D打印技术的应用领域

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3D打印技术在航空领域中的应用

作者：谢静

来源：《科技资讯》2014年第03期

摘 要：本文分析了国内外3D打印技术的研究现状和几种快速成形技术的使用方法及其工作原理，介绍了3D打印技术在国内外航空领域中的研究状况和实际应用情况。

关键词：3D打印 快速成形技术 制造业

中图分类号：TP39 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）01（b）-0000-00

作者简介：谢静（1984-），女，汉族，硕士研究生，机械结构设计专业。

1 引言

3D打印技术是一种先进的、革命的加工制造技术，已经正在快速改变传统的生产加工方式和生活方式，美、德等发达国家非常重视该技术，并积极推广。从3D计算机辅助设计（3D

CAD）开始，人们希望能够将设计结果直接转化为实物。3D打印技术将以其革命性的“大幅节省原材料”和“制造灵活性”在加工制造领域掀起一场革命。它适合于小批量、结构复杂、多品种、原材料价值高的机械加工制造，因此在航空制造领域，它将会得到更加广泛的应用。

2 3D打印技术的研究现状[1][2][3]

3D打印技术最突出的优点是无需机械加工或开模，依据计算机中存储数据直接打印生成任意形状的物体，极大地缩短了产品的研制周期和加工周期。3D打印技术（3 D printing）是快速成型技术（Rapid Prototyping，RP）的一种，它以数学模型为基础，运用塑料或金属粉末等可粘性材料，通过逐层打印的方式来加工制造产品的技术。采用计算机辅助设计、激光扫描、材料熔融等一系列技术，通过3D打印机，以迭加成形、分层加工的方式逐层增加材料来打印生成所需物品。

快速成型技术使用方法有很多种，主要包括分层实体制造（Laminated Object

工业技术　ＳＣＩＥＮＣＥ＆ＴＥＣＨＮ０ＬＯ０Ｙ　一２０１　４　ＮＯ．０３皿圆　３Ｄ打印技术在航空领域中的应用①　谢静　（中国空空导弹研究院　；．－７南洛阳４　７１　ｃｏ９）　摘要：本文分析了国内外３Ｄ打印技术的研究现状和几种快速成形技术的使用方法及其工作原理，介绍了３Ｄ打印技术在国内外航空领域　中的研究状况和实际应用情况。　关键词：３Ｄ打印　快速成形技术　制造业　中图分类号：ＴＰ３９　文献标识码：Ａ　文章编号：１　６７２—３７９１（２０１　４）Ｏｌ（ｃ）一９１　６ｌ一０２　３Ｄ打印技术是一种先进的，革命的加　工制造技术，已经正在快速改变传统的生　产加工方式和生活方式，美、德等发达国　家非常重视该技术，并积极推广。从３Ｄ计　算机辅助设计（３Ｄ　ＣＡＤ）开始，人们希望　能够将设计结果直接转化为实物。３Ｄ打印　技术将以其革命性的“大幅节省原材料”和　“制造灵活性”在加工制造领域掀起一场革　命。它适合于小批量、结构复杂、多品种、原材　料价值高的机械加工制造，因此在航空制造　领域，它将会得到更加广泛的应用。　图１　ＬＯＭ方法工作原理　图２　ＳＬＡ方法工作原理　①作者简介：谢静（１９８４一），女，汉族，硕士研究生，机械结构设计专业。　１　３Ｄ打印技术的研究现状　３Ｄ打印技术最突出的优点是无需机械加　工或开模，依据计算机中存储数据直接打印生　成任意形状的物体，极大地缩短了产品的研制　周期和加工周期。３Ｄ打印技术（３Ｄ　ｐｒｉｎｔｉｎｇ）是　快速成型技术（Ｒａｐｉｄ　Ｐｒｏｔｏｔｙｐｉｎｇ，ＲＰ）的一　种，它以数学模型为基础，运用塑料或金属粉　末等可粘性材料，通过逐层打印的方式来加工　制造产品的技术。采用计算机辅助设计、激光扫　描、材料熔融等一系列技术，通过３Ｄ打印机，以　迭加成形、分层加工的方式逐层增加材料来打　印生成所需物品。　快速成型技术使用方法有很多种，主　要包括分层实体制造（Ｌａｍｉｎａｔｅｄ　Ｏｂｊｅｃｔ　Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ，ＬＯＭ）、光固化立体成形　（Ｓｔｅｒｅｏ　Ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ　Ａｐｐａｒａｔｕｓ，ＳＬＡ），还　有直接制造金属功能零件的快速成型方法　有：选区激光熔化（Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ　Ｌａｓｅｒ　Ｍｅｌｔｉｎｇ，　ＳＬＭ）、电子束选区熔化（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ　Ｂｅａｍ　Ｓｅ－　ｌｅｃｔｉｖｅ　Ｍｅｌｔｉｎｇ，ＥＢＳＭ）等。　１．１分层实体制造　供料机构将底面涂有热熔胶的箔材一　段段地送至工作台的上方。按照计算机提　取的横截面轮廓，激光切割系统用ＣＯ，激光　束对箔材沿轮廓线将工作台一ｈ的纸割出轮　廓线，并将纸的无轮廓区切割成小碎片。工　作原理见图１。　１．２光固化立体成形　２０世纪８Ｏ年代后期，美国３Ｄ　Ｓｙｓｔｅｍｓ公　司率先推出了光固化立体成形技术。该技　术是在液槽中盛满液态光敏树脂，通过激　光束照射液态光敏树脂使其迅速固化，然　后工作台下降一层薄片的高度，开始第二　层激光扫描并固化，如此循环往复，直至产　品打印成形完毕，工作原理见图２。ＳＬＡ具　有打印模型尺寸大、打印速度快、可选择材　料广泛、打印精度高等优点。　１．３选区激光熔化　选区激光熔化成型原理与选区激光烧　结有点类似。其成型材料多为单一组分金　属粉末，包括钛基合金、镍基合金、奥氏体　不锈钢、钴一铬合金和贵重金属等。通过激　光束快速熔化金属粉末生成连续的熔道，　可以直接获得任意形状、具有完全冶金结　合、高精度的近乎致密的金属零件，该技术　未来发展前景广阔。其应用范围已扩展到　微电子、医疗、航空航天、珠宝首饰等行　业。　１．４电子束选区熔化　在２０世纪９０年代中期，电子束选区熔化　科技资讯ＳＣＩＥＮＣＥ＆ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ　ＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ　１

现代技术的快速发展使３Ｄ打　印技术得到不断的提升，并在各　个领域都有着全面的应用。３Ｄ打　印是多种技术互相结合发展的产　物，材料创新是３Ｄ打印技术对制　造领域带来的一个重大的改变。　本文通过３Ｄ打印技术的原理和方　法、３Ｄ打印技术在应用方面存在　的问题。简述了３Ｄ打印技术在电　子信息领域的应用的具体方向　ｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ●信息技术　８Ｄ打印技术在电子信息领域的应用　文／徐若帆　的规范制度比较少．对３Ｄ打印技术和行业发　展都是一个不利的Ｉ　素。　３　３Ｄ打印技术在电子信息领域的应用　由于现在的３Ｄ打印技术持续进步，应用　的领域范嘲也越来越广，现在的技术应用主要　是在提高产能、节约成本、环保方面进行产品　的设汁研究。打印电子元件、器件、电路模块　甚至是电子设备是３Ｄ扣。印技术中的～一个新兴　领域。　３．１在电子设备中运用３１）打印技术　【关键词】３Ｄ打印技术电子信息实际应用　科学理念的不断更新对技术的快速发展　有着很大的促进作用，二十世纪九十年代中期　出现了３Ｄ打印技术。这种技术是一种成型檄　快的技术。３Ｄ打印是指运用计算机进行三维　模型的设计，通过软件分层系统和数字化控制，　利用激光等方式将材料用物理层叠加的方法，　形成三二维立体的技术。从技术方面来看，３Ｄ　扣‘印是包含了数字建模、机电控制、信息管理　等多种技术的一个新型综合技术　这种制造模　式就复杂的产品制造模式而青，减少了很多复　杂的工艺和机械设备。利用ＣＡＤ就可以直接　在计算机中通过图形生成各种形状的构件，使　产品构件的生产制造变得更加便利、应用范围　更加广泛。　１　３Ｄ打印技术的原理和方法　３Ｄ打印技术包含了喷墨打印、激光烧结、　电子溶结等技术。用来快速的进行产品或者零　件的设计。在３Ｄ打印技术的实际操作中，设　计者应用ＣＡＤ软件对产品或者零件进行数字　模型的创立，然后对其数字模型进行保存，利　用３Ｄ打印机读取计算机的数字模型指令，然　后开始打印３Ｄ产品或者零件。打印机是３Ｄ　打印技术中最重要的组成部分，其过程也是打　印３Ｄ产品的最终途径。目前打印机能够通过　３Ｄ打印技术实现打印６００ＤＰ１分辨率，层问厚　度０．叭毫米的打印效果。相比较传统的打印　技术有了很大的提高，并可以使用有色胶水来　进行彩色打印。　２　３Ｄ打印技术在应用方面存在的问题　目前我国的３Ｄ打印在世界上的产品竞争　力比较低，体系还不够完善。有‘部分制造企　业对于３Ｄ打印技术在制造中的优势认识不够　深刻，现在的３Ｄ打印创新上对于产品的实验　检测和研发的平台比较缺乏。３Ｄ打印产业的　整体系统还没有统一化，缺乏在系统上的一致　性和创新性。３Ｄ打印的标准也需要规范化。　在现在的３Ｄ打印中，对知识产权和行业标准　电子设备系统设计极其复杂．需要各种先　进的仿真技术和测试来提高产品的设计质量、　降低产品使用过程中的风险。３Ｄ打印技术的　运用可以保证电子设备在测试时的便利性。虽　然现在的电子设备还不能直接打印整体的电子　设备，但是可以用３Ｄ打印来实现更多电子设　备零部件设计、制造。如产晶的塑胶外壳及各　种安装发件等。比如制造手机的过程中，日前　可以运用３Ｄ打印的手机天线，征设汁时运用　计算机的汁算和数字建模使其外表美观、质最　得到保证。　３．２　３Ｄ打印在汽车工业的应用　汽年足由很多复杂的商精度零件组成，其　可以对３Ｄ打印的优势进行发挥，使用３Ｄ打　印的技术，汽车发计　￣ｉｌｉ￣ｆ以用计算机完成汽车　的模型设计，设计师在完成设引后只需很短的　时间就能获得其汽车的打印模型，然后在针对　模型进行修改，这样能对汽车设计的效率有很　大程度的提升。　如　１所示．在２０１３年，第。辆３Ｄ　扣‘印汽车问世，足由美国的设计公司Ｋ０Ｒ　Ｅｃｏｌｏｇｉｃ和３Ｄ打印制造商Ｓｔｒａｔｓｙｓ共同完成　的混合动力汽车Ｕｒｂｅｅ　２。这辆汽车不是一个　汽车模型，而是可以真ｌ　上路的汽　。一辆　正常设计的汽车要由成百上千的零部件进行　组装，而Ｕｒｂｅｅ２的零部件只有５０个。ｕｒｂｅｅ２　依靠３Ｄ打印技术对外壳和零部件进行打印，　研究人员只负责对其进行组装和调试，整个制　造过程仪花赞２５００小时。　如图２所示．２Ｏｌ４年．世界著名汽车制　造厂商柯尼塞格发布新乍Ｏｎｅ　１，其风道、排　气部位和涡轮增Ｊ　器部是利用３Ｄ打。印技术设　计进行的加［制造。　如　３所示，同年９月美　Ｌｏｃａｌ　Ｍｏｔｏｒｓ　汽车制造商在芝加哥国际制造展上，征现场仪　仅花费了４４小时就制作了一辆完全由３Ｄ打　印的敞篷车Ｓｔｒａｔｉ。　３Ｄ打印除了汽车安装领域的应厢越来越　广泛，其在汽车维修领域也迈出了脚步，随着　３Ｄ打印的普及，汽车在维修时的成本支出会　得到有效的降低。使用３Ｄ打印进行如车灯、　排气管的制造，会对制造成本和运输成本都有　图１　

3D打印技术在医学领域的应用

随着科技的不断发展，3D打印技术越来越常见。不仅在工业生产中得到广泛应用，而且在医学领域中也逐渐发挥了重要作用。3D打印技术的优势在于可以快速精准地打印出所需物品的模型或实物，因此在医学领域中也得到了广泛的应用。

一、生物模型打印

生物模型打印是一种利用3D打印技术制造人体模型的方法。利用医学影像技术对患者身体部位进行扫描，生成3D模型数据，然后利用3D打印技术把3D模型打印成真正的模型。大家可以去百度搜索一下生物模型打印的图例，这些模型可以完美地模拟人体器官的形态结构，将医疗器械的营销进行更智能的推广，再给医生、患者和医学教育者带来更准确的信息。通过3D打印技术打印出的生物模型可以更准确地了解人体的解剖结构，并为医生提供更好的手术策划和仿真训练机会。

二、医疗器械打印

利用3D打印技术打印医疗器械是目前比较新颖的应用方向。3D打印技术打印的医疗器械灵活度更高，可以直接根据患者的个体化需求和特定部位的形状、大小等进行打印。由于3D打印技术可以快速生产出高精度的器械，这一应用方向将为医疗器械的生产和配送带来重大的技术革新。这个技术可以生产人工骨、人工器官、心脏介入器械、支架、耳蜗等医疗器械，替代传统制造手段。相信这个应用方向可以为更多患者提供更便捷的医疗服务。

三、手术辅助打印

3D打印技术，可以重建从患者中获取的医学影像数据，打印出患者的整个器官模型。这让医生和外科医生能够在手术期间更清楚地观察患者的身体结构，更准确地进行操作。手术辅助打印的医学应用前景非常 broad。通过3D打印技术打印出的带有手感的人工器官，可以提供更逼真的操作体验。特别是在手术操作上，不仅可以减少操作时间，而且可以更准确地判断切口和封口是否合适，能够降低手术风险，同时缩短术后恢复的时间。

四、3D打印技术在牙科领域的应用

3D打印技术在牙科领域的应用也非常广泛，主要包括口腔模型的打印、牙套的制造、牙齿种植后继续制作牙冠、假牙等。这些需要复杂的手工技术的工作，通过3D打印技术可以更加简单。通过对牙套的定制，可以减少患者因为佩戴不适合导致的疼痛和肿胀，并能避免发生破坏性的缺牙情况。3D打印技术在牙科领域的应用，不仅可以提高牙病的治疗效果，而且还可以大大缩短治疗时间，为患者提供更为高效、可靠的医疗服务。