的推广应用将缩短产品推向市场的时间，在数小时内通过3D打印机就可将产品“打印”出来，从而不需要大规模生产线，不需要大量的生产工人，不需要库存大量的零部件。相信在不久的未来，3D打印能融入每一个人的日常当中，成为生活不可分割的一部分。

参考文献：

浅谈3D打印技术及应用 第3篇

3D打印技术诞生于上世纪80年代, 1984年3D打印之父Chuck Hull发明了第一台3D打印机用来制造一些简单、小型的模型, 但是直到20世纪90年代才真正得以应用, 但也只在工程、建筑、制造业和航空航天的模型设计领域, 准确地说即“快速成型”技术。2010年11月, 世界第一辆由3D打外印机打印而成的汽车Urbee的出现, 才将3D打印引向了金属结构件的直接制造。

文章从3D打印技术的概念开始, 透过对其核心原理即增材制造法的阐述, 清晰地展现了3D打印的全过程, 而对其中关键的三种技术给予了详细的解说;而基于打印材料的不同, 成型的产品变得五花八门, 从而为我们打开了3D打印的一扇窗, 发现其应用变得丰富多彩, 前景非凡。

文章更通过一个小物件的制作过程, 完整说明了从3DMAX建模到连3D打印机打印成型, 再现了3D打印机在立体模型制作中的应用。

1 3D打印技术

3D打印技术是基于增材制造法原理的一种高新技术, 是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。

减材制造 (subtractive manufacturing, SM) 采用传统的加工机床和工具、模具对毛坯件进行切削打磨等工作最终形成工件的制造方法, 如图1 (a) 所示。

增材制造 (additive manufacturing, AM) 是不同于减材制造的一种新型制造方法。出现于20世纪80年代, 按照美国材料与试验协会 (American Society for Testing and Materials, ASTM) 国际标准组织F42增材制造技术委员会 (ASTM International Technical Committee F42on Additive Manufacturing Technologies) 的定义, 增材制造是根据3D CAD模型数据, 通常用材料的层层连接来制作物体的工艺 (a process of joining materials to make objects from 3D model data, usually layer upon layer) , 如图1 (b) 所示。其核心是将所需成形工件的复杂3D形体通过切片处理转化为简单的2D截面的组合, 在计算机控制的增材制造装备上直接成形3D工件。[1]

a) 减材制造b) 增材制造

1.1 原理

3D打印运作原理和传统打印机工作原理基本相同, 也是用喷头一点点“磨”出来的。只不过3D打印喷的不是墨水, 而是液体或粉末等“打印材料”, 采取原料加层方法形成3D物体, 每次打印一层材料只有0.1mm-0.2mm厚, 与传统打印机相比, 3D打印机多了一维, 即Z轴, 通过X-Y-Z轴的运动, 将原料逐层堆积出3D实物即利用光固化和纸层叠等技术的快速成型装置, 通过电脑控制把“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, 如图2所示。

3D打印技术大致有熔融塑料成型法、光敏树脂成型法和激光粉末成型法。

(1) 熔融塑料成型法。3D打印机通过挤压不断流出的热塑性塑料, 这种材料在离开打印喷头的时候迅速凝固成型。

(2) 光敏树脂成型法。3D打印机通过使一种不常见的被称作“感光性树脂”的液体变固体从而形成物体层, 这种液体暴露于激光或其他光源中时会变硬。一些有光聚功能的3D打印机在液态的感光树脂罐中使其形成物体层。有些3D打印机喷射出一个单独的液体层, 然后在下一层被打印出来之前利用紫外线光使之形成固态。一些基于后者打印技术的3D打印机可以混合许多不同的感光树脂, 并将它们同时变成固态, 所以这些打印机可以打印一件由不同材质组在的多材料模型。

(3) 激光粉末成型法。3D打印硬件通过逐层粘合一种不常见的精细粉末来制作模型, 这种“颗粒状材料的粘合”既可以通过喷射液体胶水或粘合每一粉末层达到, 又可以通过激光或其他热源来熔化粉末颗粒来形成。

1.2 应用前景[2]

1.2.1 产品设计物理化

它可以加快“概念模型”的创建速度, 以物理形态展示出来, 便于设计者在设计过程中提前对其进行观察和处理。

1.2.2 直接数字化制造DDM

使用3D打印制造出最终产品或部分零件, 同样也可以实现大规模个性定制产品, 还可以低成本生产一次性产品或小批量组件, 因为启动生产都不需要工具。

1.2.3 数字存储和运输

比如你想给远方的朋友寄个东西, 你可以一改以往用快递的方法邮寄物件, 而直接发一个数字文件, 让对方用3D打印机打出来。

1.2.4 商业改革

实体店主要是存放一些相对小范围的非定制商品, 零售商安装了高端的3D打印机, 他们可以根据无限的数字模型清单按需打印定制的商品, 而且永远不会缺货。

1.2.5 器官再生

3D打印机可以通过一层一层地剥离活细胞层而形成活体组织, 这种生物打印机可以培养患者自身的细胞, 用3D打印技术形成可替代的皮肤或器官, 这在改变某些医学领域方面有着巨大潜力。生物打印先行者们认为这将在20年内实现, 那么人们将不再需要器官捐赠, 同时皮肤移植也将成为历史。

2 应用实例

以下是一个笔筒的制作实例。首先利用3DMAX制作了笔筒模型, 然后运用3D打印机将它打印出来。

2.1 3DMAX建模

运用3DMAX建模时的关键步骤是:

(1) 重置场景, 将单位设置成“毫米”。【创建】→【圆】, 在顶视图中创建一个圆对象, 设置半径值。

(2) 切换到【修改】命令面板, 在修改器列表中【挤出】修改器, 设置【数量】数值框的值和分段数, 取消【封口末梢】复选框, 效果如图3所示。

(3) 在修改器列表中选择【编辑网格】修改器, 按下4键, 然后按住【Ctrl】键的同时选择不需要的多边形, 按下【Delete】键将其删除, 效果如图4所示。

(4) 在修改器列表中选择【扭曲】修改器, 设置【角度】数值, 扭曲轴为Z轴, 效果如图5所示。

(5) 在修改器列表中选择【壳】修改, 设置【内部量】数值和【外部量】数值, 效果如图6所示。

(6) 在修改器列表中选择【网格平滑】修改器, 设置迭代次数的数值框的值为3, 使模型的表面更加光滑, 效果如图7所示。

(7) 3D打印文件的通用格式“.stl”, [3]记住完工后一定另存为stl格式。

2.2 模型打印

有两种方式可以将模型打印出来, 一种是电脑连接3D打印机打印, 一种是SD卡脱机打印。

(1) 电脑连接3D打印机打印。首先下载所用打印机的模型切片软件, 笔者所用的是cura, 打开软件将模型文件导入, 并调整填充度, 模型尺寸和模型位置等。调好以后即可点击“print”开始打印。

(2) SD卡脱机打印。脱机打印需要用切片软件把模型的相关参数调整好, 并保存为gcode文件。之后把gcode文件放入SD卡中, 把SD卡插入打印机显示屏后面的插槽中, 开启机器, 通过操作杆选择“print from SD”, 在第二级菜单中选择刚刚保存好的gcode文件, 机器即开始打印。

2.3 成果

采用3D打印机Maker Bot, 如图8所示。使用打印材料PLA (Polylactic acid) 即生物降解塑料聚乳酸, 如图8所示。聚乳酸也称为聚丙交酯, 属于聚脂家族, 是以乳酸为主要原料聚合得到的聚合物, 原料来源充分而且再生, 主要以玉米、木薯等为原料。聚乳酸的生产过程无污染, 而且产品可以生物降解, 实现在自然界中的循环, 是理想的绿色高分子材料。[4]

文章中所打印出的实物如图9所示, 是其中的白色带孔圆筒。

3 结语

3D打印技术的出现和快速发展, 伴随着打印材料日益丰富和日趋便宜, 将会在各行各业引起广泛应用:预示着工业上会产生一个新的革命, 许多的产品部件将不再按传统的方式被冲压或浇铸出来;建筑设计上也将不再是纸面上的图型原版, 而是全方位立体的实际呈现, 将虚拟与现实紧密结合起来;在医用上, 假牙、膝盖骨、股骨头的制作;等等。汽车制造行业、教育、消费行业、娱乐游戏及电影业也将受到非常大的影响。

文章仅仅对3D打印做了一个简单的介绍和应用, 有极大的局限性和不完整性, 有待更深入一步的研究。

参考文献

[1]王运赣, 王宜.3D打印技术[M].武汉:武汉华中科技大学出版社, 2014:1-2.

[2]Christopher Barnatt.3D打印正在到来的革命[M].韩颖, 赵俐译, 译.北京:人民邮电出版社, 2014:5-12.

[3]Brian Evans.解析3D打印机:3D打印机的科学与艺术[M].程晨, 译.北京:机械工业出版社, 2013:176-177.

3D打印机及其工作原理 第4篇

最近几年，3D打印机的价格已经能让中小企业负担的起，从而使得重工业的原型制造环节进入办公环境完成，并且可以放入不同类型的原材料进行打印。

因为快速成型技术在市场上占据主导地位，3D打印机在生产应用方面有着巨大的潜力。3D打印技术在珠宝首饰、鞋类、工业设计、建筑、汽车、航天、牙科及医疗方面都能得到广泛的应用。

每一层的打印过程分为两步，首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。然后是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，打印完毕后只要扫除松散的粉末即可“刨”出模型，而剩余粉末还可循环利用。

打印耗材由传统的墨水、纸张转变为胶水、粉末，当然胶水和粉末都是经过处理的特殊材料，不仅对固化反应速度有要求，对于模型强度以及“打印”分辨率都有直接影响。目前的3D打印技术能够实现600dpi分辨率，每层厚度只有0.01毫米，即使模型表面有文字或图片也能够清晰打印。当然受到喷打印原理的限制，打印速度势必不会很快，目前较先进的产品可以实现每小时25毫米高度的垂直速率，相比早期产品有10倍提升，而且可以利用有色胶水实现彩色打印，色彩深度高达24位。

由于打印精度高，打印出的模型品质自然不错。除了可以表现出外形曲线上的设计，结构以及运动部件也不在话下。如果用来打印机械装配图，齿轮、轴承、拉杆等都可以正常活动，而腔体、沟槽等形态特征位置准确，甚至可以满足装配要求，打印出的实体还可通过打磨、钻孔、电镀等方式进一步加工。同时粉末材料不限于砂型材料，还有弹性伸缩、高性能复合、熔模铸造等其它材料可供选择。

3D打印机工作原理分析浅谈 第5篇

3D打印技术这几年一直比较火，各大网媒，报刊，电视节目中也经常出现，想必大家应该不陌生。甚至好多电影，电视剧里面也曾对3D打印机大肆渲染----《星际迷航》中，企业号的船员用3D打印机来打印水和食物，在《重返地球》和《第五元素》中，人们通过3D打印技术来生产医疗器械，在《十二生肖》中，成龙用数字手套对铜首进行扫描然后远程通过3D打印机把铜像打印出来。而在美剧《生活大爆炸》第六季中，Howard和Raj在购买到劣质的玩偶后，萌发了要购买3D打印机，自己制作玩偶的想法，随后他们买了一台二手3D打印机，然后Howard使用这台打印机为Raj进行全身扫描，最终通过3D打印机完成了还原度超高的定制玩偶。

看了这么多，你是不是也在想，3D打印这么好，可不可以普及一下呢？那这篇文章，我们就来研究一下3D打印技术的普及。

了解3D打印

什么是3d打印？

3D打印是一种快速成型技术，它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。常在模具制造、工业设计等领域被用于制造模型，后逐渐用于一些产品的直接制造，已经有使用这种技术打印而成的零部件。该技术在珠宝、鞋类、工业设计、建筑、工程和施工（AEC）、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、枪支以及其他领域都有所应用。

如何实现3d打印

3d打印共分为3个过程，即三维设计，切片处理，完成打印

三维设计:三维打印的设计过程是：先通过计算机建模软件建模，再将建成的三维模型“分区”成逐层的截面，即切片，从而指导打印机逐层打印。

切片处理:打印机通过读取文件中的横截面信息，用液体状、粉状或片状的材料将这些截面逐层地打印出来，再将各层截面以各种方式粘合起来从而制造出一个实体。这种技术的特点在于其几乎可以造出任何形状的物品。

完成打印:三维打印机的分辨率对大多数应用来说已经足够（在弯曲的表面可能会比较粗糙，像图像上的锯齿一样），要获得更高分辨率的物品可以通过如下方法：先用当前的三维打印机打出稍大一点的物体，再稍微经过表面打磨即可得到表面光滑的“高分辨率”物品。

3d打印的实际应用

3D打印技术在生活中其实在很多行业已经开始应用了。

如工业制造方面，玩具设计，生物医学，创艺乐器，建筑与城市规划，机器人与电子制作，食品生产，军事武器，考古与科研，个性礼品与饰物，航空航天，软件创新等方面，下面是一些实例。

如全球第一款只能牙刷Beam Tooth Brush，就是利用3D打印技术制造的，利用3D打印技术该公司研发团队可以随时变更成品设计方案，知道得到满意的效果后再把模型发给制造商。于此同时，他们也用3D打印技术来制造牙刷的托架。

在玩具制造方面比较有名的是MakieLab，MakieLab是一家能够为大众提供虚拟角色玩具定制的创业公司，但是由于每个小部件都需要用到3D打印技术，这些定制的小玩偶每个需要花费99英镑，那些可更换的小部件价格也在几到几十英镑不等。

3D打印在医学方面的应用非常广泛，不仅可以用来打印各种药片，还可以打印人造耳朵，也可以打印干细胞，也可以打印人体器官与骨骼模型，美国药品食品局已经批

浅谈3d打印的普及

准非金属3D打印材料作为人体植入物。

还有很多商家和爱好者也正在利用3D打印技术研发或者DIY自己心仪的乐器。来自罗切斯特技术学院工程学的三名学生在一夜之间制作了一支夏威夷四弦琴，也就是尤克里里。这正是3D打印技术为他们提供了便利。这支四弦琴，是不需要组装的，一体缩小版四弦琴。目前为止，吉他，横笛都被打印出来过，甚至有人还利用3D打印技术辅助，设计了一种新的乐器。

当3D打印技术运用与城市规划时，听起来会有些不可思议，人们可以用沙子直接打印立体的建筑，完整的一体化家居单元。

3D打印在食品生产方面应用的消息应该足够让许多吃货们眼前一亮了，无论是形态各异的小甜点，还是复杂的墨西哥卷，都可以通过3D打印来实现，而且你也可以发挥自己的创造力来打印属于自己的食物哦。

3D打印实际应用的例子还有许多，介于篇幅问题这里就不一一列举了，下面我们回到主题。

3D打印的普及

3D打印普及的存在哪些问题

前面已经说了，3D打印分为三个步骤：三维设计，切片处理，完成打印。那么我们来看看完成这3个步骤分别需要哪些条件，以及让普通人来完成会遇到哪些问题。

三维设计，使用3Dmax,MAYA,等三维软件制作的模型可以通过格式的转换来最终为3D打印机来使用。不过在打印一个物品之前，人们必须会懂得3D建模，然后将数据转换成3D打印机能够读取的格式，最后再进行打印。提到数字建模让我们不禁头疼，这些软件在技术方面对于普通人来说还是有较高的门槛的。

切片处理，这一步骤主要依靠3D打印机及其耗材来完成，要完成这一步骤，首先你得有一台3D打印机，但是目前3D打印机的价格，并不是普通人能够承受的。大多数桌面级3D打印机的售价在2万元人民币左右，一些国内的仿制品价格可以低到6000元。但是据3D打印机代理商透露，国产的3D打印机虽然价格低，但质量很难保障。对于桌面级3D打印机来说，由于仅能打印塑料产品，因此使用范围非常有限，而且对于家庭用户来说，3D打印机的使用成本仍然很高。不过可以肯定的是，3D打印机的价格会随着生产技术的提高逐渐降低，质量也会越来越好。

完成打印，很多人可能以为3D打印就是电脑上设计一个模型，不管多复杂的内面，结构，摁一下按钮，3D打印机就能打印一个成品。这个印象其实不正确。真正设计一个模型，特别是一个复杂的模型，需要大量的工程，结构方面的知识，需要精细的技巧，并根据具体情况进行调整。用塑料熔融打印来举例，如果在一个复杂部件内部没有设计合理的支撑，打印的结果很可能是会变形的。后期的工序也通常避免不了。媒体将3d打印描述成打印完毕就能直接使用的神器。可事实上制作完成后还需要一些后续工艺：或打磨，或烧结，或组装，或切割，这些过程通常需要大量的手工工作。3D打印普及的优缺点

3D打印的普及的优点还是挺多的，如果家里有一台简便易用的家用3D打印机，那设计师们就可以足不出户打印出自己的作品，甚至普通人也可以尝试着打印出自己喜欢的东西。动漫迷们可以不必花高价去买喜欢的卡通人物手办了，玩音乐同学也可以根据自己的喜好打印出自己的专属乐器，喜爱美食的人们可以设计各种菜谱然后把它们交给3D打印机来打印出欸喂的食物等等。

但是该技术在被广泛应用的同时，缺点也日趋暴露出来。据香港《东方日报》报道，美国研究显示，家用3D打印机在室内运作时，会释放大量有毒超微细粒子(UFP)，有害

浅谈3d打印的普及

程度相当于吸食香烟，影响人体健康。市面上的3D打印机首先将塑料加热，然后通过喷嘴喷出，造出设计模型。这过程类似工业生产，会释出有毒物质，但一般家用者不会使用防护装备。微粒会在空中飘浮，容易被人吸入肺部甚至脑部，过度积聚可能会引发肺病、血液及神经系统疾病，甚至导致死亡。除健康问题，3D打印也引发公众安全隐忧。一名加拿大男子上传短片展示他以3D打印手枪为蓝本，打印出一支塑胶步枪，并成功发射子弹，但发射后枪管裂开。3D打印的普及是否能实现

3D打印社社团工作总结 第6篇

3D打印技术作为新兴的世界科技前沿技术，我校有幸于2014年5月接收到江南嘉捷电梯股份有限公司捐赠的两台3D打印机。为了让学生了解当今世界前沿技术，依托学校优越的资源，2014年9月在我校信息技术组郭松柏老师和高一（1）班周义韬同学的组织下创建了3D打印社团。

社团以培养学生三维设计兴趣爱好为基础，增强学生的合作精神、探讨三维模型设计和三维打印技术技能，发掘培养人才为宗旨。本着自愿参加，相互协助，共同进步的原则，面向高一学生招募了20名成员，每周日下午4点到5点时间活动。

为了便于开展活动，3D打印社团自主建立了3D打印社团资源共享QQ群，方便了老师的指导和学生们的交流，学生设计完成后放到群共享里面，老师的意见也可及时传达，方便同学们的设计与更改。同学们之间也因此得到了一个更便捷更快速相互学习与讨论的空间，使得效率与质量同步快速提升。

3D打印机工作原理分析浅谈 第7篇

一、3D打印技术能够优化产品设计流程

传统产品设计流程是垂直的，即了解市场需求后开始市场调研、方案设计，设计师创作出自己满意的方案后用设计效果图与结构设计师交换意见，结构设计师提出结构设计方案和存在问题，修改直至设计师满意、结构设计师认为合理后开始结构设计，然后完成模具设计样机制作，拿到样机后项目经理、工业设计师、结构设计师和企业其它相关人员共同测评产品，指出存在问题然后进行修改，再次实现前述设计流程，这种设计流程导致产品研发周期长成本高。引用3D打印技术能够在工业设计阶段就能把产品样机生产出来，进入项目的评测阶段，这种扁平化的产品研发手段称为并行设计，并行设计的优势是传统串行设计无法比拟的，并行设计可使产品设计与制造之间的信息共享，使整个产品研发团队从设计的一开始就全部参与进来，尽早地发现问题并解决之，这样大大提高了产品研发的效率，缩短产品研发的周期，尽早地把产品推向市场，提高产品的市场竞争力。

二、3D打印技术的引进能够改变工业设计产业格局

工业设计产业与制造业息息相关，工业设计不仅受到制造水平制约，而且受到整个产业链的制约，工业设计师不能脱离制造业产业链而独自发展，当然所谓的个性化设计与个性化消费都是一句空话。而3D打印技术的出现，将冲破这些牢笼，工业设计产业也将重新布局。独立设计师和品牌的崛起。传统产品设计模型受到固有限制的生产方式,是高度相关的制造商和专业设计师主导产品设计。3D打印技术的成熟,独立设计师将与传统加工工业的依赖越来越小。因为以前的生产方式的限制将他们的想法变成真实的产品设计师必须与厂家合作,生产费用的支付很多的同时还必须防止由于缺乏沟通产品质量缺陷,可以使用和浪费很多最初创建的时间和精力。由于小批量产品的大规模生产模式导致最终商品价格走高,从而影响到产品和品牌推广。3D打印技术允许设计师自己设计制造工作,然后通过传统渠道或者销售网络平台。设计师可以根据订单生产,完全达到零库存,避免业务风险。在多数消费者参与设计。由于长期垄断企业的`生产制造,开发产品和产品设计,大多数都是由企业及制造商主导和执行的具体细节操作过程，消费者以及设计人员都可能被动接受产品结果。作为消费者所需要的产品功能及特点需求和产品设计之间的关系已经处于短接阶段。加速3D打印制技术的蓬勃发展、生产模式由过去的集中,大量的专业制造成多样化和小批量生产的社会化。每个普通的消费者都能成为产品制造商和产品设计师,这相对于特殊客户有强烈的创新及特殊功能意识及具有一定的开发、设计和体现等领先用户。跟随着“第三次浪潮”,消费者作为体现产品会体现出更多改变消费品生产过程,而演变成“消费者”满意的生产。在如今工业加速的年代，其实每个人都可以成为一名设计师，在区别于传统意义的设计师不再依靠自己单独的力量去开发设计，是扮演开发设计制造等一体的全方位设计制造者。定制设计的时代到来。在传统工业设计的概念中，概念界定的前提就是“批量化生产”，所以工业设计产品将会大批量生产，在设计产品过程中，针对于特殊细分分群可以定制化生产，可以做一个基本的定制设计模块，结合特殊人群需求设计而设计，还需要针对不同的细分的需求设计出各种附属模块，可以提供给不同的受众人群。比如设计工具类产品的特殊设计模块给左撇子，或是盲文指示模块给盲人使用者，家居设计中附加的设计模块给儿童或孕妇。由于3D打印技术的引用，会让我们不仅可以按需生产，还可以达到按需设计。

三、结论与展望

浅谈3D打印的误差分析 第8篇

【摘 要】本文从理论上介绍3D打印的基本原理，并系统的分析了成型的前期数据处理、成型加工过程和后处理三个阶段各因素对成型精度的影响。同时，提出了改进成型制件精度的措施和方法，对快速成型技术的发展有一定的指导意义。

【关键词】快速成型；成型精度；工艺参数

0.引言

3D打印与传统的制造业去除材料加工技术不同，其遵循的是加法原则。首先设计出所需零件的三维模型，然后根据工艺要求，按照一定的规律将该模型离散为一系列有序的单元，通常在Z向将其按一定厚度进行离散（习惯称为分层），把原来的三维CAD模型变成一系列的层片；再根据每个层片的轮廓信息，输入加工参数，自动生成数控代码；最后由成形系统成形一系列层片并自动将它们联接起来，得到一个三维物理实体。

目前基于分层制造原理，将三维造型转化为二维轮廓信息叠加造型的快速加工方法，其成型制件的精度与很多因素有关。

1.前期数据处理误差

在成型制件建模完成之后，需要将其进行数据方面的转换，目前被应用最多的就是STL格式文件，主要是用小三角面片来近似的逼近任意曲面模型或实体模型，能够较好的简化CAD模型的数据格式，同时在之后的分层处理时，也能够较好的获取每层截面轮廓上的相对于模型实体上的点。

1.1 STL格式化引起的误差

STL格式文件的实质就是用许多细小的空间三角形面来逼近还原CAD实体模型，其主要的优势就在于表达清晰，文件中只包括相互衔接的小三角形面片的节点坐标和其外法向量。用来近似逼近的三角形数量将直接影响着实体的表面精度，数量越多，则精度越高，但是三角形数量太多即过高的精度要求，会造成文件内存过大，增加数据处理时间。所以应在精度范围内选择合理的离散三角形数量。当用建模软件输出STL格式文件时都需要确定精度，也就是模拟原模型的最大允许误差。当表面为平面时将不会产生误差，如果表面为曲面时，误差则将不可避免的存在。

目前，为了得到准确的实体截面轮廓线，应用较多的就是采用CAD直接切片法，该方法可以从根本上消除由STL格式而造成的截面轮廓误差，同时也能够有效的消除格式转换造成的精度误差。

1.2模型分层对成型精度的影响

对模型进行分层处理的过程中会产生一定的误差，这种误差属于原理性误差。分层处理是在STL格式转换之后，通过预先设定好成型的方向，设定好分层的厚度，就可以对模型进行分层切片处理了。分层后会得到一组垂直于成型方向的彼此平行的平面，这些平面将STL格式文件截成等层厚的截面，截面与模型表面的交线即形成了该截面的轮廓信息，此信息可作为成型扫描过程中的数据。因为每层之间有一定的距离，由于其破坏了模型表面的连续性，这样就可能丢失一部分的轮廓信息，造成模型的尺寸误差和表面精度。

2.成型加工误差

设备自身也存在着一定的误差，它造成的是成型件的原始误差。设备自身误差的改善应该从其系统的设计和制造过程中入手，提高成型设备的硬件系统，以便改进成型件精度。

2.1工作台Z方向上的运动误差

它主要在丝杠的控制下，通过上下移动完成最终的成型加工。所以工作台的运动误差将直接影响着成型件的层厚精度，从而导致成型件的Z向尺寸误差。同时，工作台的运动直线度误差也会造成成型件的位置、形状误差和较差的粗糙度。

2.2 X、Y方向同步带变形误差

X、Y扫描系统：步进电机控制并驱动同步齿形带，然后带动打印头进行每层的扫描运动，是一个二维的运动过程。在定位或者使用时间较长以后，同步齿形带可能会产生一定情况的变形，会严重影响扫描系统的定位精度，所以为了解决这个问题常采用位置补偿。

2.3 X-Y方向定位误差

成型机运动控制系统采用的是步进电机开环控制系统，电机自身和其各个结构都会对系统动态性能造成一定的影响。X、Y扫描系统在往复的扫描过程中存在着一定的惯性，使扫描镜头的扫描尺寸其实大于成型件的设计尺寸，造成尺寸误差，同时，由于扫描系统在扫描过程中是一个加减速的过程，边缘扫描速度会小于中间扫描速度，这样就会导致成型件边缘的固化程度高于中间部分，固化不均匀。

扫描机构在成型过程中，总是在进行连续的往复填充运动。驱动扫描机构的电机自身存在着一个固有频率，扫描不同线长的时候会出现各种频率，所以当整个机构发生谐振时，会给扫描机构带来很大的振动，严重影响成型的精度。

2.4挤料速度与扫描速度误差

在保证有足够加热功率和相同扫描速度的前提下，若挤料速度过高，在工件的表面及侧面就会出现材料溢出现象，导致表面粗糙，支撑结构与工件不易分离；若挤料速度过低，在扫描轨迹上就会出现材料缺失现象。因此，适当降低挤料速度，能提高工件的表面品质，轮廓线更清晰，支撑结构与工件易于分离。

综上所述，通过优化工艺参数可以有效地提高成型件的精度和质量。

3.后处理产生的误差

成型完成之后，需要将成型件取下并去除支撑，对于固化不完全的成型件，还需要进行二次固化。固化完成后还需对其进行抛光、打磨和表面处理等工序，将这些称之为后处理。后处理对成型精度的影响可分为下列三种：

（1）支撑去除时，因为人为等因素有可能会刮伤成型表面或其精细的结构，严重影响成型质量。为了避免这点，在支撑设计时应该选择合理的支撑结构，既能起到支撑作用又方便去除，在允许范围内少设支撑，节省后处理时间。

（2）成型后，由于工艺和本身结构问题，零件的内部还会存在一定的残余应力，并且在外部条件如温度、湿度等环境的变化下，成型件会产生一定的翘曲变形，造成误差。应该设法减小成型过程中的残余应力，以提高零件的成型精度。

（3）成型后的零件在尺寸和粗糙度方面可能还不能完全满足用户的需求，例如表面存在阶梯纹、强度不够，尺寸不精确等，所以要对成型件进行进一步的打磨、修补、抛光和喷丸等处理。如果处理不好，可能会对成型件的尺寸和表面质量等造成破坏，产生后处理误差。

综上所述，通过减小分层厚度可以通过自适应的分层方法能很好的提高成型件的表面精度，降低因分层数量较多而引起的效率降低问题，或者通过优化成型加工方向的办法来提高成型件表面质量。其中优化成型加工方向在工艺上有一定的难度，对于成型加工方向的优化，不仅要考虑精度的因素，也要着重考虑成型效率和支撑设计等方面因素。

4.结论

自由成形件的精度是指加工后的成形件与原三维CAD模型之间的误差，主要有尺寸误差，形状误差和表面误差。因为自由成形的全过程包括前处理、自由成形和后处理三个阶段，所以每个阶段都可能存在影响成形件精度的因素。然而，成型件的精度不只与成型机本身精度有关，还与自由成形全过程中的其他因素有关，而（下转第156页）（上接第110页）且这些其他因素还更加难以控制。 [科]

【参考文献】

[1]胡庆夕，周克平，吴懋亮等.快速制造技术的发展与应用.机电一体化，2003，8（5）.

[2]朱林泉，白培康，朱江森.快速成型与快速制造技术.北京：国防工业出版社，2003.

[3]王广春，赵国群.快速成型与快速模具制造技术及其应用.北京：机械工业出版社，2003.

[4]于松章，洪军，唐一平.基于RE/RP/RT技术的产品快速开发集成制造系统.新技术新工艺，2004，8（3）.

3D打印机工作原理分析浅谈 第9篇

摘要：3D打印技术已获得迅速发展，并受到世界各国广泛关注，基于目前3D打印技术发展的现实情况，着重分析我国3D打印技术发展现状以及面临的环境条件，并提出我国3D打印技术发展与应用的对策建议，以便为我国抢抓3D打印技术发展机遇提供重要技术支撑。

近年来，3D打印技术获得迅速发展，并受到世界各国的广泛关注，美国科学家将3D打印产业列为“美国十大增长最快的工业”之一，有的甚至期望3D打印这种神奇的技术能带来“第三次工业革命”[1][2]。军事强国加大技术研发力度，3D打印技术成熟度及性能不断提升，3D打印精度和速度不断提高，打印成本越来越低，打印原材料更加丰富；主要国家积极探索3D打印技术在武器装备设计、制造和维修保障中的应用，已经通过3D打印技术成功“打印”出手枪；美军应用3D打印技术，辅助研制了导弹用的弹出式点火器模型；美国GE集团已应用3D打印技术制造喷气发动机[3]。随着世界各国不断加大对3D打印技术的研发与投入，我国也开始高度重视3D打印技术发展与应用，已持续加大对3D打印技术支持，在若干关键技术方向取得了重要突破，在多个领域的应用取得重要进展，3D打印技术发展的支撑环境条件更加完善。

一、我国3D打印技术发展现状

我国3D打印技术发展与发达国家相比，虽然在技术标准、技术水平、产业规模和产业链方面还存在大量有待改进和发展的地方，但经过多年的发展，已形成以高校为主体的技术研发力量布局，若干关键技术取得重要突破，产业发展开始起步，形成了小规模产业市场，并在多个领域成功应用，为下一步发展奠定了良好基础。

(一)初步建立以高校为主体的技术研发力量体系

自上世纪90年代初开始，北京航空航天大学、西北工业大学、华中科技大学、西安交通大学、清华大学等高校相继开展了3D打印技术研究，成为我国开展3D打印技术的主要力量，推动了我国3D打印技术的整体发展。北京航空航天大学“大型整体金属构件激光直接制造”教育部工程研究中心的王华明团队，西北工业大学凝固技术国家重点实验室的黄卫东团队主要开展金属材料激光净成形直接制造技术研究。清华大学生物制造与快速成形技术北京市重点实验室颜永年团队主要开展熔融沉积制造技术、电子束融化技术、3D生物打印技术研究。华中科技大学材料成形与模具技术国家重点实验室史玉升团队主要从事塑性成形制造技术与装备、快速成形制造技术与装备、快速三维测量技术与装备等静压近净成形技术研究。西安交通大学制造系统工程国家重点实验室，以及快速制造技术及装备国家工程研究中心的卢秉恒院士团队主要从事高分子材料光固化3D打印技术及装备研究。[4](二)整体实力不断提升，金属3D打印技术世界领先

我国增材制造技术从零起步，在广大科技人员的共同努力下，技术整体实力不断提升，在3D打印的主要技术领域都开展了研究，取得一大批重要的研究成果，特别是在高性能金属零件激光直接成形技术方面取得重大突破，技术水平达到世界领先。高性能金属零件激光直接成形技术世界领先，攻克了金属材料3D打印的变形、翘曲、开裂等关键问题，成为首个利用选择性激光烧结(SLS)技术制造大型金属零部件的国家。北京航空航天大学已掌握使用激光快速成形技术制造超过12平方米的复杂钛合金构件。西北工业大学的激光立体成形技术可一次打印超过5米的钛金属飞机部件，构件的综合性能达到或超过锻件。北京航空航天大学和西北工业大学的高性能金属零件激光直接成形技术已成功应用于制造我国自主研发的大型客机C919的主风挡窗框、大中央翼根肋，以及正在设计的第五代战斗机的钛合金主体结构，成功降低了飞机的结构重量，提高了战机的推重比，缩短了设计时间[5]。

(三)产业化进程加快，初步形成小规模产业市场

利用高校、科研院所的研究成果，依托相关技术研究机构，我国已涌现出20多家增材制造设备与服务企业。北京隆源自动成型系统有限公司，1993年开始研发选区粉末烧结激光快速成型机并取得自主知识产权，广泛应用于航空航天、船舶兵器等行业的设计试制部门；北京太尔时代科技有限公司自主研发了拥有完全自主知识产权的控制系统、机械系统、打印材料等3D打印机核心技术；紫金立德公司专业从事3D打印机及其耗材的开发、生产、销售，并提供相关服务；西安铂力特激光成形技术有限公司是激光快速成形技术的产业化公司，公司产品已在国家多项重点型号研制和生产过程中得到应用，如应用于C919大型商用客机中央翼身缘条钛合金构件的制造，是目前国内金属3D打印技术领先者；武汉滨湖机电技术产业有限公司主要生产LOM、SLA、SLS、SLM系列产品并进行技术服务和咨询，1994年就成功开发出我国第一台快速成型装备－薄材叠层快速成形系统，开发生产的大型激光快速制造装备具有国际领先水平，2013年，成功开发出全球首台工作台面1.4m*1.4m的四振镜激光器选择性激光粉末烧结装备，标志着其粉末烧结技术达到国际领先水平。据中国3D打印技术产业联盟数据，2012年，我国3D打印市场规模约为10亿元，2013年翻一翻达到20亿元，2014年达到50亿元[6]。未来几年，中国3D打印市场每年将至少以1倍以上的速度成长，规模或达百亿元。

(四)应用取得突破，在多个领域显示了良好的发展前景

随着关键技术的不断突破，以及产业的稳步发展，我国3D打印技术的应用也取得较好进展，已成功应用于设计、制造、维修等产品全寿命周期。一是在设计阶段，已成功将3D打印技术广泛应用于概念设计、原型制作、产品评审、功能验证等，显著缩短了设计时间，节约了研制经费。在研制歼-

15、歼-16和歼-31等战斗机过程中，利用金属3D打印快速制造钛合金主体结构，在一年之内连续组装出多款飞机进行飞行实验，显著缩短了研制时间[7]。运-20在做首飞前的静力试验时发现起落架连接部位一个很复杂的结构件出了问题，需要更换材料，重新加工。采用3D打印技术，在很短的时间内生产出了需要的部件，保证了试验如期进行。二是在制造领域，已将3D打印技术应用于飞机紧密部件和大型复杂结构件制造。我国国产大型客机C919的中央翼根肋、主风挡窗框都采用3D打印技术制造，显著降低了成本，节约了时间。C919主风挡窗框若采用传统工艺制造，国内制造能力尚无法满足，必须向国外订购，时间至少需要2年，模具费需要1300万元。采用激光快速成形3D打印技术制造，时间缩短到2个月内，成本降低到120万元。三是在维修保障领域，3D打印技术已成功应用于飞机部件维修。当前，我国已将3D打印技术应用于制造过程中报废和使用过程中受损的航空发动机叶片的修复，以及大型齿轮的修复。以大型舰船伴随保障为背景的3D打印技术973项目成功立项，将对3D打印应用于伴随保障的重大基础问题进行研究。

二、我国3D打印技术发展面临的环境 随着技术的不断发展及广泛应用，3D打印技术受到越来越多的重视，我国3D打印技术发展的机遇和挑战并存。

(一)我国已对3D打印技术高度重视与大力支持，为3D打印技术发展提供了有力的政策支撑环境

当前，我国正大力推进经济发展模式转型，高端制造业成为工业发展的重要方向，3D打印已经开始受到国家的高度重视，3D打印技术发展已被提升到国家战略层面，有关部门正在制定支持3D打印产业发展的专项政策。2013年国庆前夕，中共中央政治局以实施创新驱动发展战略为主题开展第九次集体学习，学习期间，中央领导专门考察了中关村与3D打印相关的研发和生产企业，表明我国上层开始重视3D打印技术的发展。科技部最新制定的《国家高技术研究发展计划》、《国家科技支撑计划制造领域2014备选项目征集指南》中，也明确提出系列支持3D打印技术发展的政策，提出把“3D打印关键技术、装备研制聚焦航空航天、模具领域的需求”作为重点研究，力求突破3D打印制造技术中的核心关键技术。此外，国家在《2013年产业振兴和技术改造专项重点专题》，《中华人民共和国国民经济和社会发展第十二个五年规划纲要》，《国务院关于印发工业转型升级规划（2011-2015年）》，《国务院关于加快培育和发展战略性新兴产业的决定》，《高端装备制造业“十二五”发展规划》等文件中，都提出要加大对3D打印技术的支持力度。随着党和国家的高度重视，必将带动全社会对3D打印技术的重视，政府和企业对3D打印技术的研发投入也必将大幅增长，为我国3D打印技术的发展提供良好的条件，吸引越来越多的科技工作者投身于3D打印技术的研究，快速攻克制约3D打印技术发展的技术瓶颈，为我国3D打印技术的发展提供不竭的动力。

(二)我国已具备良好的技术基础，为3D打印技术发展与应用奠定了坚实的基础 经过多年的发展，我国的3D打印技术已具备较好的基础。世界上，3D打印技术仍处在技术发展初期，我国与技术先进国家的差距较小，为我国3D打印技术发展提供了难得的历史机遇。从上世纪末开始3D打印技术研究，经过多年的积累，形成了一批稳定的研究机构和专家队伍，突破了一批关键技术，建成了一批重要的研究基地，创建了一批产业公司，我国3D打印技术发展已经具备赶超发达国家的技术基础。北京航空航天大学、西北工业大学的金属材料激光快速成形技术攻克了长期制约金属材料3D打印的关键技术问题，成功应用于航空领域，技术水平居世界领先地位，为下一步发展奠定了技术基础。北京航空航天大学、西北工业大学、华中科技大学、西安交通大学和中航工业北京航空制造工程研究所等高校和科研结构形成了一批高水平专家队伍，为下一步发展奠定了人才基础。北京隆源自动成型系统有限公司、北京太尔时代科技有限公司，西安铂力特激光成形技术有限公司、华曙高科和武汉滨湖机电技术产业有限公司等3D打印公司形成了自己的产品特色，业务稳步增长，为3D打印技术的产业化发展奠定了产业基础。发达国家3D打印技术仍不成熟，为我国3D打印技术留下了赶超的时间窗口。总体上，3D打印技术仍处于技术积累期，尚有大量核心关键技术待攻克和突破，整体技术水平还有待提升，产业模式还有待拓展，相对传统高级制造业，发达国家在技术上领先幅度并不大，为我国赶超世界先进技术水平留下了机会。(三)我军武器装备发展模式正在向自主创新转变，对3D打印技术的发展提出了迫切需求

当前，新一轮工业革命已经吹响了号角，新型数字化制造特别是3D打印技术的发展为新工业革命的即将来临提供了无限遐想，我国正在按照国防和军队现代化建设“三步走”战略构想，加紧完成机械化和信息化建设双重历史任务，国防科技和武器装备的发展模式正在由跟踪模仿向自主创新转变，对3D打印技术的发展提出了迫切的需求。3D打印技术是满足武器装备研制对快速制造需求的有效手段。近年来，新型武器装备的研制显著提速，仅仅在航空领域就有歼-20、歼-

15、歼-

31、运-20等多种型号军用飞机在同步研制。复杂武器装备研制是一个重复迭代过程，每一轮设计调整到实验都需要制造原型机，传统制造方式需要制造模具，时间长、花费多，常常造成新型武器装备研制周期长、成本高。3D打印技术可直接根据数字化设计制造零件，可以大大节约样品制作时间，极大地缩短产品的研制周期，降低研制成本。3D打印技术是满足高性能武器装备生产对复杂结构制造需求的有效手段。3D打印技术几乎可以成型任意形状的零件，特别适用于制造具有复杂内部结构的零件，如制造复杂的钛合金结构部件，具有复杂内部冷却通道的航空发动机涡轮叶片，内部材料和结构复杂的坦克装甲等关键武器零部件。

(四)发达国家大力发展3D打印技术，对我国3D打印技术的发展提出了严峻的挑战近年来，美、英、日等发达国家高度重视3D打印技术，大力推进3D打印技术发展，技术研发与产业应用不断取得重要进步，有进一步拉大与我领先优势的趋势，我国3D打印技术面临严峻挑战。一方面，美国、英国等将3D打印技术列为国家重点发展技术，集全国之力进行发展，抢占发展先机。2012年，美国在重整制造业计划中将3D打印技术列为重点发展的11项技术之一，并作为其“全美制造业创新网络”首家研究中心的主要研究方向[8]。英国技术战略委员会也在“未来的高附加值制造技术展望”中，将3D打印增材制造作为提升国家竞争力，应对未来挑战的22个应优先发展技术之一。2013年1月，英国、德国、法国、意大利的产业界、学术界和政府间组织联合启动投资2千万欧元的欧洲3D打印技术研究计划，研究利用增材制造原理快速加工无缺陷零废料的大尺寸金属零件的技术，这是目前欧洲在3D打印领域最大的研究合作机构和计划。2014年，日本投入3960万美元启动国家3D打印项目，开展3D打印设备和精密3D成形技术的研发。另一方面，美国等发达国家的3D打印技术研究取得重要进展，技术成熟度及性能显著提升。2012年，美国Sciaky公司的新型电子束3D打印技术取得重要突破，具备大型金属部件加工能力，美国国防部和洛克希德•马丁公司准备将其用于生产F-35战斗机的钛、钽、铬镍铁合金等高价值材料的高品质零部件。3D Systems公司的激光熔融技术取得重要进展，美国空军将在此基础上开发用于打印F-35战斗机和其他武器系统的3D打印机。美国太空制造公司的太空3D打印技术已具备应用于太空站维修、升级和延寿，载荷升级改进，硬件太空制造等方面的能力，2014年向国际空间站运送了首台3D打印机[8]。最后，欧美已形成了包含材料制备、软件开发、装备生产和应用服务等相对完整的产业链条，领先的产业格局基本形成。美国3D systems、Stratasys公司、德国EOS公司的营业收入遥遥领先，已形成了寡头垄断的市场竞争格局。2013年全球3D打印市场规模约40亿美元，其中美国和欧洲占据了25亿美元。按国家统计工业级3D打印机数量，美国占38%，日本占9.7%，德国占9.4%，我国仅占8.7%。随着3D打印技术的发展与广泛应用，我国传统制造业优势将不复存在。如果我国不能抓住3D打印技术发展机会，我国的制造业将面临严峻的挑战，美国甚至称“技术进步将使中国的制造业像过去20年里美国制造业那样迅速衰落”。

三、启示建议 着眼我国国情、军情，以及3D打印技术发展现状，为加快推进3D打印技术的发展与应用，要加强组织管理，开展基础研究和标准规范研究，加强3D打印材料和软件技术研发。

(一)加强组织管理，为3D打印技术发展与应用创造政策支撑条件

3D打印技术发展与应用涉及技术广、覆盖领域宽、影响范围大、特别是对现代工业体系和制造领域影响显著，必须坚持创新驱动发展战略，加强管理和顶层设计，为我国3D打印技术发展与应用的科学有序展开奠定基础。一是要从国家层面重视对3D打印技术发展的规划设计，做到统一发展规划、统一资源配置、统一技术体制、统一基础设施建设，确保3D打印技术发展与应用的科学实施，防止规划乱象，标准不一。二是要突出需求牵引，深入分析我国3D打印技术发展与应用的目标、方向和重点，坚持把技术应用好作为衡量技术发展的基本准则，把实现应用的社会效益、军事效益和经济效益作为核心目标，切实提高3D打印技术水平。三是要深化系统管理，充分考虑3D打印技术发展政策、产业发展政策、财税支持政策等因素，运用系统管理的理论与方法综合全面地对3D打印技术发展与应用的相关要素实施最优化配置和前瞻规划。

(二)开展基础研究和技术标准规范研究，为3D打印技术发展与应用提供基础支撑

基础研究和标准规范研究是推动3D打印技术发展和应用的根本保证，应在国家和军队数字制造发展计划框架下，加强制造原理、方法、工艺、材料、标准和规范等方面的研究创新，为3D打印技术发展与应用打下基础。一是开展基础研究，进一步提高3D打印的成形精度与打印速度，研发出更多可供3D打印的材料，使3D打印技术能够更好地满足应用需求。开展3D打印制造原理、方法、工艺、设备的基础研究，加强粉末原材料、材料工艺、成形工艺等基础技术研究，进一步提升3D打印的精度和效率；开展各类3D打印工艺的机理分析，提供工艺优化基础，支持与3D打印配套的工艺基础理论研究；开展激光器、振镜、光路系统等关键零部件的研发与制造。二是研究共性技术与标准规范，推动技术标准规范军民一体化，加快3D打印技术在武器装备设计、制造和维修保障中的应用。研究3D打印的创新原理、方法及其相关支撑技术，包括新材料、新器件（激光器）、智能控制、设计软件、网络数据库、新成形原理、新的设备工艺、巨型结构3D打印、微纳3D打印、太空环境制造等共性技术；为支撑3D打印共性技术快速产业化，研究相关标准与规范，包括材料性能标准、软件接口标准、制造质量标准、制造工艺规范和元器件性能标准等。

(三)加强3D打印材料和软件技术研发，满足打印需求