3d打印

3D打印機（3D Printers）是一位名為恩裡科·迪尼（Enrico Dini）的發明傢設計的一種神奇的打印機，它不僅可以“打印”出一幢完整的建築，甚至可以在航天飛船中給宇航員打印任何所需的物品的形狀。

1發展簡史

發展年表

3D打印思想起源於19世紀末的美國，並在20世紀80年代得以發展和推廣。3D打印是科技融合體模型中最新的高“維度”的體現之一，中國物聯網校企聯盟把它稱作“上上個世紀的思想，上個世紀的技術，這個世紀的市場”。

19世紀末，美國研究出瞭的照相雕塑和地貌成形技術，隨後產生瞭打印技術的3D打印核心製造思想。

20世紀80年代以前，三維打印機數量很少，大多集中在“科學怪人”和電子產品愛好者手中。主要用來打印像珠寶、玩具、工具、廚房用品之類的東西。甚至有汽車專傢打印出瞭汽車零部件，然後根據塑料模型去訂製真正市麵上買到的零部件。

1979年，美國科學傢RF Housholder獲得類似“快速成型”技術的專利，但沒有被商業化。

20世紀80年代已有雛形，其學名為“快速成型”。20世紀80年代中期，SLS被在美國得克薩斯州大學奧斯汀分校的卡爾Deckard博士開發出來並獲得專利，項目由DARPA贊助的。

到20世紀80年代後期，美國科學傢發明瞭一種可打印出三維效果的打印機，並已將其成功推向市場，3D打印技術發展成熟並被廣泛應用。普通打印機能打印一些報告等平麵紙張資料。而這種最新發明的打印機，它不僅使立體物品的造價降低，且激發瞭人們的想象力。未來3D打印機的應用將會更加廣泛。

1995年，麻省理工創造瞭“三維打印”一詞，當時的畢業生Jim Bredt和Tim Anderson修改瞭噴墨打印機方案，變為把約束溶劑擠壓到粉末床的解決方案，而不是把墨水擠壓在紙張上的方案。

2003年以來三維打印機的銷售逐漸擴大，價格也開始下降。

研發產品

傢用3D打印機

德國發佈瞭一款迄今為止最高速的納米級別微型3d打印機——Photonic Professional GT。這款Photonic Professional GT 3D打印機，能製作納米級別的微型結構，以最高的分辨率，快速的打印寬度，打印出不超過人類頭發直徑的三維物體。

最小的3D打印機

世上最小的3D打印機來自維也納技術大學，由其化學研究員和機械工程師研製。這款迷你3D打印機隻有大裝牛奶盒大小，重量約3.3磅(約1.5公斤)，造價1200歐元(約1.1萬元人民幣)。相比於其他的打印技術，這款3D打印機的成本大大降低。研發人員還在對打印機進行材料和技術的進一步實驗，希望能夠早日麵世。

最大的3D打印機

華中科技大學史玉升科研團隊經過十多年努力，實現重大突破，研發出全球最大的“3d打印機”。這一“3D打印機”可加工零件長寬最大尺寸均達到1.2米。從理論上說，隻要長寬尺寸小於1.2米的零件（高度無需限製），都可通過這部機器“打印”出來。這項技術將復雜的零件製造變為簡單的由下至上的二維疊加，大大降低瞭設計與製造的復雜度，讓一些傳統方式無法加工的奇異結構製造變得快捷，一些復雜鑄件的生產由傳統的3個月縮短到10天左右。

大連理工大學參與研發的最大加工尺寸達1.8米的世界最大激光3D打印機進入調試階段，其采用“輪廓線掃描”的獨特技術路線，可以製作大型工業樣件及結構復雜的鑄造模具。這種基於“輪廓失效”的激光三維打印方法已獲得兩項國傢發明專利。該激光3D打印機隻需打印零件每一層的輪廓線，使輪廓線上砂子的覆膜樹脂碳化失效，再按照常規方法在180℃加熱爐內將打印過的砂子加熱固化和後處理剝離，就可以得到原型件或鑄模。這種打印方法的加工時間與零件的表麵積成正比，大大提升打印效率，打印速度可達到一般3D打印的5—15倍。

彩印3D打印機

2013年5月上市瞭這種類型的3D打印機新產品“ProJet x60”系列。ProJet品牌主要有四種造型方法的裝置。其餘三種均是使用光硬化性樹脂的類型，包括用激光硬化光硬化性樹脂液麵的類型、從噴嘴噴出光硬化性樹脂後照射光進行硬化的類型（這種類型的造型材料還可以使用蠟）、向薄膜上的光硬化性樹脂照射經過掩模的光的類型。高端機型ProJet 660Pro和ProJet 860Pro可以使用CMYK（青色、洋紅、黃色、黑色）4種顏色的粘合劑，實現600萬色以上的顏色ProJet 260C和ProJet 460Plus使用CMY三種顏色的粘合劑）。

3D打印機器人

2013年11月23日，西安電子科技大學展出3D打印機器人，這是一臺遠程體感控製服務機器人，最主要的功能是照顧老人。很多老人行動不便，有瞭機器人助手，隻要對著攝影頭做出手勢，機器人就能模仿動作去做傢務。

2技術原理

3D打印機又稱三維打印機，是一種累積製造技術，即快速成形技術的一種機器，它是一種數字模型文件為基礎，運用特殊蠟材、粉末狀金屬或塑料等可粘合材料，通過打印一層層的粘合材料來製造三維的物體。現階段三維打印機被用來製造產品。逐層打印的方式來構造物體的技術。3D打印機的原理是把數據和原料放進3D打印機中，機器會按照程序把產品一層層造出來。

3D打印機堆疊薄層的形式有多種多樣。3D打印機與傳統打印機最大的區別在於它使用的“墨水”是實實在在的原材料，堆疊薄層的形式有多種多樣，可用於打印的介質種類多樣，從繁多的塑料到金屬、陶瓷以及橡膠類物質。有些打印機還能結合不同介質，令打印出來的物體一頭堅硬而另一頭柔軟。

1、有些3D打印機使用“噴墨”的方式。即使用打印機噴頭將一層極薄的液態塑料物質噴塗在鑄模托盤上，此塗層然後被置於紫外線下進行處理。之後鑄模托盤下降極小的距離，以供下一層堆疊上來。

2、還有的使用一種叫做“熔積成型”的技術，整個流程是在噴頭內熔化塑料，然後通過沉積塑料纖維的方式才形成薄層。
　　3、還有一些系統使用一種叫做“激光燒結”的技術，以粉末微粒作為打印介質。粉末微粒被噴撒在鑄模托盤上形成一層極薄的粉末層，熔鑄成指定形狀，然後由噴出的液態粘合劑進行固化。

4、有的則是利用真空中的電子流熔化粉末微粒，當遇到包含孔洞及懸臂這樣的復雜結構時，介質中就需要加入凝膠劑或其他物質以提供支撐或用來占據空間。這部分粉末不會被熔鑄，最後隻需用水或氣流沖洗掉支撐物便可形成孔隙。

3主要特點

3D打印帶來瞭世界性製造業革命，以前是部件設計完全依賴於生產工藝能否實現，而3D打印機的出現，將會顛覆這一生產思路，這使得企業在生產部件的時候不再考慮生產工藝問題，任何復雜形狀的設計均可以通過3D打印機來實現。

3D打印無需機械加工或模具，就能直接從計算機圖形數據中生成任何形狀的物體，從而極大地所縮短瞭產品的生產周期，提高瞭生產率。盡管仍有待完善，但3D打印技術市場潛力巨大，勢必成為未來製造業的眾多突破技術之一。

3D打印使得人們可以在一些電子產品商店購買到這類打印機，工廠也在進行直接銷售。科學傢們表示，三維打印機的使用范圍還很有限，不過在未來的某一天人們一定可以通過3D打印機打印出更實用的物品。

3D打印技術對美國太空總署的太空探索任務來說至關重要，國際空間站現有的三成以上的備用部件都可由這臺3D打印機製造。這臺設備將使用聚合物和其他材料，利用擠壓增量製造技術逐層製造物品。3D打印實驗是美國太空總署未來重點研究項目之一，3D打印零部件和工具將增強太空任務的可靠性和安全性，同時由於不必從地球運輸，可降低太空任務成本。

4操作流程

三維打印通常是采用數字技術材料打印機來實現的，

3d打印機和打印物(19張)

使用3D打印機的流程是：

1、輕點電腦屏幕上的“打印”按鈕，一份數字文件便被傳送到一臺噴墨打印機上，它將一層墨水噴到紙的表麵以形成一副二維圖像。

2、而在3D打印時，軟件通過電腦輔助設計技術（CAD）完成一系列數字切片，並將這些切片的信息傳送到3D打印機上，後者會將連續的薄型層麵堆疊起來，直到一個固態物體成型。

5工作步驟

軟件建模

3D打印機工作步驟是這樣的：

先通過計算機建模軟件建模，如果你有現成的模型也可以，比如動物模型、人物、

實際過程(6張)

或者微縮建築等等。

然後通過SD卡或者USB優盤把它拷貝到3D打印機中，進行打印設置後，打印機就可以把它們打印出來，其工作結構分解圖如下。

3D打印機的工作原理和傳統打印機基本一樣，都是由控製組件、機械組件、打印頭、耗材和介質等架構組成的，打印原理是一樣的。3D打印機主要是在打印前在電腦上設計瞭一個完整的三維立體模型，然後再進行打印輸出。

3D打印與激光成型技術一樣，采用瞭分層加工、疊加成型來完成3D實體打印。每一層的打印過程分為兩步，首先在需要成型的區域噴灑一層特殊膠水，膠水液滴本身很小，且不易擴散。然後是噴灑一層均勻的粉末，粉末遇到膠水會迅速固化黏結，而沒有膠水的區域仍保持松散狀態。這樣在一層膠水一層粉末的交替下，實體模型將會被“打印”成型，打印完畢後隻要掃除松散的粉末即可“刨”出模型，而剩餘粉末還可循環利用。

三維設計

三維打印的設計過程是：先通過計算機建模軟件建模，再將建成的三維模型“分區”成逐層的截麵，即切片，從而指導打印機逐層打印。
　　設計軟件和打印機之間協作的標準文件格式是STL文件格式。一個STL文件使用三角麵來近似模擬物體的表麵。三角麵越小其生成的表麵分辨率越高。PLY是一種通過掃描產生的三維文件的掃描器，其生成的VRML或者WRL文件經常被用作全彩打印的輸入文件。

打印過程

打印機通過讀取文件中的橫截麵信息，用液體狀、粉狀或片狀的材料將這些截麵逐層地打印出來，再將各層截麵以各種方式粘合起來從而製造出一個實體。這種技術的特點在於其幾乎可以造出任何形狀的物品。
　　打印機打出的截麵的厚度（即Z方向）以及平麵方向即X-Y方向的分辨率是以dpi（像素每英寸）或者微米來計算的。一般的厚度為100微米，即0.1毫米，也有部分打印機如Objet Connex 系列還有三維 Systems' ProJet 系列可以打印出16微米薄的一層。而平麵方向則可以打印出跟激光打印機相近的分辨率。打印出來的“墨水滴”的直徑通常為50到100個微米。用傳統方法製造出一個模型通常需要數小時到數天，根據模型的尺寸以及復雜程度而定。而用三維打印的技術則可以將時間縮短為數個小時，當然其是由打印機的性能以及模型的尺寸和復雜程度而定的。
　　傳統的製造技術如註塑法可以以較低的成本大量製造聚合物產品，而三維打印技術則可以以更快，更有彈性以及更低成本的辦法生產數量相對較少的產品。一個桌麵尺寸的三維打印機就可以滿足設計者或概念開發小組製造模型的需要。

製作完成

三維打印機的分辨率對大多數應用來說已經足夠（在彎曲的表麵可能會比較粗糙，像圖像上的鋸齒一樣），要獲得更高分辨率的物品可以通過如下方法：先用當前的三維打印機打出稍大一點的物體，再稍微經過表麵打磨即可得到表麵光滑的“高分辨率”物品。
　　有些技術可以同時使用多種材料進行打印。有些技術在打印的過程中還會用到支撐物，比如在打印出一些有倒掛狀的物體時就需要用到一些易於除去的東西（如可溶的東西）作為支撐物。

6應用領域

3d打印技術可用於珠寶，鞋類，工業設計，建築，工程和施工（AEC），汽車，航空航天，牙科和醫療產業，教育，地理信息系統，土木工程，和許多其他領域。常常在模具製造、工業設計等領域被用於製造模型或者用於一些產品的直接製造，意味著這項技術正在普及。通過3D打印機也可以打印出食物，是3D打印機未來的發展方向。

航天科技

GE中國研發中心的工程師們仍在埋頭研究3D打印技術。

就在這之前，他們剛剛用3D打印機成功“打印”出瞭航空發動機的重要零部件。與傳統製造相比，這一技術將使該零件成本縮減30%、製造周期縮短40%。來不及慶祝這一喜人成果，他們就又匆匆踏上瞭新的征程。鮮為人知的是，他們已經“秘密”研發3D打印技術十年之久瞭。

一位叫Jim Smith的工程師又通過3D打印技術造出瞭世界首艘3D打印皮劃艇，並且成功下水。

這艘“皮劃艇”是他花費瞭42天時間，使用一臺自製大型3D打印機打造的。它身長5米，由28塊彩色ABS塑料組裝而成，每個部件都是由3D打印機製作，然後再用螺栓固定在一起。

製造的過程看似簡單，其實頗費功夫。從開始規劃到製造完成花瞭Smith近6年的時間，下水前的最後調整也花費瞭40天。這艘成品長5.08米，寬0.52米，總重量為29.29公斤，其中ABS部分重26.48公斤，黃銅螺紋部件重0.86公斤，螺栓重2.068公斤，總造價隻有500美元。

3D打印技術已經日趨成熟，未來人們用它來造房子、造汽車，甚至更多東西也不無可能。[1]

音樂行業

打印音樂的3D打印機

為瞭探索3D打印機更多的應用，Rickard Dahlstrand使用Lulzbot 3D打印機創造出獨特的藝術。在2013斯德哥爾摩藝術黑客節上，Lulzbot 3D打印機不僅為參加的藝術傢和黑客們打印出藝術節的LOGO，而且作為一個表演項目，它還一邊播放古典音樂一邊相應地打印出可視化的音樂作品。Lulzbot 3D打印機打印可視化音樂的原理是：該步進電機的運動進行控製可以以不同的速度運行，聲音的音調決定速度，從而音樂控製瞭打印過程。三臺電機分別代表一個音軌，它們使用獨特的模式運動。兩個馬達控製Z軸移動。

醫療行業

骨骼打印

將來外科醫生們或許就將可以在手術中現場利用打印設備打印出各種尺寸的骨骼用於臨床使用。這種神奇的3D打印機已經被製造出來瞭，而用於替代真實人體骨骼的打印材料則正在緊鑼密鼓地測試之中。

在實驗室測試中，這種骨骼替代打印材料已經被證明可以支持人體骨骼細胞在其中生長，並且其有效性也已經在老鼠和兔子身上得到瞭驗證。未來數年內，打印出的質量更好的骨骼替代品或將幫助外科手術醫師進行骨骼損傷的修復，用於牙醫診所，甚至幫助骨質疏松癥患者恢復健康。

3D打印技術迅速興起，成為炙手可熱的新型產業，它可以打印的立體產品種類正迅速增加。為瞭打印骨

3D打印機圖片(20張)

骼材料，博斯和她的同事們使用瞭一臺商業銷售的Prometal 3D打印機進行測試。這種3D打印機最初的設計目的是為瞭打印金屬件。它會逐層噴灑塑料膠粒在一層粉末基底之上並逐層成型。每一層的厚度僅相當於人的頭髮絲寬度的一半。

這種骨骼支架的主要材料成分是磷酸鈣，其中還額外添加瞭矽和鋅以便增強其強度。當它被植入人體內之後可以暫時起到骨骼的支撐作用，並在此過程中幫助正常骨骼細胞生長發育並由此修復之前的損傷，隨後這種材料可以在人體內自然溶解。

科學傢們花費4年時間才找出這種材料的合適配方，其中涉及化學，材料學，生物學和工藝科學的諸多學科。

文物行業

美國德雷塞爾大學的研究人員通過對化石進行3D掃描，利用3D打印技術做出瞭適合研究的3D模型，不但保留瞭原化石所有的外在特征，同時還做瞭比例縮減，更適合研究。

博物館裡常常會用很多復雜的替代品來保護原始作品不受環境或意外事件的傷害，同時復製品也能將藝術或文物的影響傳遞給更多更遠的人。史密森尼博物館就因為原始的托馬斯·傑弗遜要放在弗吉尼亞州展覽，所以博物館用瞭一個巨大的3D打印替代品放在瞭原來雕塑的位置。

建築領域

在建築業裡，工程師和設計師們已經接受瞭用3D打印機打印的建築模型，這種方法快速、成本低、環保，同

合並圖冊(2張)

時製作精美。完全合乎設計者的要求，同時又能節省大量材料。

蘭海牙核安全峰會在2014年3月24日到25日舉行，各國國傢元首皆出席此次峰會，忙裡偷閒各國元首也會參加一些有趣的聚會或活動，如前天晚間習近平主席攜夫人彭麗媛女士參加的荷蘭國王舉行的國宴，與此同時前來與會的美國總統奧巴馬先生卻在DUS公司的3D打印展覽館，參觀全球最大的3D打印建築物。

該3D打印展覽館目前正在利用3D打印技術準備打印全球最大的3D打印房屋，該公司使用名為KamerMaker的3D打印機，高達6米可安置在廢棄集裝箱內。KamerMaker的功能與桌麵3D打印機相似，可在連續層次中擠壓出熱塑料。它還可以用來打印較小物件，比如板凳。[2]

製造業

製造業也需要很多3D打印產品，因為3D打印無論是在成本、速度和精確度上都要比傳統製造好很多。而3D打印技術本身非常適合大規模生產，所以製造業利用3D技術能帶來很多好處，甚至連質量控製都不再是個問題。

比如微軟的3D模型打印車間，在產品設計出來之後，通過3D打印機打印出來模型，能夠讓設計製造部門更好的改良產品，打造出更出色的產品。不是說你的車是3D打印機打印出來的（當然或許有一天這也有可能），而是說汽車行業在進行安全性測試等工作時，會將一些非關鍵部件用3D打印的產品替代，在追求效率的同時降低成本。