3d打印材料范文1
关键词3D打印技术；纳米材料；应用优势；影响
中图分类号TP3文献标识码A文章编号2095—6363（2016）17—0056—01
众所周知，在科学技术不断发展的当代，3D打印技术的出现无疑是科技领域的又一次革新，它被誉为“第三次工业革命重要标志之一”。与此同时，纳米材料近几年的发展也是不容小觑，纳米材料成功应用在人类的衣食住行等方面，更是被预言为是当今世界最有发展前景的决定性技术材料。但纳米材料的应用存在着单一性、数量少等局限性。因此，3D打印技术以其多样性、丰富性弥补了这一缺陷。二者完美契合，必定会为技术产品带来新面貌。
13D打印技术的概况
1.1概念及原理
简单来说，3D打印技术是一种快速成型技术，在国外它被称为“增材制造”。其原理是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，并且可以把复杂的三维制造转化为一系列的二维制造的叠加。
1.2发展及特点
据了解，3D打印技术的发展历程大致如下：1984年的数字资源打印成三维立体模型技术、1993年创造出的7三维打印技术（3DP）、1996年第一次使用“3D打印机”、2005年世界上第一台离精度彩色3D打印机——Spe。3D打印技术与传统打印技术最大的区别在于适应的材料上，传统的打印机使用的无外乎是墨水等原料，而如今的高科技3D打印技术依赖于基于计算机科学的CAD技术，通过预先的CAD设计，继而在打印过程中完成一系列的数字切片程序；再将这些信息传入到计算机，其次在打印机中进行分层打印，最后将这些分层打印出来的薄片传送给打印机直至其堆叠出来一个成型的物体。
2什么是纳米材料
纳米材料就是在100nm以内的空间内从微观粒子的角度对材料进行加工和修饰，这些粒子包括分子、原子和离子等，这种材料与传统宏观意义上的材料不同。近些年来，纳米材料如雨后春笋般地涌现出来，广泛地应用于医疗等领域。而这都归功于纳米技术的高速发展，纳米技术的发展“刷新”了人们对物质世界的传统认知。纳米材料具有表面效应、小尺寸效应以及量子隧道效应等，融合了物理学中力、光以及电磁等技术，具备催化的性能。由此不难看出，纳米材料在21世纪将有着最广阔的应用前景。
33D打印技术应用在纳米材料中的优势
1）精细性。3D打印技术依托于计算机，将复杂的三维设计转化为实物模型。纳米材料中的细微粒子正是基于其自身的小尺寸特点产生巨大效应，3D打印技术融入其中，可增加纳米材料的光、电、热等独特功能，从精准细微出发，可有效缩短产品研发周期。
2）多样性。3D打印技术拥有多样化的材料，可以满足纳米材料在发展中的复杂要求，从而使纳米材料获得更多如反射、催化等意想不到的高性能特点，增加了其附加值。
3）循环性。3D打印技术中的可循环利用特性为纳米材料带来了福利。据了解，纳米在抗菌、保鲜、除臭等方面有着重要功效，而3D打印技术利用循环性，正好可以延长纳米材料的使用寿命，增加其使用值，为社会生活做出更多贡献。
4）环保性。3D打印技术在环保方面最主要的表现为节能、毒素排放量少且功耗消耗较少。由于3D打印技术来自于电力供电，又因为其精确度高。所以在能耗的使用上，能够最大程度地优化资源，避免浪费和污染环境。近年来，运用纳米技术研发的复合稀土化合物，其粉体作用可以净化汽车尾气。可见在这一点上纳米材料与3D打印技术不谋而合。二者的融合会进一步减少污染气体排放量，有效地优化资源，避免资源浪费带来的环境污染。由此不难看出，二者结合非常完美。
43D打印技术对纳米材料的影响
1）3D打印技术促进了纳米材料成本的降低。纳米材料在诸多方面运用得十分广泛，而细微纳米粒子虽小但能量大。3D打印技术因其自身的精准度可以大大避免材料浪费，从而使每一颗纳米粒子都得以成功发挥作用。例如利用纳米材料，在玻璃或墙面涂上纳米薄层，进行白洁，且还可有效吸收对人体有害的紫外线。3D打印技术在最开始计算玻璃或墙的精确度，使测量精准，不浪费每一颗纳米粒子，从而降低成本。
2）3D打印技术促进了纳米材料设计技术的革新。3D打印技术的运用加快了纳米材料的设计进程，使得纳米材料在设计技术领域不断发展与完善。简单举个例子来说，纳米材料制成的納米陶瓷对汽车、飞机等交通工具的发动机部件有着重要作用，可有效提高发动机的功率。将3D技术应用于纳米材料的设计中，更是将高科技与制造业设计的结合推向了一个新的高度，加快了纳米技术产品制造的发展与创新。
3）3D打印技术有利于缩短纳米材料制作周期。3D打印技术本身具有快速性、精准性，在纳米材料制成品中更是大有益处。通过3D打印技术准确地计算所需模型材料，并且大大地缩短了纳米材料的制作周期。与传统的材料设计相比，3D打印技术下往往将信息输入进去，一个“回车”发送指令，就可以在很短的时间内完成纳米材料的制作。例如纳米材料做的无菌餐具、无菌食品包装用品，将其结合3D打印技术，既可以有效缩短生产周期，又可以物尽其用，有益于资源合理配置。
4）3D打印技术促进纳米材料应用的人性化发展。由于3D打印技术可以通过模型的设计转化为实物模型，以此来最大程度上满足纳米材料应用的设计者及使用者的需求，改变了一般意义上的死板设计。例如，利用纳米材料技术制成的微型机器人，首先运用3D打印技术勾勒三维模型，精准机器人的一切尺寸，通过计算机转化为实物模型。并且此纳米机器人可疏散病人脑血管中的血栓，清除其心脏动脉内的脂肪和沉淀杂质物，成为人类健康生活的小助手。
5结论
3d打印材料范文2
3D打印机是一位名为恩里科·迪尼的发明家设计的一种神奇的打印机，不仅可以“打印”一幢完整的建筑，甚至可以在航天飞船中给宇航员打印任何所需的物品的形状。但是3D打印出来的是物体的模型，不能打印出物体的功能。
2016年2月3日讯， 中国科学院福建物质结构研究所3D打印工程技术研发中心林文雄课题组在国内首次突破了可连续打印的三维物体快速成型关键技术，并开发明出了一款超级快速的连续打印的数字投影3D打印机。 使用的材料有：光明树脂液体、金属粉末、陶瓷粉末、石膏粉末等材料。
（来源：文章屋网 ）
3d打印材料范文3
（华南理工大学，广东广州，510640）
（接上期）
2 3 D 打印技术的优点及缺点是什么？
2.1 3D打印技术的优点
（1）节省材料。不用剔除边角料，提高了材料的利用率，通过摒弃生产线而降低了成本；
（2）能做到较高的精度和很高的复杂程度，可以制造出采用传统方法制造不出来的、非常复杂的制件；
（3）不需要传统的刀具、夹具、机床或任何模具，就能直接把计算机的任何形状的三维CAD图形生成实物产品；
（4）它可以自动、快速、直接和比较精确地将计算机中的三维设计转化为实物模型，甚至直接制造零件或模具，从而有效地缩短了产品研发周期；
（5）3D打印无需集中的、固定的制造车间，具有分布式生产的特点；
（6）3D打印能在数小时内成形，它让设计人员和开发人员实现了从平面图到实体的飞跃；
（7）它能打印出组装好的产品，因此，它大大降低了组装成本，甚至可以挑战大规模生产方式。
2.2 3D打印技术的缺点
（1）存在成本高、工时长的软肋
3D打印仍是比较昂贵的技术。由于用于增材制造的材料研发难度大、而使用量不大等原因，导致3D打印制造成本较高，而制造效率不高。
目前，3D打印技术在我国主要应用于新产品研发，且制造成本高，制造效率低，制造精度尚不能令人满意。3D打印目前并不能取代传统制造业。在未来制造业发展中，“减材制造法仍是主流”。
（2）在规模化生产方面尚不具备优势
3D打印技术既然具有分布式生产的优点，那么相反，在规模化生产方面就不具备优势。目前，3D打印技术尚不具备取代传统制造业的条件，在大批量、规模化制造等方面，高效、低成本的传统减材制造法更胜一筹。
现在看来，想用3D打印作为生产方式来取代大规模生产不太可能。且不说3D打印技术目前尚且不具备直接生产像汽车这样复杂的混合材料产品，即使该技术在未来取得长足进步，完全打印一辆车只怕要耗时好几个月，在成本上远远高于大规模生产汽车时均摊到每辆汽车上的成本。
所以，对于生产有大量刚性需求的产品来说，具有规模经济优势的大规模生产仍比重点放在“个性化、定制化”的3D打印生产方式更加经济。
（3）打印材料受到限制
3D打印技术的局限和瓶颈主要体现在材料上。目前，打印材料主要是塑料、树脂、石膏、陶瓷、砂和金属等，能用于3D打印的材料非常有限。
尽管已经开发了许多应用于3D打印的同质和异质材料，但是开发新材料的需求仍然存在，一些新的材料正在研发中。这种需求包含两个层面，一是不仅需要对已经得到应用的材料—工艺—结构—特性关系进行深入研究，以明确其优点和限制；二是需要开发新的测试工艺和方法，以扩展可用材料的范围。
（4）精度和质量问题
由于3D打印技术固有的成型原理及发展还不完善，其打印成型零件的精度（包括尺寸精度、形状精度和表面粗糙度）、物理性能（如强度、刚度、耐疲劳性等）及化学性能等大多不能满足工程实际的使用要求，不能作为功能性零件，只能做原型件使用，从而其应用将大打折扣。
而且，由于3D打印采用“分层制造，层层叠加”的增材制造工艺，层与层之间的结合再紧密，也无法和传统模具整体浇铸而成的零件相媲美，而零件材料的微观组织和结构决定了零件的使用性能。
3 为什么3 D 打印技术只有到上世纪80年代末才开始出现商品化的设备？
3D打印技术的核心思想最早起源于美国。早在1892年，J.E.Blanther在其专利中曾建议用分层制造法构成三维地形图。1902年，Carlo Baese的专利提出了用光敏聚合物制造塑料件的原理。1904年，Perera提出了在硬纸板上切割轮廓线，然后将这些硬纸板粘结成三维地形图的方法（如图12所示）。20世纪50年代之后，出现了上百个有关3D打印的专利。
现代3D打印技术的出现，起源于二十世纪八十年代中后期。此后，3D打印技术有了根本性的发展，出现了更多的专利。如：1986年Hull发明了立体光固化成型（SLA，Stereo Lithography Appearance），1988年Feygin发明了分层物体制造，1989年Deckard发明了粉末材料选择性激光烧结技术（ S L S ,Selective Laser Sintering），1992年Crump发明了熔融沉积成型技术（FDM，Fused DepositionModeling），1993年Sachs在麻省理工大学发明了3D打印技术等。
随着各类3D打印专利技术的不断发明，其相应的生产设备也被相继研发而出。如：1988年，美国的3D Systems公司根据Hull的专利，生产出了世界上第一台现代3D打印设备——SLA-250（立体光固化成型机），开创了3D打印技术发展的新纪元。在此后的多年中，3D打印技术蓬勃发展，涌现出了十余种新工艺及相应的3D打印设备。
那么，为什么3D打印技术只有到上世纪80年代末才开始出现商品化的设备呢？本文作者认为，主要原因有两点：
（1）与三维CAD软件有关。由于3D打印技术采用分层制造的原理，因此，被制造零件的各层截面数据的来源是非常重要的。只有三维CAD软件的成熟，才能轻松、方便、快捷、随意地获取被制造零件的任意截面的数据。因此，只有到了上世纪80年代末，成熟的三维CAD软件为3D打印技术提供了数据保障。
（2）与相关材料有关。由于3D打印技术采用“分层制造，层层叠加”的制造原理，因此，3D打印材料的性能需满足“制造每一层时的材料结合效果、层与层之间的材料结合效果”较好的要求，并与其打印成型工艺相适应。
4 为什么说材料是3D打印技术的核心？
3D打印技术是一种跨学科的交叉技术，打印材料是该技术的核心。一种材料的出现，直接决定了其三维打印的成型工艺、设备结构、成型件的性能等。从1988年的立体光固化成型（SLA）技术的出现到当今的三维打印成型，都是由于某一种新材料的出现而引起的，如：液态光敏树脂决定了SLA工艺与设备，薄层材料决定了LOM工艺与设备，丝状材料决定了FDM工艺与设备等。由于材料在物理形态、化学性能等方面存在差别，才形成了今天3D打印材料的多品种和3D打印的不同成型方法。
3D打印技术在这几十年的发展中，新材料是3D打印技术的重要推动力。全世界从事3D打印技术的公司和大学等都在积极地研发用途更为广泛、打印成型更为简便的新材料。
4.1 3D打印材料分类
（1）按材料的化学性能分类
目前，3D打印涉及的成型材料主要有四大类：
1）高分子材料，如液态光敏树脂材料、塑料（ABS、尼龙、PLA等）丝料或粉料或片材等；
2）无机材料，如石蜡、石膏粉末、陶瓷粉末、砂等；
3）金属材料，如合金金属粉末、金属薄板料等；
4）生物医学材料、复合材料等。
（2）按材料的物理状态及形状分类
目前，3D打印涉及的成型材料主要有四大类：
1）液态材料：如光敏树脂等；
2）固态粉末材料：非金属粉，如蜡粉，塑料粉，覆膜陶瓷粉等；金属粉，如不锈钢粉，钛金属粉等；
3）固态薄片材料：如纸、塑料、金属等；
4）固态丝状材料，如蜡丝、ABS丝料、PLA丝料等。
图13所示为几种常用的3D打印材料。
4.2 3D打印材料的基本性能
（1）3D打印对材料性能的一般要求
1）有利于快速、精确地打印成型原型零件；
2）打印成型的制件应当接近最终性能要求；
3）应尽量满足对强度、刚度、耐潮湿性、热稳定性能等要求；
4）应该有利于后续处理工艺。
（2）不同应用目标对材料性能的要求
3D打印成型件的四个应用目标是：概念型零件、测试型零件、模具型零件和功能型零件。应用目标不同，对成型材料的要求也不同。
1）概念型零件。对材料成型精度和物理化学特性要求不高，主要要求成型速度快。
2）测试型零件。对于成型后的强度、刚度、耐温性、抗蚀性能等有一定要求，以满足测试要求。如果用于装配测试，则要求成型件有一定的精度要求。
3）模具型零件。要求材料适应具体模具制造要求，如强度、硬度等。
4）功能型零件。要求材料具有一定的力学和化学性能，使打印成型件具有一定的服役特性，从而满足正常的工程使用要求。
5 为什么说3D打印不能用于批量化生产？
3D打印技术对传统制造技术的替代作用不强。虽然在部分产品的小批量生产和模具生产上颇有优势，但在大批量生产（如图14所示）上，3D打印的速度和成本都比不过传统制造方式。
另外，3D打印材料品种的单一和昂贵的成本，使其局限于对价格敏感度不高的产品，市场应用领域有限。
当然，不可否认3D打印技术的魅力：不需要复杂的工艺，不需要庞大的机床，不需要众多的人力，能直接从计算机的三维图形数据生成实物零件，使生产制造得以向更广的人群延伸。因此，可以乐观地预测，“只要有合适的材料，3D打印机将来不是要取代某一个制造业，而是要取代所有的制造业。”
但是，相比于传统制造工艺，3D打印效率还是很低，成本依然很高。并且，打印效率与打印质量也呈现负相关关系。如果需要非常高的打印精度，打印速度就会变慢，效率则会很低。基于这样的打印特征，3D打印只能用于单件、个性化产品的生产，不能用于大批量（如图14所示）产品的生产。如果是工业企业的大规模化生产，一定是选择性价比最高的模具化生产。
对于3D打印，争议比较多的是，它是否会引起生产模式的变化？譬如，一件复杂产品的设计变成了计算机的三维数据模型，工艺由打印机完成，普通大众不用学习传统的复杂制造工艺，只需要操作计算机就可以生产出实物产品，这样，大工厂的流水线生产模式可能又回归到原始的家庭作坊。对此，有专家指出，3D打印可以生产的产品实际上还是受限制的，达不到大规模生产的地步，后者仍需要通过传统的集中生产来进行。但是，对一些使用比较少的部件或零件，3D打印应该是一个比较好的方式。因此，3D打印所起到的作用，更多的是个性化生产（如图15所示），而不是大规模制造。千万不要有3D打印的出现，就有否定传统制造工艺的想法。对于大规模制造而言，铸造、锻造、模具成型都不可替代。成本上竞争不过，质量上、稳定性上更不用说。所以在现阶段，3D打印是在某些特定情况下使用，不能用于批量化生产。
6 为什么说3D打印不能替代传统的制造工艺
通常，制造业特别是金属制造业采用的是减法工艺，即通过车、铣、刨、磨、钻等金属切削工艺对被加工件进行减材制造（如图16所示），而3D打印则采用的是加法工艺，即通过不断地进行材料的有序堆积，最终加工出成品，因此，3D打印也被称为增材制造。而3D打印与传统加工工艺的差别也就体现在这“增减”上。
3D打印的特有优势也体现在这加法工艺上。譬如说，几乎可以百分之百地利用原材料，制造出传统工艺无法实现的特殊结构的产品，因而节省开模费用，在小批量生产上具有成本优势，在新产品研发过程中可以快速制造原型件或样品，可以实现分布式制造等。的确，3D打印技术的这些优异特点无疑是传统制造工艺难以实现的。如果一台3D打印机具备这些特点，无疑将会对传统的制造工艺带来强劲的冲击，甚至颠覆性的变化。
但是，迄今为止，人们常常规避3D打印在规模制造中的经济性这一关键指标。譬如说，制作飞机舷窗样件，3D打印的成本是传统开模成本的十分之一，同时省去很长的开模时间。但是，飞机高昂的研发成本是靠批量摊薄的，这个数字应该远远不止十架，传统加工方式的优势就显现出来。再譬如，饮誉二战的远洋货轮“自由轮”，战时共制造了2751艘，随着工艺和管理水平的提升，“自由轮”的建造时间从最初的244天，缩短到平均42天，最快记录是4天15小时30分钟，这是大规模工业化制造的经典之作。
同时，我们还应该注意的是，3D打印设备与工艺的紧耦合现象，即3D打印设备很难做成通用设备。这在塑料熔融沉积成型工艺中比较突出，要根据不同的打印原料更换相应的打印头，甚至是打印机。这种非通用的特点，削弱了3D打印的分布式制造色彩，毕竟，并不是所有3D打印的支持者都有经济实力来购置多台3D打印设备的。如果3D打印不能在足够多的制造领域替代传统的制造工艺，那么，就要慎言3D打印技术将颠覆整个传统制造业了。
事实上，既然3D打印无法完全替代传统制造工艺，那么，从产业高度看，传统制造技术和3D打印技术就应该是互补技术，只不过在不同的制造领域或者不同的产品制造上，两者在产品制造过程中工艺占比不同罢了。
7 为什么说3D打印技术不能替代传统的制造产业？
在传统制造业领域，开模是一件非常令人头疼的事情，耗时长、难度大、成本高。而3D打印技术的优势恰恰体现在产品设计（模型设计）方面。凡是能够设计出来的任何复杂的个性化产品，都能够通过3D打印技术把模型样件打印出来，甚至直接生产制造出产品。
3D打印技术虽然能够打印出我们所需要的多种产品，但是从成本核算、材料约束、生产效率、工艺水平、产品性能等多方面因素综合比较来看，3D打印并不能够替代传统的生产方式。
3D打印的核心意义体现在两个方面：
一是传统生产方式不能生产制造的个性化、复杂、高难度产品，通过3D打印技术都能够直接制造；二是虽然传统方式能够生产制造，但是投入成本太高，周期太长，通过3D打印技术可以实现快捷、方便、缩短周期、降低成本的目的。
3D打印能够解决传统技术所不能解决的技术难题，对传统制造业的转型升级和结构性调整将起到积极的作用（如图17所示）。
但是，传统制造业所擅长的批量化、规模化、精益化生产，恰恰是3D打印技术的短腿。同时，3D打印技术在原材料、精密度、工艺稳定性等诸多方面还面临着瓶颈。因此，3D打印技术将替代传统制造业并不现实，一是成本并不划算，达不到规模化的要求；二是3D打印也不可能使工厂彻底告别车床、钻头、冲压机、制模机等传统工具。3D打印技术作为传统生产方式的一次重大变革，是传统生产方式有益的补充。
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何为3D 打印
早在1986年，有科学家利用立体光刻技术将3D数字模型变成实物，随后，还有人发明了通过分层堆积特殊材料实现模型成型的技术，也就是我们常见的热熔技术。在学术上，3D打印并不陌生，在科研和工业上被称为“快速成型技术”，在许多高校的设计专业也都设有相关的学科，所以3D打印并非不陌生，也不新鲜，但是该技术进行市场化运作，现在才刚刚开始，而且由于材料技术的积累和发展，通过特定的控制系统，在专用平台上按照事先设计好的形状实现立体物品的成型。所以，“3D打印”是一个相对广义的概念。
从技术层面来看，“3D打印”是所有能将数字模型变成物理实物的技术总称，主流的3D打印技术有多种，比如热融技术、立体光刻技术、激光烧结技术，还有类似于喷墨技术的三维打印技术等，它们有着各自的特点和应用层面，比如热融技术是将特殊树脂或塑料加热融化，然后以分层的方式不断堆积，材料冷却后固化形成立体物品，表面相对粗糙，但是材料成本低廉，在模型设计和制造业有着广泛的应用。立体光刻技术是利用紫外线激光逐层扫描一种特殊化学成分的液体，液体发生固化，逐层建立立体模型，所用材料单一，不能进行多色成型，耗材成本高昂。选择性激光烧结技术可以加工金属等强度较高的材料，利用激光烧结粉末材料形成立体物品，所以成型后的物品表面粗超，需要后期加工才能使用，可以选择的材料范围较广。还有许多3D打印技术正在被研发，如果有一天人类打破材料的局限性，那么3D打印才有可能真正走进我们的生活。
目前，我们从国内外关于3D打印的新闻报道中得知，我们熟悉的树脂、陶瓷、金属、建筑材料还有食品，可以通过“3D打印”的方式实现个性物品的快速成型，在医学领域，也有研究人员利用“3D”打印的方式重建生物细胞组织和人体骨骼，由于材料技术在过去的大量积累，为“3D打印”在实际应用领域提供了广阔空间和巨大潜力。3D 打印技术不仅局限于制造业，个人用户也能成为3D打印机的重要市场空间。
3D打印令人激动的应用
目前，3D打印技术已经在多个领域进入应用阶段，包括制造业、设计业、建筑业、生物领域、医学领域、文物保护领域等。
传统的制造业，无论是零件还是成品，都是批量生产的，当客户有个性化需求的时候，制造成本就会大幅上升，而3D打印就是一个很好的个性化制造技术，能够根据不同客户的需求制造满足其需求的产品，所以，3D打印在制造业会发挥巨大作用。我们已知有公司利用3D打印技术生产液晶屏等产品。
在任何商品领域，大到宇宙飞船、飞机汽车，小到儿童玩具，所有人类需要的物品在设计过程中，设计人员需要进行不断的改进，而数字模型必需要通过实物模型进行测试和模拟，过去设计人员利用手模或者开模制作实物模型，相对时间长，或者成本较高，而3D打印技术正好能满足设计人员在设计过程中制作实物的需求。福特汽车、欧洲宇航局等已经为其设计人员配备了桌面级的3D打印机，帮助他们提高效率。
在建筑业，设计师的图纸变成模型非常复杂，需要花费的时间较长，一定程度上延长了设计周期，3D打印技术可以帮助设计师解决这一问题；另一方面，我们所见到的大多数建筑物是由钢筋、混凝土等材料通过大型机械和人工来实现建筑设计师的设计图。如果利用3D打印技术，未来的建筑可能会更加个性，而且只需通过拼装就能盖好房屋，减少人力支持和材料浪费。
而在医学和生物技术领域，据了解，一个人体心脏瓣膜，利用3D打印技术只需要10美元的高分子材料，大大降低了成本。另外有报道称有公司利用3D生物生长技术，将不同细胞细致的混合，进而生成人造肉，在生物领域，还有科学家利用3D技术将动物细胞加工形成器官，这是3D打印技术在生物领域的前沿应用。
如今，古代文物由于自然因素和人为因素受到严重破坏，文物工作组通过影像技术获取文物数据信息，然后利用3D打印机重建文物模型，以便更好的研究，在文物保护中有着非常大的价值。相信看过电影《十二生肖》的朋友，就会知道3D打印机是如何复制文物的。
3D打印的现状
目前，美国在3D打印的技术和应用有着领先优势，而且美国也是3D打印最大的市场，美国总统奥巴马在两次公开演讲中多次提到3D打印技术，鼓励学习新技术，创造更多就业，重振美国经济。美国3D打印技术和打印设备供应商在资本市场上也获得较大的推动力。奥巴马在国情咨文当中的讲话曾经提到：“现在有我们可以做的事情。这些事情可以加速这一潮流。去年，我们在俄亥俄州的杨斯敦创造了第一个制造业革新中心。一个曾经的百叶窗式库房变成了一个艺术实验室。在那里，新工人在学习3D打印技术。这种技术可以革新我们制作几乎任何东西的方法。没有理由这个在其他城镇不能发生。”
3D打印在亚洲又是什么情况呢？2012年底日本出现了首家3D打印体验馆，随后在中国西安市有一家类似苹果零售店的3D打印体验店开张，2个月之前，一个拥有不同类型的3D打印硬件设备和个性化服务的3D打印体验馆在北京开馆。中国对新技术和新商业模式的跟进非常迅速，没有丝毫犹豫。在中国，从2012年下半年至今，许多有着工业背景、材料技术、控制技术、电子技术的公司先后投入研发3D打印技术，在资本市场上，3D打印概念股在过去的半年中一路飘红，在一段时间内引跑股市。
工业级3D打印机与民用级3D打印机在许多方面有着较大的差异，包括成型精度、材料强度、模型尺寸等方面，3D打印机在飞机、汽车的设计和研发中已经开始崭露头角；不少行业的商品研发中，也利用3D打印机进行模型制作，从而加快设计的效率，降低模型研发成本，对于个人而言，也有不少模型爱好者利用3D打印机打印自己设计的模型。不同技术、不同应用的3D打印机售价差距也非常大，桌面级的产品售价在1万～3万人民币左右，而昂贵的高端3D打印机售价几十万甚至上百万，不同的用户需求根据自身的需求来进行对应的选择。
随着桌面级3D打印机的上市，3D打印已经与越来越多的个人和中小型公司关系密切，我们可以利用这些小型化的3D打印机制作个性化的模型。在国内，太尔时代的UP！桌面3D打印机在高校教学、科研和设计领域有着较高的知名度，而美国MakerBot 的桌面3D打印机也开始在国内市场上销售，特殊的PLA材料在可塑性等方面表现更好。然而3D打印在金属材料加工方面还无法替代精度更高的数控机床。
亲身感受3D打印机
笔者试用过的桌面3D打印机有两款，一款是来自太尔时代的UP！，一款是来自美国的MakerBot Replicator2，前者为国内品牌，售价9999元，体积小巧，结构简单，采用三轴联动控制打印头的移动，成型尺寸为140mm×140mm×140mm，尺寸并不大，成型平台底板需要加热，采用了ABS塑料作为材料，打印头工作温度在260摄氏度左右，打印层厚0.15mm～0.4mm，在软件内可以调整模型的大小与位置，直接连接电脑就可以使用，驱动软件有中文汉化，在使用之前需要对打印机进行初始化以及调平成型平台。
MakerBot在国际上名气较大，亮相于CES2011，Replicator 2是MakerBot旗下第二代桌面3D打印机，国内行货售价在2.5万元左右，改进了一代产品的许多不足。Replicator 2外观拥有很强的科技感，主要由黑色的外壳、可变色的LED灯、热融打印头、三轴步进电机、无需加热的成型平台组成，支持脱机打印，用户使用与其匹配的MakerWare软件，就可以对STL 模型文件进行设置和调整，然后导出.x3g文件，复制到SD卡中，插入到打印机读卡器上，就可以脱机打印了，比较简单，虽然MakerWare还没有汉化，但是交互界面非常简单，用户能够轻松使用。MakerBot Replicator2相比太尔时代的UP！，打印模型尺寸要更大，为28.5cm×15.3cm×15.5cm，采用了PLA材料，强度更高，可塑性强，相比之下，成本也比ABS塑料要高。目前我们常见的是透明色、蓝色、红色等单色材料，但是据了解，MakerBot在材料方面已经研发出了不同色系的PLA，比如半透明色系、金属色系等，目前还没有在国内上市。与太尔UP！打印机相同的是，打印3D模型可以自动构建支撑，避免模型细节出现问题。
这两款桌面级的3D打印机比较具有代表性，一款为国产品牌，一款外国品牌，在制作模型方面，细节上的差异主要由材料的差异组成，然而在易用性方面，MakerBot更甚一筹，然而在成本、体积以及可调节方面，UP！也有一定的优势。
3d打印材料范文5
关键词：3D打印；三维立体模型；应用前景；技术分析
根据近年来的应用结果看来，三维模型的设计领域已经逐渐拓展得越来越宽阔，三维模型主张将模型内容立体化。简单来说，在园林设计、土木工程建造图纸等都需要三维模型的应用。3D打印技术能够立体直观地将三维模型表示出来，对工程施工或者园林项目指导都有广泛的应用。举例来说，在园林图纸设计中，将园林绿化布置在电脑中清晰地表现出来，为了能够更好地施工利用比例尺，所以需要一份施工图纸。这时3D打印技术的重要性就可轻易得知，它提高了施工效率，增加了施工工程的完整性。
1 3D打印技术的具体技术分析
3D打印技术不同于一般的打印技术，但是仍然拥有一般的打印技术所具有的技术要领。简单来说，3D打印是快速成型技术的一种打印技术，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黏合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。整体来说，它能够建造空间物体，对于打印技术领域上来说，该技术是一种质的飞跃。另外，该技术的实现主要是靠数字技术打印机，这种打印机和一般的打印机也是不同的，不是单单利用纸张和墨水，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，这种打印机能够利用电脑中的设计图纸，将原材料逐步通过技术累积，最后成型出一个3D建筑实物，该打印技术仍然存在和普通打印机相似的原理，不过是在空间上进行分层加工处理，3D打印技术需要在打印机中添加必要的打印原材料加工3D实物，一般来说原材料有以下几种：尼龙玻纤、耐用性尼龙材料、石膏材料、铝材料、钛合金、不锈钢、镀银、镀金、橡胶类材料。另外，3D打印技术更是在很多的领域都有其相关的应用，比如说珠宝、鞋的制造、园林、房屋建筑等的设计，甚至是汽车、航空航天的建造应用，应该说3D打印技术在很多的领域都有技术应用，对人类生活有很大的帮助。
2 3D打印技术对于三维模型表现的优势
2.1 增加三维模型的立体性
对于三维模型来说，其主要是在电脑上形成的空间立体结构，但是不利于分析模型的特定规则，所以需要建造一个空间实物用来分析模型，三维模型即可以利用3D打印技术实现空间的模型立体性，该打印技术能够利用空间打印技术进行图层的堆叠，使其完成一个分层次的打印技术，利用实际材料进行立体模型的建造，得到的模型能够进行研究。举例来说，园林专业的三维模型，可以利用3D打印技术进行设计打印出一个3D模型，能够利用比例尺等因素进行实地考察，减少了实际设计中的很多问题，一般建造的缺点就可以在3D模型中有所反映，所以真实性、立体性是3D打印技术设计3D打印模型的一个重要性优势。
2.2 确定立体模型的精度和稳定性
立体模型的立体性固然重要，但是要想将该设计的模型更好的应用，稳定性、精度都是需要重点关注的问题。一般来说，只要是理论电脑上可以设计的造型，3D打印机都可以打印出来，消费者只需要简单下载设计图，就可以在数小时之内随心所欲的打印自己想要的任何东西，这种技术是改变了通过对原材料进行切削，组装进行生产的加工模式可以说是一种精确实体复制。3D打印技术不仅仅能够复制普通的立体模型，而且还能够进行音频、视频的复制，完全按照电脑中的设计模型，在打印机中进行立体复制分层次的使用打印机中的原材料实现整体的复制，然后在进行统一组装。只要打印机中的原材料够多，就可以保证3D打印机完整的复制一个3D打印成品，而且这种打印技术采用打印原材料累积的方式，稳定性比一般的打印技术好而且精度非常好，可以说是对设计图的复制。
2.3 方便生成形成的不同模型，实现材料的无限组合
对于现在很多领域的商品生产而言，将不同的材料混合在一起生产产品是一件很困难的事，因为涉及的工具材料模具不能够轻易地混合原材料，3D打印技术可以说是一种技术的发展，能够在打印机中实现各种不同的材料的融合，传统设计无法制造的产品，因为受到很多的限制，其中有制造形状的能力方面，制造模具的机器也只能单一的设计一种形状，而3D打印技术突破了以上的局限，不仅仅能够设计普通的设计模型，而且可以甚至是自然界的模型该打印技术也可以实现。可以说，在一定的层次上增加了产品的多样性。无论设计模型有多少种样式，都能够利用3D打印技术进行模型设计，设计符合消费者需求的三维模型打印模型，更好地找到问题实现更好的设计。
2.4 降低组装成本，提高产品利润率
一般的模型设计需要比较复杂的模型组装，这其中不仅仅需要过硬的技术支持。同样也需要比较繁杂的组装步骤，因为每一个步骤都需要不同的材料堆叠，所以传统的模型设计就相当于每一个步骤都要注意，所以每一个步骤的每一个细节都要进行人工加工，而3D打印技术可以说属于人工智能，减少了不必要的问题发生，只需要将不同的设计原材料投放入打印机中进行自动的加工，不浪费材料的同时还能够增加设计的准确性，减少了组装成本，增加了利润率。因为这项打印技术在很多的设计领域都有应用，所以在生产产品的过程中，增加利润率、减少成本输出的3D打印技术能够被大家关注、重视，进而有了广泛的应用。换个思路，如果在产品介绍时不采用传统的PPT介绍，而是将3D打印产品展现在消费者面前，更能吸引更多的消费者注意到产品的任何细节。
3 3D打印技术在三维模型上的应用前景
目前看来，3D打印技术在如今已经有了非常广泛的应用，首先是航空航天，在这个领域，该技术已经成功“打印”出了航空发动机的重要零部件，这一技术将使该零件成本缩减30%、制造周期缩短40%。并且在此领域上这项技术还能够应用在航天科技制造领域上，取得了不错的成果。之后在医疗上可以利用这项打印技术进行器官的立体制作，如果和人体匹配，还能够起到医治疾病的作用。其次，在建筑设计上，建筑师发现了这一项技术的相关优点，成功利用3D打印机打印的建筑模型，节省成本的同时，还增加建筑的整体安全性、稳定性、环保性。
4 结语
3D打印技术应用在三维模型中有了很明显的作用效果，所以3D打印技术的应用很广泛，可以相信随着3D打印技术的不断成熟和完善，它将会在越来越多的领域得到推广和应用。并且3D打印技术的优点很多能够优化很多模型设计的细节，并且增加模型设计的精确性、稳定性，减少成本，增加利润率，在产品输出中，这些优点都是在市场上非常具有关注性的。
参考文献：
3d打印材料范文6
【关键词】3D打印技术；材料成型及控制工程；实践教学
早在1998年，已有高等院校设立了材料成型及控制工程专业，铸造专业、焊接专业以及锻压专业是专业基础，涵盖了铸、锻、焊等三个热加工方向。目前全国有100多所高校开设有材料成型及控制工程专业，该专业涉及了材料类学科、机械类学科以及自动化类学科等相关的专业知识内容，就业范围涉及产品研发、工艺设计、销售管理、售后服务等制造行业，具有应用性和实践性强的显著特点。因此，材料成型及控制工程专业实践教学是材料成型及控制工程专业人才培养中重要的教学环节。目前3D打印技术日臻成熟，从儿童玩具到陶瓷制品再到工业产品甚至建筑业住房等都能看到3D打印制品的身影，3D打印涉及了产品模拟设计、材料设计、性能匹配以及精密成型等多个方面，是通过自动化成型制造实现产品生产的新技术且具有广泛的应用。认识实习、生产实习、课程设计及毕业设计是材料成型及控制工程专业重要的实践环节[1]。因此，将3D打印技术融入到材料成型及控制工程专业实践教学中的重要实践环节，为实现可视化的模拟设计、产品研发以及工艺设计提供了有效途径，不仅有利于学生设计水平的提升，也有利于培养其实践能力。本文基于3D打印技术的发展现状，结合材料成型及控制工程专业实践教学的特点，分析材料成型及控制工程专业传统实践教学的局限性，阐述3D打印技术在材料成型及控制工程专业实践教学中的应用及优势，并初步实施与探索3D打印技术在实践教学中应用。
13D打印技术的发展现状概述
2015年，我国推出了“中国制造2025”，制造业创新中心建设工程是五大工程之一，而3D打印（增材制造）就是其中创新发展的重大共性需求之一。3D打印思想起源于美国，随后美国、德国、瑞典、以色列等国家在打印设备、打印材料以及相关应用领域开展了研究并取得阶段性成果，而我国在20世纪90年代才逐步开展3D打印技术的研究，目前已达到了工业生产水平[2]。3D打印技术在制造业具有明显的优势：（1）快速整体数字化制造，提高生产效率；（2）缩短研发周期，加快生产进度；（3）环保高效节材制造，提高材料的利用率；（4）个性化定制制造，深度拓展设计空间[3]；（5）与传统行业相结合，提高制造业生产效率。3D打印技术仍存在不足之处：（1）高质量3D打印材料昂贵，一定程度上限制了3D打印技术的发展；（2）3D打印产品材料-组织-性能的一致性仍待进一步研究；（3）3D打印产品受打印设备的限制，批量化量产仍存在一定难度。
23D打印技术在材料成型及控制工程专业实践教学中的应用
目前3D打印（增材制造）已经成为快速发展的行业新方向，3D打印（增材制造）在铸造行业和模具行业以及焊接行业都有重要应用价值[2]，值得注意的是这些行业正是材料成型与控制工程专业中重要的传统方向。如：复杂模具的设计及生产、复杂薄壁铸件的工艺设计及生产、增材制造蜡模等。目前我国对具有3D打印技术背景的应用型人才的认识和培养仍处于萌芽状态[2]，从而造成3D打印应用型技术人才紧缺[3]。因此，将3D打印技术引入到材料成型及控制工程专业的实践教学环节，不仅符合了行业发展对材料成型及控制工程专业发展的新要求，而且也满足了行业对3D打印技术背景的应用型人才的需求。
2.1实践教学的特点及传统实践教学的局限性
材料成型及控制工程专业属于“宽口径，厚基础”的专业，而随着制造业向自动化、高端化、智能化方向发展，专业的发展需要与企业的需求接轨，焊接自动化、铸造充型模拟以及精密成型甚至智能化制造都对传统专业提出了更高的要求，更注重专业知识“宽”的方面，体现了专业的交叉融合和宽度。此外，专业方向中的铸造、焊接、锻压等传统专业方向也注重“厚”的方面，重视专业知识和技能的积淀，体现了该专业的厚重和深度。因此，在这种专业特色培养下，实践教学也应呈现出“宽口径，厚基础”的特征。而传统实践教学的存在一定的局限性：（1）实践教学设备和实践教学内容与企业需求存在一定差异，无法紧跟企业快速发展步伐；（2）实践教学和理论教学存在脱节现象，同时实践教学监督机制不健全；（3）校外实习基地以传统制造业为主，需要加快建立新兴制造业实习基地。
2.23D打印在实践教学中的应用优势
3D打印技术是快速成形技术，基于建模模型，通过逐层打印的方式快速有效简化地生产单个产品，尤其在航空航天、生物医学、工业制造等高端技术领域具有重要的应用和发展前景[4]。在材料成型及控制工程专业生产实习、课程设计及毕业设计的实践教学中[4]，存在许多模具设计、零件装配图以及三维装配图等设计环节，并在虚拟现实的环境中可视化演示实践教学的结果是实践教学应关注的焦点，恰恰3D打印技术能够满足该实践教学效果[5]。3D打印在实践教学环节具有明显的应用优势：（1）3D打印能够制造教具和教学模型，实物教学使学生能够加强对教学内容的认知和理解；（2）3D打印能够实现课程设计中装配图成型，直观再现设计存在问题和不足之处，验证设计可行性和结果；（3）在3D打印技术相关企业建立校外实习基地，为学生提供更广阔的实习平台；（4）能够积极鼓励学生采用3D打印技术自主设计制备零件，参加相关创新创业的大赛。通过3D打印技术在实践教学环节的应用，不仅能够提高实践能力，而且能够拓展专业视野和专业知识，使学生加深理解课堂教学环节学习的理论知识，更好地掌握3D打印技术的相关知识。
2.33D打印技术在实践教学中初步实施与探索
基于实践教学的特点与传统实践教学的局限性及3D打印在实践教学中的应用优势，将3D打印技术植入到实践教学过程中开展具体方案初步实施与探索。（1）考察实力雄厚的3D打印设备生产企业和3D打印技术应用企业，建立校外实习基地，选派青年骨干教师到3D打印企业挂职锻炼培养“双师型”教师，聘请企业优秀工程师担任外聘教师参与实践教学活动。（2）在本科毕业设计环节，设计类本科毕业设计的最终零件三维工艺图需用3D打印出的实物验证设计的合理性，在论文类本科毕业设计不仅需要企业工程师担任第二导师，而且参与平时学生的任务书、开题报告、中期检查以及答辩的各个环节。（3）在生产实习环节，不仅带领学生进入3D打印企业生产一线参观，而且指导学生参与到3D打印生产的各个环节，发现现场问题并解决问题，提高创新意识和创新思维。（4）在课程实践环节，邀请外聘教师进入实践教学课堂并参与实践教学的相关教材编写，将企业最新的设备和相关技术引入课堂，提高学生学习的兴趣和积极性。（5）与企业共建3D打印实验平台，骨干教师全程参与设备的安装调试过程并参加企业的3D打印技术培训，熟练掌握3D打印设备操作和技术。图1是Roclok系列桌面级FDM3D打印设备，能够制备塑料的模型和零件，耗材主要是丝材高分子材料；图2是陶瓷3D打印设备，可以制备陶瓷工艺品和模型，耗材主要是陶瓷；图3是金属材料3D打印设备，采用选区性激光熔化技术制备金属零件或模型，耗材主要是金属粉末，如：316L不锈钢粉末。基于以上3D打印设备，结合材料成型及控制工程专业的专业特点，不断优化实践教学内容，提升实践教学质量，培养学生的实践能力。
