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三D打印关键技术专业资料
3D打印技术
3D打印技术，即迅速成型技术一种，它是一种以数字模型文献为基本，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐级打印方式来构造物体技术。
3D打印是一种“自下而上”分层添加材料实现迅速产品制造技术，具备制导致本低、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生产工具”。
一、3D打印基本概念
老式切割加工是运用刀具进行材料切削去除，是一种“自上而下”加工方式。
这种加工方式是从已有零件毛坯开始，逐渐去除材料实现成型，因而受到刀具可以达到空间限制，普通很难制造出复杂三维空间构造。
3D打印技术成型原理与上述老式办法截然不同，采用材料逐级累加办法制造实体零件，相对于老式切割加工技术，该办法是一种“自下而上”制造办法，3D打印实质是增量制造：
“通过增材制造，从零件电子、数字化描述直接到最后产品过程”。
因而3D打印技术具备两个本质特性：
一是数字化模型直接驱动，将产品数字化模型输入3D打印机，就能直接“输出”最后产品，实现迅速制造，不需要制模或锻造；二是基于离散-堆积成型原理逐级材料添加方式，可成型任意复杂空间构造，具备很高柔性。
二、3D打印技术优缺陷。
长处：
①不需要机械加工或任何模具，就能直接从计算机图形数据中生成任何形状零件，从而极大地缩短产品研制周期，提高生产率；②通过摒弃老式生产线，有效减少生产成本，大幅减少材料挥霍；③可以制造出老式生产技术无法制造出外形，让产品设计更加随心所欲；④可以简化生产制造过程，迅速有效又便宜地生产出单个物品，与机器制造出零件相比，打印出来产品重量要轻60%，并且同样结实。
缺陷：
可打印原材料少、打印精度低、速度较慢、打印成本高。
（3D打印原材料：
工程塑料、光敏树脂、橡胶、金属、陶瓷等）
三、3D打印军事应用现状
（1），美国Sciaky公司新型电子束3D打印技术获得重要突破，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战斗机钛、钽、铬镍铁合金等高价值材料高品质零部件，前期检测所有达到规定。
（2）3DSystems公司激光熔融技术获得重要进展，美国空军将在此基本上开发用于打印F-35战斗机和其她武器系统3D打印机。
（3）美国太空制造公司太空3D打印技术成熟度达到6级，具备在太空中模型或样机演示能力，11月获得NASA第二阶段合同，进一步将技术成熟度提高到8级，完毕实际系统并通过实验和验证，最后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能力，向国际空间站运送首台3D打印机。
（4）早在，美国就开始将激光成型钛合金零件装上战机实验。
但由于无法解决制造过程中钛合金变形、断裂等技术难题，美国始终只能生产小尺寸钛合金部件和对钛合金零件表面进行修复。
近年，美国积极开展3D打印技术生产大型钛合金部件研究。
美国军方和军工公司正与3DSystems和Sciaky等3D打印技术公司合伙，推动大尺寸钛合金3D打印技术在战斗机制造上应用。
（5），美国开始使用3D打印技术批量生产喷气发动燃料喷嘴。
在3D打印技术应用于轻型物质制造方面，，美国“固体概念”公司成功制造出世界上首支3D打印金属手枪，可以持续发射50发子弹并保持完好。
（6）维修方面，美国已开始布置基于3D打印技术维修保障装备。
7月和1月，美军布置了两个移动远征实验室，用于装备维修保障。
此移动远征实验室是一种20英尺长原则集装箱，可通过卡车或直升机运送至任何地点，运用3D打印机和计算机数字控制设备将铝、塑料和钢材等原材料加工成所需零部件。
此举可以在战场迅速生成需要零部件，甚至迅速设计和生产急需装备，实现及时精准保障。
此外，美国陆军开发了一种轻质便宜3D打印机，可以放到背包中，用于在战场中迅速、便宜地制造替代零件。
（7）国内激光迅速成型3D打印技术已达到世界领先水平。
北京航空航天大学已掌握使用激光迅速成型技术制造超过12平方米复杂钛合金构件技术，并成功应用于武器装备研制，有关成果“飞机钛合金大型复杂整体构件激光成型技术”获国家技术创造奖一等奖。
西北工业大学掌握了一次打印超过5米长钛金属飞机部件3D打印技术。
（8）国内是世界上唯一掌握钛合金大型主承力构件激光迅速成型制造技术并工程应用国家。
北京航空航天大学和西北大学3D打印技术已成功应用于各种国产航空项目原型机制造。
国内自主研发大型客机C919主风挡窗框、大中央翼根肋，正在设计新型战斗机钛合金主体构造均采用激光迅速成型技术制造。
（9）据报道，歼-10飞机研发用了近时间，而运用3D打印技术后，国内在3年时间内就推出了舰载机歼-15，直接跨入第三代舰载战斗机方阵。
在国内国防科技装备领域，当前，3D打印技术已被全面应用于歼-20隐形战斗机和歼-31第五代战斗机研发中。
有外媒惊呼，3D打印机正在制造空军发展“中华人民共和国速度”。
加快3D打印技术发展与应用是弥补国内当前武器装备设计、制造与维修保障能力局限性，提高研发效率，减少制导致本，提高维修保障时效性与精度有效途径。
国内3D打印技术在钛合金大型复杂整体构件激光成型等方向居于世界领先地位，但整体水平仍有很大提高空间。
应着眼武器装备长远发展，统筹规划，汇聚各方面力量推动3D打印技术发展与应用，为实现“能打仗、打胜仗”目的提供技术支撑。
一是将3D打印技术作为国内制造业升级核心，军民融合、整合资源，集全国之力进行发展；二是针对当前存在问题，加强材料技术3D打印核心核心技术研究，变化国内核心核心设备受制于人状况；三是积极摸索3D打印技术在武器装备建设中应用，以应用牵引技术发展方向与重点。
四、3D打印技术实际应用
（一）开源3D打印枪支例子
美国得克萨斯大学法律系大二学生和一群自称分布式防御组织成员朋友发起了一种项目，称为“维基武器项目”：
设计出全球第一款可从网络下载蓝图枪械，并可以完全运用RepRap这样开源3D打印机制造出来，然后将之与世界共享。
7月，运用3D打印机制造下机匣组装在一把实用AR-15步枪上，试射了200发子弹，而下机匣部件未见任何磨损。
下机匣特别引起争议，由于法律上认定它是枪械主体部件，其销售及分销是受到管制。
有了通过3D打印机制造下机匣，枪械兴趣者将能购买其她不受法律管制部件并进行组装。
12月，对3D打印机出产AR-15步枪进行了测试，在刚开始测试射击中没有任何质量问题，但在第六次射击时，枪支三处涌现分裂。
美国得克萨斯州奥斯汀，科迪﹒威尔逊（法律系25岁学生）演示一支3D打印手枪，可发射一枚子弹。
除击针为金属，枪支所有部件为塑料。
开源打印枪支使得恐怖主义和社会安全问题变得更为复杂，也许导致枪支泛滥，在政界和民间引起忧虑，因而美国国会众议员史蒂夫﹒伊期雷尔近来呼吁禁止制造3D打印枪。
此外，美国得州“固体概念”3D打印公司设计制造世界第一把3D打印金属手枪，有30个零件，已经成功射出了50发子弹。
该公司打印手枪目不是真为制造手枪，而是要显示3D打印技术在强度和精度方面技术进步。
（二）3D打印无人飞行器例子
3D打印技术以其迅速成型特点在产品开发与优化方面具备明显优势。
英国南安普顿大学设计和试飞了世界上第一架打印飞机，采用EOSINTP730尼龙激光烧结打印机。
由英国利兹大学学生设计翼展1.5m无人机在航展亮相，通过3D打印技术优化构造和空气动力学性能，而用其她办法就很难并且代价昂贵。
美国空军也正在应用3D打印机制造无人飞行器。
（三）3D打印隐身斗蓬例子
DARPA资助麻省理工学院3D打印项目之一是梯度折射率透镜（石英）3D打印。
梯度折射率光学折射率呈梯度变化，其中折射率沿轴向变化梯度折射率透镜用于消像差；折射率沿径向变化梯度折射率光纤可以减少色散，用于提高传播信号速率或通信容量。
梯度折射率光学已经成为光学新分支。
隐身斗篷就是采用梯度折射率材料实现，使入射光线在物体周边偏转并绕开实现隐身目，是当前光学领域一种热点，在国际光学权威期刊上多次有关论文。
实现负折射率唯一也许是通过超材料----一种人工材料，之因此具备特殊光或声波性能，不是由于其成分，而是由于其特殊构造，可用3D打印。
（四）3D打印弹头例子
洛克希德马丁申请打印弹头专利，通过逐级添加熔融材料制造弹头构造，高能密度技术可以是激光、电子束、等离子体等，与高冷却速率结合制作均匀微构造，给料可以是丝状或粉末，添加过程中可变材料类型。
（五）3D扫描士兵制作修复假肢例子
这也是美军筹划一种项目，在士兵投入战场之前对其进行三维扫描，用于3D打印符合士兵个人特性修复假肢，以备服役期间伤残治疗之需。
（六）3D打印飞机零件例子
飞机框架老式造工艺需要万吨级重型锻造装备、系列大型锻造模具等。
老式制造工艺材料加工量大，运用率低，加工周期长，成本高。
（七）医学辅助迅速原型制造
例如，某患者颅底肿瘤位置深，肿瘤与颈内动脉、视神经、垂体柄等周边重要构造关系复杂，手术难度十分大。
湘雅医院神经外科，根据患者CT和MRI（核磁共振）图像建立实际模型，用3D技术打印颅内复杂肿瘤原型，让医生在手术前充分理解脑内肿瘤部位周边组织毗邻关系，在完整切除肿瘤同步最大限度地保护肿瘤周边正常组织，减少了并发症和后遗症发生率。
1月4日，手术成功。
（八）人体骨骼迅速制造
，生物打印技术创造者之一，曼彻斯特大学专家BrianDerby在《科学》杂志上刊登了综述，阐述了用打印技术生产细胞和组织构造新进展，以及该技术用于再生医学前景。
Derby专家简介了运用3D生物打印实验，制造多孔构造骨骼“脚手架”用于生长细胞，之后植入人体。
这种“脚手架”包括数千微孔，其中注入造骨细胞。
造骨细胞哺育生长同步，“脚手架”生物分解消失。
当前世界各地都在对这一技术进行临床实验。
另一种成功应用是制造钛合金骨骼支架，如3D打印下颚，又如瑞典一种女孩通过3D打印髋骨移植，挣脱了轮椅。
（九）生物活体器官重造
生物打印（Bioprinting）是用计算机辅助转移工艺制造和装配活性与非活性材料成为给定二维或三维组织，以生成生物工程构造，可用于再生药物、药理学和基本细胞生物学研究。
3Ｄ生物打印技术运用类似喷墨打印机技术，直接生成三维生物组织，3D生物打印机有两个打印头，一种放置最多达8万个人体细胞，被称为“生物墨”，另一种可打印“生物纸”所谓生物纸其实重要成分为水凝胶，可用作细胞生物支架3D生物打印机使用来自患者自己身体细胞，因此不会产生排异反映。
生物打印机与普通3D打印机不同之处在于，它不是运用一层层塑料，而是运用一层层生物构造块，去制造真正活体组织。
五、某些领域3D打印发展趋势
（一）工业3D打印
1、在生产流程和生产工艺环节对老式老式制造业全面渗入和覆盖，特别是在锻造、模具行业广泛应用。
2、稳定性、精密度将会大幅提高，材料可以全面突破，成本大幅减少、打印速度将明显提高。
（二）生物3D打印
1、将不再局限打印牙齿、骨骼修复等方面，打印某些人器官将成为常态。
2、整体应用推广将取决于各个国家政策支持限度。
3、复杂细胞组织和器官打印尚有诸多技术难题需要突破。
（三）军事3D打印
1、将实现武器装备半成品制造、现场塑造和布置，依照周边环境和作战目的，优化调节设计参数，实现环境自适应，大大提高武器装备环境适应能力、伪装效果和作战效能。
2、小批量制导致本低、速度快，明显减少武器装备特别是复杂武器装备制造风险、缩短研发周期。
3、具备迅速制造不同零部件能力，可有效提高武器装备维修保障实时性、精准性。
六、3D打印世界之最
世界最大3D打印机：
图中这套巨无霸设备名为“bigdelta”，它高达12米，是专门为进行大型物体3D打印而建造大型3D打印机。
世界最小3D打印机：
这款全球最小3D打印机名为XEOS，由德国工业设计师StefanReichert打造，它长、宽、高分别为47cm、25cm、43cm，是当前世界上体积最小3D打印机。
世界首款3D打印跑车：
来自美国旧金山DivergentMicrofactories（DM）公司推出了世界上首款3D打印超级跑车“刀锋（Blade）”。
整车质量仅为1400磅（约合0.64吨），从静止加速到每小时60英里（96公里）仅用时两秒，轻松跻身顶尖超跑行列。
世界首架3D打印飞机：
“SULSA”是一架使用3D打印机制造小型无人驾驶飞机，翼展2米，最高时速可达100英里，还配备有微型自动驾驶系统，可用于巡航。
这是世界上第一架“3D打印”飞机，日前已试飞成功。
世界最小3D打印魔方：
这款微型3D打印魔方来自俄罗斯艺术家格里高列夫之手，堪称世界上最小魔方，这个魔方边长只有1厘米，打破了原为1.2厘米世界纪录。
世界首款3D打印汽车：
Urbee2是世界上首款完全使用3D打印技术制造汽车，该车配备三个车轮，动力为7马力（5kW），采用后轮驱动，电力驱动模式下Urbee2行驶里程可以达到64公里。
全球首座3D打印桥梁：
由MX3D公司负责开发和设计、由Heijmans完毕全球首座3D打印桥梁坐落在在荷兰阿姆斯特丹运河上，这座桥梁将通过3D打印机器人来完毕，并且由运河一端慢慢向另一端完毕，而并不像老式建桥方式那样两端同步进行。
世界首座3D打印办公楼：
据俄罗斯今日电台网站6月30日报道，迪拜宣布将建造世界上首座3D打印办公楼。
筹划建造3D打印办公楼为单层建筑，占地面积约为平方英尺（约185平方米）。
它将被20英尺（约合6米）高打印机层层打印出来，办公楼内部也是由3D打印而成。
世界首辆3D打印摩托车：
在今年加州RAPID展会上，浮现了全球首辆全功能3D打印摩托车。
除了发动机、各种电子器件、传送带、制动系统及某些螺栓之外，这辆摩托车其他某些所有都是用ABS塑料打印而成，并且它可以承载两位成人骑手重量。
世界最小3D打印电钻：
来自新西兰技术宅LanceAbernethy做了一种全世界最小电钻，核心是这个电钻是能用。
整个电钻内部构造工作原理和普通电钻一模同样，唯一不同是这个电钻钻孔是毫米级。
世界最大3D打印建筑构造：
北京国际设计周，来自北京市侨福芳草地展区中庭空间VULCAN，成为世界最大建筑学意义上三维打印构筑物，获吉尼斯世界纪录。
世界首台3D打印空调：
近日，海尔集团在上海举办世界家电博览会上展示了一款3D打印出来空调。
海尔宣称，这是世界上首款3D打印空调机。
这款空调采用了可定制3D打印部件，可以让消费者实现功能和装饰上完美协调。
该产品售价6395美元，至于产品上市日期和定价等细节，海尔暂时还没有透露。
全球首款3D打印金属手枪：
美国一家公司制造了全球首款3D金属手枪，并且已经成功发射了50发子弹，手枪设计出自典型1911式手枪，这是全球首支运用3D技术打印出来金属枪。
世界首支3D打印步枪：
枪械发热友“HaveBlue”于在其博客中发布了其3D打印步枪（A.22步枪）文档阐明书（通过AR15论坛），文档中详细阐明了打印经历和测试成果，成为首个成功打印出3D步枪并试枪成功例子。
全球首个3打印酒店：
菲律宾一家名为LewisGrandHotel（刘易斯大酒店）四星级酒店宣称要3D打印世界上第一种商业建筑——别墅式酒店。
里面管道、家具、卫浴等生活设施也都是3D打印，据说这是世界上首个3D打印酒店式别墅。
当前这个项目没有竣工，其3D打印机仍处在工作状态。
世界首枚3D打印火箭：
新西兰一家名为RocketLab私人航天公司开发出了世界上第一种3D打印电池动力火箭Electron！
堪称人类火箭技术发展史上一大进步，其搭乘Rutherford发动机重要部件几乎都是3D打印制造。
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