3D打印行业深度研究
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3D打印在牙体牙髓领域的研究进展与应用随着数字化技术的发展,锥形束CT(CBCT)在口腔治疗中的普及,结合计算机辅助设计与制造(CAD/CAM)的应用,3D打印技术作为增材制造的一种技术,因满足个性化设计,节约材料,批量制作等优势在口腔领域里得到越来越多的关注和研究。
本文回顾了3D打印在牙体牙髓领域的相关文献,主要应用于以下几个方面:根管通路的建立,显微根尖手术,自体牙移植以及教学模型、实验模型和诊断模型。
1.建立根管通路髓腔及根管因为牙本质增龄性变厚、龋坏、正畸牵引、外伤等原因可能变窄甚至钙化阻塞。
牙髓炎或者根尖周炎临床或影像学检查时,常可发现钙化根管。
钙化根管治疗不仅费时费力,也容易发生髓室底穿、根管侧穿或者偏移。
另外一些形态结构异常的牙体,如融合牙、结合牙、畸形中央尖、牙内陷等其髓腔及根管形态发生不规则改变,常规方法无法直接探查根管进行治疗。
通过CBCT构建三维结构,掌握根管形态、位置、走向,CAD软件设计开髓洞型及根管通路,3D打印技术制作个性化根管定位导板精准定位复杂的根管,建立根管治疗通路,提高工作效率,降低治疗风险。
Krug等报道了1例I型牙本质发育不良的青少年病例,该病例全口牙髓腔缩窄以及根管钙化阻塞,口内多颗牙出现伴根尖透明影像的慢性根尖周炎,采用传统方式探查根管出现根管侧穿,经修补后改用导板引导下建立根管通路完成根管治疗,经过1年随访影像显示根尖周透射区缩小、骨密度增加。
Zubizarreta等对1例II类牙内陷的上颌侧切牙进行导板辅助下根管治疗,经过6个月随访也获得了良好治疗效果。
为了尽可能保留牙体组织,增强牙体组织的抗折性能,近年来微创牙髓治疗的理念开始流行,强调从患牙的诊断到治疗全过程中保留更多的牙体组织,来提高患牙的长期存留率。
利用CBCT可获得根管口的准确位置以及根管形态,掌握根管口位置和根管形态。
然后通过CAD精确设计根管通路,最大程度地减少对颈部牙本质的切削,增强患牙抗折性。
3D打印技术应用趋势及发展前景随着科技的不断发展,3D打印技术已经成为了一个备受关注的产业。
它的出现不仅改变了传统制造业的模式,也催生了很多新的应用领域。
从医疗健康到航空航天,从建筑设计到汽车制造,3D打印技术正在逐渐渗透到各个行业,并在这些行业中展现出了巨大的潜力。
在这篇文章中,我们将探讨3D打印技术的应用趋势以及未来的发展前景。
1. 3D打印技术的应用趋势随着科技的不断进步,3D打印技术的应用领域也在不断扩大。
下面是几个当前主流的应用趋势。
(1)医疗健康领域在医疗健康领域,3D打印技术已经被广泛应用于定制医疗器械的制造和人体组织的再生医学领域。
通过3D打印技术,可以根据患者的具体情况生产定制的医疗器械,如义肢、牙齿、人工关节等,大大提高了治疗效果和患者的舒适度。
3D打印技术还可以用于生物打印,即通过生物墨水打印出人体组织,用于移植或再生医学研究。
随着医疗健康领域对个性化治疗需求的增加,3D打印技术在该领域的应用将会继续扩大。
(2)航空航天领域在航空航天领域,3D打印技术被广泛应用于航空发动机部件、航天器结构件以及航天器燃料喷嘴等部件的制造。
通过3D打印技术,可以制造出更轻、更坚固、更复杂的航空航天部件,提高了航空航天器的性能和可靠性。
由于航空航天领域对材料性能和零部件复杂度要求非常高,因此3D打印技术在该领域的应用也将会继续扩大。
(3)汽车制造领域在汽车制造领域,3D打印技术被广泛应用于汽车零部件的制造。
通过3D打印技术,可以制造出更复杂、更轻、更节省材料的汽车零部件,提高了汽车的性能和节能性。
3D打印技术还可以用于快速制造汽车原型和定制汽车零部件,大大缩短了汽车研发周期和生产周期。
随着汽车制造技术的不断进步,3D打印技术在汽车制造领域的应用也将会继续扩大。
在当前,3D打印技术已经逐渐成熟,在各个领域都有了广泛应用。
但是未来,3D打印技术的发展前景仍然十分乐观。
(1)材料技术的进步目前,3D打印技术的发展受到材料技术的限制。
《3D打印技术在汽车设计中的应用研究与前景展望》一、引言随着科技的飞速发展,3D打印技术已成为制造业中一个不可或缺的领域。
特别是在汽车设计领域,3D打印技术的应用正逐渐改变着传统的设计与制造模式。
本文将探讨3D打印技术在汽车设计中的应用,并对其前景进行展望。
二、3D打印技术在汽车设计中的应用1. 概念模型的快速构建传统的汽车设计流程中,设计师通常需要先构建物理模型来测试设计概念。
然而,这一过程既耗时又成本高。
而3D打印技术可以快速地打印出复杂的概念模型,为设计师提供了更为便捷的测试平台。
设计师只需在计算机上完成设计,然后通过3D打印机即可快速获得物理模型,大大缩短了开发周期。
2. 定制化零部件生产随着消费者对汽车个性化需求的增加,汽车制造商需要生产各种定制化的零部件。
3D打印技术可以根据需求定制化生产零部件,无需传统的模具制造过程,大大降低了生产成本和周期。
例如,一些特殊的座椅设计、个性化装饰件等都可以通过3D打印技术快速生产。
3. 轻量化设计实现在汽车设计中,轻量化是一个重要的考虑因素。
通过使用3D 打印技术中的增材制造方法,可以实现零部件的轻量化设计。
例如,通过优化零部件的结构,减少材料的浪费,同时保证零部件的强度和稳定性。
这不仅可以降低汽车的制造成本,还可以提高其燃油效率。
三、前景展望1. 技术进步与创新应用随着3D打印技术的不断进步,其在汽车设计中的应用将更加广泛和深入。
未来,我们可能会看到更多的创新应用,如利用3D打印技术实现汽车的完全定制化生产、利用新材料进行更轻量化的设计等。
这些创新应用将进一步推动汽车行业的变革。
2. 智能化与自动化生产随着人工智能和自动化技术的发展,未来的3D打印技术将更加智能化和自动化。
这不仅可以进一步提高生产效率,还可以降低生产成本和错误率。
例如,通过智能化的3D打印系统,可以实现自动化设计和生产,从而大大提高汽车设计的效率和精度。
3. 环保与可持续发展随着环保意识的日益增强,未来的汽车行业将更加注重可持续发展。
解析3D打印技术在医疗行业的前景3D打印技术在医疗行业的前景近年来,随着科技的不断进步,3D打印技术逐渐成为医疗行业的热点。
这项技术的出现,为医疗领域带来了许多新的可能性和机遇。
通过3D打印技术,医疗器械、人体器官和医疗模型等可以更加精确地制造出来,为患者提供更好的医疗服务。
本文将从不同的角度来解析3D打印技术在医疗行业的前景。
首先,3D打印技术在医疗器械领域的应用前景十分广阔。
传统的医疗器械制造过程繁琐且耗时,而通过3D打印技术,可以将器械的制造时间大大缩短,同时还能够实现个性化定制。
比如,一些患有特殊病症的患者,可能需要特制的器械才能更好地治疗疾病。
而通过3D打印技术,医生可以根据患者的具体情况,定制出适合其使用的器械。
这不仅提高了治疗效果,还减轻了患者的痛苦。
其次,3D打印技术在人体器官再生领域具有巨大的潜力。
目前,器官移植是治疗许多疾病的有效手段,但由于器官的稀缺性和排斥反应等问题,许多患者难以获得合适的器官。
而通过3D打印技术,可以根据患者的身体数据,将人工合成的细胞和组织打印成器官。
这种方法不仅能够解决器官移植的短缺问题,还可以避免排斥反应的发生。
虽然目前还处于实验阶段,但相信随着技术的不断进步,人体器官再生将成为医疗行业的一项重要突破。
此外,3D打印技术还在医疗模型制造方面有着广泛的应用。
在医疗诊断和手术规划中,医生通常需要依靠2D的影像来进行判断。
然而,这种方法往往无法提供足够的信息,尤其对于复杂的病例来说。
而通过3D打印技术,医生可以将患者的影像数据转化为真实的3D模型,以便更好地理解病情和制定治疗方案。
这种模型不仅可以提供更多的细节和深度,还可以用于医学教育和培训,提高医生的诊断和治疗水平。
然而,尽管3D打印技术在医疗行业具有巨大的潜力,但目前仍存在一些挑战和限制。
首先,3D打印技术的成本较高,限制了其在医疗领域的推广和普及。
其次,由于3D打印技术的应用还相对较新,相关的法律法规和标准体系尚未完善,存在一定的法律和伦理风险。
3D打印技术的发展及产业应用随着科技的不断进步,智能制造技术在全球范围内得到了广泛的关注和应用。
其中,3D打印技术作为一种新型数字制造技术,在推动全球制造业转型升级中起到了越来越重要的作用。
本文将从3D打印技术的背景和原理,到其在各个领域的应用和未来发展进行探讨,重点剖析3D打印技术在产业应用中的深度和广度。
一、3D打印技术的背景和原理3D打印技术的背景可以追溯到20世纪80年代,当时,美国的S.L. Scott博士首创了一项可以依据数字模型直接制造实物的技术,即Stereolithography(简称SLA)技术。
后来,人们通过不断的研究和发展,逐渐形成了基于不同原理的3D打印(Additive Manufacturing, AM)技术,包括熔融层积(Fused Deposition Modeling,FDM)、喷墨打印(Inkjet Printing)、粉末烧结(Selective Laser Sintering,SLS)和电子束熔化(Electron Beam Melting,EBM)等多种技术。
3D打印技术的原理比较简单,其基本思想就是先通过计算机建模设计出所需物品的3D文件,然后将这个文件输入到3D打印机中,最终可实现三维物品的直接制造。
在具体的制造过程中,3D打印机会将所需的材料分层叠加,层层堆积,最终形成所需的三维物品。
相比传统的制造工艺,3D打印技术具有制造过程简单、成本较低、生产效率高等优势,极大地满足了物品个性化、小批量生产等现代化需求。
二、3D打印技术的产业应用1、医疗领域在医疗领域,3D打印技术被广泛用于口腔种植、骨科治疗、心脏手术等多个领域。
通过3D打印技术可以根据患者实际情况制作出精确的医疗器械,解决了传统手工制作过程中不可避免的误差问题。
同时,3D打印技术也可以打印出相应的器官模型,帮助医生更好地进行手术操作,极大地提高了手术的安全性和成功率。
2、汽车领域在汽车领域,3D打印技术被广泛用于汽车零部件制造、汽车模型制造等多个方面。
2023年3D产业行业市场发展现状3D产业是近年来不断发展壮大的一个行业,其在制造、医疗、教育、建筑等领域具有广泛的应用前景。
随着人们对于个性化、定制化和数字化生产的需求不断增强,3D产业也得到了越来越多的关注和推广。
下面将从市场规模、应用领域和发展趋势三个方面进行分析。
一、市场规模近年来,随着3D打印技术的不断成熟和流行,3D产业市场规模一直处于高速增长阶段。
据统计数据显示,2019年全球3D打印市场规模达到了100亿美元,预计到2025年将超过220亿美元。
国内3D产业市场也在不断扩大,据市场研究机构预测,到2023年,国内3D打印市场规模将达到240亿人民币。
二、应用领域1. 制造业在制造业领域,3D打印技术可以实现零部件和模型的快速制造,大幅度缩短生产周期和降低成本。
目前,航空航天、汽车、机械制造等领域已成为3D产业的应用主要场景。
例如,美国通用电气公司使用3D打印技术生产燃气轮机部件,每个轮机部件的生产周期从原来的6个月缩短到了3个月,并且降低了生产成本。
2. 医疗领域在医疗领域,3D打印技术可以制造植入物、义肢、人体器官等医疗器械和器官。
例如,国内多家医疗机构已经开始使用3D打印技术制造人工关节、牙齿和内耳等医疗器械和器官,为患者的医疗治疗提供了有效的解决方案。
3. 教育领域在教育领域,3D打印技术可以帮助学生更好地理解物体的结构和形态,提高其制造、设计能力以及动手能力等。
目前,全国多所高校已经将3D打印技术纳入到教学过程中,如清华大学、北京大学、复旦大学等。
4. 建筑领域在建筑领域,3D打印技术可以制造大型建筑构件,减少建筑过程中人力、材料的浪费,并且可以定制特殊形状的建筑构件。
例如,上海建工集团采用3D打印技术制造了全球首个3D打印钢筋混凝土跨海大桥塔式钢结构,极大地提高了建筑施工的效率和精度。
三、发展趋势1. 加速产业升级目前,中国3D产业主要处于技术引进和产业跟进阶段,需要加快技术创新和产业升级。
3d打印技术调研报告3D打印(3Dprinting)技术又称三维打印技术,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。
关于3d打印技术的调研报告要怎么写呢?下面是店铺给大家带来的3d打印技术调研报告,欢迎阅读!3d打印技术调研报告篇1“3d打印”技术是一项具有工业革命意义的高新制造技术,代表了世界制造业发展的新趋势,对于加快先进制造业发展、推进两化深度融合、促进工业转型升级具有重要的引领作用。
为摸清我市“3d打印”技术及产业发展应用情况,加快推进“3d打印”技术推广应用,市经济和信息化委进行了专项调研,现将有关情况汇报如下:一、“3d打印”技术的基本原理及发展前景(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。
“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。
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。
我国3D打印机的市场发展情况,3D打印机报告3D打印已经成为一种潮流,并开始广泛应用在设计领域,尤其是工业设计,数码产品开模等,可以在数小时内完成一个模具的打印,节约了很多产品从开发到投入市场的时间。
3D打印机可以用各种原料打印三维模型,使用3D辅助设计软件,工程师设计出一个模型或原型之后,无论设计的是一所房子还是人工心脏瓣膜,之后通过相关公司生产的3D打印机进行打印,打印的原料可以是有机或者无机的的材料,例如橡胶、塑料,不同的打印机厂商所提供的打印材质不同。
3D打印机,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。
过去其常在模具制造、工业设计等领域被用于制造模型,现正逐渐用于一些产品的直接制造。
特别是一些高价值应用(比如髋关节或牙齿,或一些飞机零部件)已经有使用这种技术打印而成的零部件。
“三维打印”意味着这项技术的普及。
3D打印通常是采用数字技术材料打印机来实现。
这种打印机的产量以及销量在二十一世纪以来就已经得到了极大的增长,其价格也正逐年下降。
该技术珠宝,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,土木工程以及其他领域都有所应用。
随着汽车、航空航天、工业和医疗保健等领域市场需求的增加,全球3D打印机的销售额将从2011年的17亿美元增长至2017年的50亿美元。
消费品和电子领域是3D印刷企业最大的市场,其市场份额约为20.3%;紧随其后的是机动车(19.5%)、医疗和牙科(15.1%)领域。
目前比较知名的3D打印机制造商有瑞连、3D系统、伊登普雷里、斯特塔西、帕罗奥多、惠普和奥托美克等。
目前国内3D打印在材料、设备和应用上仍有难题,成本较高,多用于实验,规模化应用尚需时日,目前我国3D打印主要应用于产品设计、快速模具制造、铸造、医学等制造领域,其中消费电子、汽车、医疗分别占20.3%、19.5%和15.1%。
3D打印技术研究现状和关键技术一、本文概述随着科技的飞速发展,3D打印技术作为一种新兴制造技术,正逐渐改变着我们的生产和生活方式。
本文旨在全面梳理3D打印技术的研究现状,深入探讨其关键技术,以期为相关领域的科研工作者和从业人员提供有价值的参考。
本文将对3D打印技术的基本概念、发展历程和应用领域进行简要介绍,帮助读者快速了解这一技术的全貌。
随后,我们将重点分析当前3D打印技术的研究现状,包括各种主流3D打印技术的优缺点、应用领域及发展趋势等。
在此基础上,我们将进一步探讨3D打印技术的关键技术,如材料科学、打印工艺、数据处理与优化等,并深入剖析这些技术在推动3D打印行业发展中的重要作用。
本文还将关注3D打印技术在实际应用中所面临的挑战与问题,如成本、效率、精度、环保等,并探讨解决这些问题的可能途径。
我们将对3D打印技术的未来发展进行展望,以期为读者提供一个清晰的技术发展蓝图。
通过本文的阐述,我们希望能够为关注3D打印技术的读者提供一个全面、深入的了解,为相关领域的研究和实践提供有益的启示和借鉴。
二、3D打印技术研究现状3D打印技术自诞生以来,已经经历了数十年的发展,其在各个领域的应用越来越广泛。
目前,全球范围内的研究者们正致力于推动3D 打印技术的进步,不仅在材料、设备、工艺等方面取得了显著的突破,还在生物医疗、航空航天、汽车制造等领域实现了深度的融合与应用。
在材料研究方面,3D打印所使用的材料已经从最初的塑料拓展到了金属、陶瓷、生物材料等多元化领域。
新型材料的研发使得3D打印产品的性能得到了极大的提升,不仅提高了打印的精度,还扩大了3D打印技术的应用范围。
在设备研发方面,3D打印机的精度、速度、稳定性等性能得到了持续优化。
同时,随着桌面级3D打印机的普及,越来越多的个人和企业能够接触到3D打印技术,推动了3D打印技术的普及和应用。
在工艺研究方面,研究者们不断探索新的打印工艺,如光固化、熔融沉积、粉末烧结等,以满足不同材料和打印需求。
2023年3D产业行业市场环境分析3D产业是指基于三维技术实现的,包括3D打印、3D成像、虚拟现实、增强现实等相关技术的应用。
当前,随着科技的不断发展和人们消费需求的升级,3D产业也逐渐成为了一个充满机遇、发展前景广阔的行业。
本文将对3D产业行业的市场环境进行分析。
一、政策环境政策环境对于3D产业的发展非常重要。
2015年《中国制造2025》发布,3D打印作为一项重要的战略性新兴产业被纳入其中。
2016年颁布的《中国制造2025》实施方案中明确提出:加快培育3D打印等新型制造业,大力推进制造业智能化和信息化等方面的创新发展。
同时,2017年出台的《国家中长期科技发展规划纲要(2006-2020年)》中也提到了“推动3D打印等新型产业化”一项。
这些政策的出台,为3D产业的发展提供了有力的政策支持。
二、市场规模随着技术的不断进步,3D产业的市场规模也在逐年扩大。
2019 年,3D 打印全球市场规模预计达到 111 亿美元,预计到 2025 年将达到 559 亿美元;而国内市场规模也在逐年扩大,2019 年 3D 打印市场规模达到104 亿元,预计到 2023 年,3D 打印市场规模将达到 252 亿元。
三、竞争格局目前,3D产业的竞争格局依然以国外企业占据主导地位。
国际上,像Stratasys 和 3D Systems 等企业已经成为了全球性的3D打印领军企业。
而在国内市场中,3D产业的入门门槛相对较低,行业内涌现了一些中小型厂商,如银河3D、光磊3D等,行业竞争中占有一席之地。
四、发展趋势未来,3D产业将呈现以下几个发展趋势:1. 3D技术向多领域的深度渗透。
3D技术将应用于医疗领域、建筑领域、文化艺术领域等,拓展产业应用场景。
2. 材料研发方向不断拓展。
3D产业的材料开发至关重要,新型材料的研发将成为未来一段时间内重点研究方向。
3. 智能化生产模式将逐渐推广。
智能化生产模式结合3D技术的应用,将会带来新一轮的产业变革。
3D打印行业深度研究2014-06-24股权投资论坛资料来源:海通证券研究6月16日投资要点根据2013版的Wohlers显示,2013年全球3D打印市场规模约40亿美元,相比2012年几乎翻了一番。
其大体分布概况是欧洲约10亿美元,美国约15亿美元,中国所占份额约3亿美元。
而据Wohlers和研兄机构Gartner统计,预计2017年3D打印设备销售额将达到将近50-60亿美元,整个市场将维持近20%增长率。
当前3D打印领域主要业务包括:设备制造、打印材料和打印服务。
据此,我们将目前市场上的厂商分为以下3类:设备制造商、材料提供商和打印服务商。
目前3D打印成本较高,主要由于设备成本和材料成本处于较高水平。
以金属3D 打印为例,根据匡算,在总的成本构成中,设备成本占到总制造成本的约3/4,耗材成本以及后期处理成本分别占比为11%和7%。
上游环节:根据Wohlers Associates统计显示,2012工业级3D打印设备中,销售额前三位分别为光固化31%,FDM材料挤出22%,粉末尿熔化21%。
而服务商最想购买的设备来看,以金属粉末作为主要耗材的粉末床熔化设备的需求量超过了整体的一半以上。
金属材料将成为工业发展的趋势,而粉末制备是3D 打印非常重要的一个技术难度,直接影响3D打印技术进步的快慢。
中游设备:兵马未动,根草先行。
我们认为随着3D打印行业的兴起,设备厂商作为早周期部分将显著受益。
中游设备大致分为高端和低端两类,大多数中小企业的产品集中在门槛较低的基于塑料热熔融技术的低端设备,缺乏投资价值。
在较高端的基于激光熔覆技术的高端设备方面,某些具有核心技术和应用市场拓展能力的企业具备一定投资价值。
下游服务:在工业领域中,3D打印可能会率先在军工、核电等价格不敏感型领域率先推广和应用,主要针对大型、小批量、非标准件产品,尤其在试制阶段的经常进行修改的产品。
此外,从量化角度看,鉴于海内外股市大环境的不同,海外和国内的3D概念股的走势也十分迥异,总体的相关性不高,相关系数不到0.1,不过分年来看,2014年以来,海内外3D打印概念股的联动性明显增强,相关系数超过0.2。
个股方面,2014年初至今,金运激光、高乐股份、新北洋、光韵达、南风股份和深圳惠程受海外3D打印指数的带动最为明显,相关系数都超过0.2,且在统计上显著。
国内3D概念股与海外概念股之间的联动性,在别除掉时差因素后基本同步,不存在明显的更长期的领先滞后关系。
不确定性分析:3D打印虽然已经发展了近30年,但A股市场的投资潮也是近3年才兴起。
因此产学结合以及下游需求的培育情况均成为投资的风险点。
一、3D打印:第三次工业革命的标志性生产工具3D打印技术是指由计算机辅助设计模型(CAD)直接驱动的,运用金属、塑料、陶瓷、树脂、蜡、纸、砂等材料,在快速成形设备里分层制造任何复杂形状的物理买体的技术。
基本流程是,先用计算机软件设计三维模型,然后把三维数字模型离散为面、线和点,再通过3D打印设备分层堆积,最后变成一个三维的买物。
传统制造技术是“减材制造技术”,3D打印则是“增材制造技术”,具有制造成本低、生产周期短等明显优势,被誉为“第三次工业革命最具标志性的生产工具”。
3D打印将多维制造变成简单的由下而上的二维叠加,从而大大降低了设计与制造的复杂度。
同时,3D打印还可以制造传统方式无法加工的奇异结构,尤其适合动力设备、航空航天、汽车等高端产品上的关键零部件的制造。
上一轮的工业革命中,制造业主要通过批量化的流水线制造和集约生产来降低生产成本,买现规模效益。
原来是制造商和消费者分离,现在是制造商和消费者合为一体,开展自工业化。
3D打印将引发真正意义上的制造业革命,产业组织形态和供应链模式都将被重新构建,带来无穷的创新空间。
(一)3D打印仍处于前沿科学根据2012年Gartner技术成熟曲线显示,目前3D打印技术处于“过高期望的峰值”Peak of Inflated Expectations:在此阶段的特征就是早期公众过分关注。
回顾过去10年,2000年3D打印出现一轮高潮,当时的概念为“快速成型”,全国很多地方都建立相应的生产力促进中心,主要购买光固化设备。
但是后来受到CNC技术(数控加工,是数字化加工的一种,属于去除加工的形式)的党争,很多快速成型的工艺,CNC也能做,且快速成型生产的产品在精度和效率方面都高于3D打印;之后3D打印在工业上慢慢姜缩。
当然,过去10年3D打印技术也在发展,目前已经达到与铸造精度相媲美的技术水平,但与一般的工业应用仍有距离。
目前,3D打印是作为CNC技术的一个补充。
目前3D打印仍待解决的问题包括:1)材料,开发专用材料的成本大。
2)行业标准待建立。
3)涉及到法律法规及伦理领域的问题。
(二)欧美发展:应用广泛3D打印技术诞生于上世纪80年代的美国,此后马上出现第一波小高潮,美国很快涌现出多家3D打印公司:1984年,CharlesHull开始研发3D打印技术,1986年,他自立门户,创办了世界上第一家3D打印技术公司(3D Systems公司也是目前3D市场领军者之一),同年发布了第一款商用3D打印机。
1988年,Scott Crump发明了FDM(热熔挤韦,}成型)技术,并于1989年成立了现在的另一家3D打印上市公司Stratasys ( NASDAO:SSYS,该公司在1992年卖出了第一台商用3D打印机。
到了21世纪初,3D打印沉寂下来,许多人开始质疑这种技术的可靠性,当时只能做一些塑料模型,强度和精度都不高。
直到2008年,开源3D打印项目【RepRap】发布“Darwin", 3D打印机制造进入新纪元;同年,Objet推出Connex500,让【多材料】3D打印成为可能。
在欧美3D打印技术已经广泛应用。
目前限制金属材料发展的主要的问题是其成形制造效率不高,每个小时大约只有100-3000克。
(三)国内发展:设备多集中在教育领域中国从1991年开始研兄3D打印技术,当时的名称叫快速原型技术(Rapid Prototyping,即开发样品之前的买物模型;具体在国际上有几种成熟的工艺,分层买体制造(LOM、立体光刻(SL ),熔融挤压(FDM、激光烧结(SLS)等(后文会将重要技术一一详述),国内也在不断跟踪开发。
2000年前后,这些工艺从买验室研究逐步向工程化、产品化转化。
由于做出来的只是原型,而不是可以使用的产品,而且国内对产品开发也不重视,大多是抄袭,所以快速原型技术在中国工业领域普及得很慢,全国每年仅销售几十台快速原型设备,主要应用于职业技术培训、高校等教育领域。
2000年以后,清华大学、华中科技大学、西安交大等高校继续研究3D打印技术。
西安交大侧重于应用,做一些模具和航空航天的零部件;华中科技大学开发了不同的3D打印设备;清华大学把快速成形技术转移到企业一一殷华(后改为太尔时代)后,把研究重点放在了生物制造领域。
目前国内的3D打印设备和服务企业一共有二十多家,规模都较小。
一类是十年前就开始技术研发和应用,如北京太尔时代、北京隆源、武汉滨湖、陕西恒通等。
这些企业都有自身的核心技术。
另一类是2010年左右成立的,如湖南华曙、先临三维、紫金立德、飞尔康、峰华卓立等。
而华中科技大学、西安交通大学、清华大学等高校和科研机构是重要的3D技术培育基地。
(四)国内外技术差距大从2012年设备数量上看,美国目前各种3D打印设备的数量占全世界40%,而中国只有8%左右。
国内3D打印在过去20年发展比较缓慢,在技术上存在瓶颈。
1)材料的种类和性能受限制,特别是使用金属材料制造还存在问题。
2)成形的效率需要进一步提高。
3)在工艺的尺寸、精度和稳定性上迫切需要加强。
随着美国“再工业化、再制造化”的口号呼喊,3D打印所打造的少劳动力制造将给美国极大的动力去发展。
中国与美国的差距主要表现在:1)产业化进程缓慢,市场需求不足;2)美国3D打印产品的快速制造水平比国内高;3)烧结的材料尤其是金属材料,质量和性能比我们好;4)激光烧结陶瓷粉末、金属粉末的工艺方面还有一定差距;5)国内企业的收入结构单一,主要靠卖3D打印设备,而美国的公司是多元经营,设备、服务和材料基本各占销售收入的1/3。
在全球3D模型制造技术的专利实力榜单上,美国3D Systems公司、日本松下公司和德国EOS 公司遥遥领先。
展望未米,3D打印是以数字化、网络化为基础,以个性化、短流程为特征,实现直接制造、桌边制造和批量定制的新的制造方式。
其生长点表现在:与生物工程的结合,与艺术创造的结合,与消费者直接结合。
目前,在欧美等发达国家,3D打印技术的应用已较为广泛,大到飞行器、赛车,小到服装、手机外壳、甚至是人体组织器官。
尤其在一些交叉学科领域中,3D打印的应用更加明显。
二、3D打印细分工艺:未来主流方向是金属打印根据打印所用材料及生产片层方式的不同,实现方法有以下几种:1)熔化或软化材料产生层。
2)液体材料加工方法。
3)层压板制造(LOM,将纸、聚合物、金属等材料薄层剪裁成一定形状并粘接在一起。
这些3D打印技术由不同公司研发倡导,主要区别在于打印速度、成本、可选材料及色彩能力等。
(一)FDM:最早的3D打印技术FDM技术是由Stratasys公司于1980年中后期发明。
该成型设备采用成卷的塑料丝或金属丝作为材料,工作时将材料供应给挤压喷嘴,喷嘴加热融化材料,并在计算机辅助制造软件的控制以及步进电机或伺服电机的驱动下,沿着水平和垂直方向移动打印,热塑性材料凑够喷嘴挤出,形成层并迅速硬化。
打印完成后,拿掉固定在零件或模型外部的支撑材料即可。
整个成型过程需要恒温环境,熔融状态的丝挤出成型后如果骤然受到冷却,容易造成翘曲和开裂,适当的环境温度最大限度地减小这种造型缺陷,提高成型质量和精度。
由于FDM工艺不用激光,使用、维护简单,成本较低,同时兼具成型材料种类多,成型件强度高、精度较高的特点,使该工艺可以直接制造功能性零件。
目前,FDM技术可以打印的材料包括ABS,聚碳酸醋、PLA,聚苯矾等。
与其他的3D打印技术相比,FDM是唯一使用工业级热塑材料作为成型材料的积层制造方法,打印出的物件具有可耐受高热、腐蚀性化学物质、抗菌和强烈的机械应力等特性,被用于制造概念模型、功能模型,甚至直接制造零部件和生产工具。
FDM技术被Stratasys公司的Dimension, uPrint和Fortus全线产品以及惠普大幅面打印机作为核心技术所采用。
由于其成型材料种类多,成型件强度高、精度高,表面质量好,易于装配、无公害,可在办公室环境下进行等特点,使得该工艺发展极为迅速,目前FDM在全球已安装快速成形系统中的份额大约为30% 。