科普 | 你的生活正在被3D打印技術(shù)包圍，但你知道3D打印是什么嗎？

聊聊 - 3D打印技術(shù)

“中國制造2025”提出通過三個(gè)十年的“三步走”戰(zhàn)略，使中國制造綜合實(shí)力進(jìn)入世界強(qiáng)國前列。近三十年來，3D打?。ㄔ霾闹圃欤┘夹g(shù)是歐美日等高端工業(yè)產(chǎn)品開發(fā)、試制、定型的重要支撐技術(shù)，也是中國制造業(yè)創(chuàng)新、重點(diǎn)行業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的重大共性需求技術(shù)。

新的增材原理、新材料的研發(fā)、設(shè)備創(chuàng)新、標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)、工程應(yīng)用，必然引起各國“產(chǎn)學(xué)研投”界的高度關(guān)注。

圖片源于網(wǎng)絡(luò)

3D打印是一種采用數(shù)字驅(qū)動(dòng)方式將材料逐層堆積成形的先進(jìn)制造技術(shù)。它將傳統(tǒng)的多維制造降為二維制造，突破了傳統(tǒng)制造方法的約束和限制，能將不同材料自由制造成空心結(jié)構(gòu)、多孔結(jié)構(gòu)、網(wǎng)格結(jié)構(gòu)及功能梯度結(jié)構(gòu)等，從根本上改變了設(shè)計(jì)思路，即將面向工藝制造的傳統(tǒng)設(shè)計(jì)變?yōu)槊嫦蛐阅茏顑?yōu)的設(shè)計(jì)。

3D打印突破了傳統(tǒng)制造技術(shù)對(duì)零部件材料、形狀、尺度、功能等的制約，幾乎可制造任意復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，可覆蓋全彩色、異質(zhì)、功能梯度材料，可跨越宏觀、介觀、微觀、原子等多尺度，可整體成形甚至取消裝配。

圖片源于網(wǎng)絡(luò)

3D打印是一項(xiàng)集機(jī)械、計(jì)算機(jī)、數(shù)控、材料等多學(xué)科于一體的，新的數(shù)字化先進(jìn)制造技術(shù)，應(yīng)用該技術(shù)可以成形任意復(fù)雜結(jié)構(gòu)。

其制造材料涵蓋了金屬、非金屬、陶瓷、復(fù)合材料和超材料等，并正在從3D打印向4D、5D打印方向發(fā)展，尺度上已實(shí)現(xiàn)8 m構(gòu)件制造并向微納制造發(fā)展，制造地點(diǎn)也由地表制造向星際、太空制造發(fā)展。

這些進(jìn)展促進(jìn)了現(xiàn)代設(shè)計(jì)理念的變革，而智能技術(shù)的融入又會(huì)促成新的發(fā)展。3D打印應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛，在航空、航天、航海、潛海、交通裝備、生物醫(yī)療、康復(fù)產(chǎn)業(yè)、文化創(chuàng)意、創(chuàng)新教育等領(lǐng)域都有非常誘人的前景。

圖片源于網(wǎng)絡(luò)

中國高度重視3D打印技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，通過國家基金項(xiàng)目、攻關(guān)項(xiàng)目、研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目支持3D打印技術(shù)的研發(fā)推廣，經(jīng)過二十多年培養(yǎng)了一批老中青結(jié)合、具有國際化視野的科研人才，國際合作廣泛深入，國際交流碩果累累。

作為“中國制造2025”的發(fā)展重點(diǎn)，3D打印在近幾年取得了蓬勃發(fā)展，圍繞重大需求形成了不同行業(yè)的示范應(yīng)用。通過政策引導(dǎo)，在社會(huì)各界共同努力下，3D打印關(guān)鍵技術(shù)不斷突破，裝備性能顯著提升，應(yīng)用領(lǐng)域日益拓展，技術(shù)生態(tài)和產(chǎn)業(yè)體系初步形成；涌現(xiàn)出一批具有一定競(jìng)爭(zhēng)力的骨干企業(yè)，形成了若干產(chǎn)業(yè)集聚區(qū)，整個(gè)產(chǎn)業(yè)呈現(xiàn)快速發(fā)展局面。

華中科技大學(xué)出版社緊跟時(shí)代潮流，瞄準(zhǔn)3D打印科學(xué)技術(shù)前沿，組織策劃了本套“3D打印前沿技術(shù)叢書”，并且，其中多部將與愛思唯爾（Elsevier）出版社一起，向全球聯(lián)合出版發(fā)行英文版。本套叢書內(nèi)容聚焦前沿、關(guān)注應(yīng)用、涉獵廣泛，不同領(lǐng)域?qū)＜?、學(xué)者從不同視野展示學(xué)術(shù)觀點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了多學(xué)科交叉融合。

本套叢書采用開放選題模式，聚焦3D打印技術(shù)前沿及其應(yīng)用的多個(gè)領(lǐng)域，如航空航天、工藝裝備、生物醫(yī)療、創(chuàng)新設(shè)計(jì)等領(lǐng)域。本套叢書不僅可以成為我國有關(guān)領(lǐng)域?qū)＜?、學(xué)者學(xué)術(shù)交流與合作的平臺(tái)，也是我國科技人員展示研究成果的國際平臺(tái)。

3D打印正在各行業(yè)中發(fā)揮作用，極大地拓展了產(chǎn)品的創(chuàng)意與創(chuàng)新空間，優(yōu)化了產(chǎn)品的性能；大幅降低了產(chǎn)品的研發(fā)成本，縮短了研發(fā)周期，極大地增強(qiáng)了工藝實(shí)現(xiàn)能力。因此，3D打印未來將對(duì)各行業(yè)產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。為此，“中國制造2025”、德國“工業(yè)4.0”、美國“增材制造路線圖”，以及“歐洲增材制造戰(zhàn)略”等都視3D打印為未來制造業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略的核心。

《光固化3D打印技術(shù)》

王永信，宗學(xué)文 編著

內(nèi)容簡(jiǎn)介：

本書介紹了光固化3D打印基本原理和前沿技術(shù)，在常見工藝特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，分析其成功應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)環(huán)節(jié)；以點(diǎn)掃描累加設(shè)備為例，詳細(xì)介紹了3D打印設(shè)備的開發(fā)基礎(chǔ)，分析了激光掃描系統(tǒng)、增材裝置、涂鋪系統(tǒng)、液位控制系統(tǒng)（發(fā)明專利技術(shù)）、樹脂加熱系統(tǒng)等功能模塊的設(shè)計(jì)要求，以及聯(lián)合調(diào)試、工藝測(cè)試方法；

以數(shù)據(jù)處理流程為主線，介紹了三維數(shù)模的建立、缺陷修復(fù)方法、設(shè)備坐標(biāo)系定向、支撐種類選擇、自動(dòng)生成方法、分層處理、激光掃描算法、軟件功能規(guī)劃等內(nèi)容。

作者介紹：

王永信高級(jí)工程師，研究生導(dǎo)師，現(xiàn)任中國機(jī)械制造工藝協(xié)會(huì)快速原型制造技術(shù)分會(huì)秘書長(zhǎng)、快速制造國家工程研究中心副主任、快速成形制造技術(shù)教育部工程研究中心副主任。

研究方向?yàn)樵霾闹圃旒夹g(shù)、逆向工程與檢測(cè)技術(shù)、快速模具技術(shù)、智能制造技術(shù)。承擔(dān)了國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目、國家“863”計(jì)劃項(xiàng)目、國家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目等多個(gè)科研項(xiàng)目。積極開拓與企業(yè)的橫向協(xié)作，推廣高新技術(shù)成果的示范應(yīng)用。出版著作3部，發(fā)表論文10余篇，獲5項(xiàng)發(fā)明專利授權(quán)，獲國家技術(shù)發(fā)明獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)1項(xiàng)、陜西省科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)1項(xiàng)。

《3D反求技術(shù)》

梁晉，史寶全 編著

內(nèi)容簡(jiǎn)介：

反求技術(shù)用于獲得實(shí)物的三維數(shù)據(jù)模型，其與3D打印技術(shù)緊密配合，可有效縮短產(chǎn)品的開發(fā)周期，提高產(chǎn)品更新?lián)Q代的速度，增強(qiáng)企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力。

本書從數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理及數(shù)據(jù)建模三個(gè)方面對(duì)3D反求技術(shù)所涉及的各種理論與方法進(jìn)行了系統(tǒng)性的闡述，尤其是詳細(xì)介紹了各種先進(jìn)的光學(xué)三維測(cè)量理論與方法，并介紹了一些典型案例，以使讀者了解3D反求技術(shù)在工業(yè)、醫(yī)學(xué)等各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用前景。

作者介紹：

梁晉西安交通大學(xué)教授，博士生導(dǎo)師。主要從事跨學(xué)科的機(jī)械電子和信息技術(shù)研究，將近景工業(yè)攝影測(cè)量、三維光學(xué)測(cè)量、計(jì)算機(jī)視覺、圖像處理等技術(shù)與機(jī)械學(xué)科的模具技術(shù)、CAD技術(shù)、數(shù)值模擬技術(shù)、變形應(yīng)變分析技術(shù)等相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了復(fù)雜結(jié)構(gòu)與材料的三維變形與應(yīng)變檢測(cè)與分析。

先后主持863計(jì)劃項(xiàng)目、國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目、國家機(jī)床重大科技專項(xiàng)子項(xiàng)目、江蘇省攻關(guān)項(xiàng)目等20個(gè)項(xiàng)科研項(xiàng)目；發(fā)表論文60多篇（其中SCI/EI收錄40多篇），出版著作10多本，獲中國發(fā)明專利授權(quán)7項(xiàng)，參與制定國家標(biāo)準(zhǔn)1項(xiàng)；獲得國家科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)（技術(shù)發(fā)明獎(jiǎng)）二等獎(jiǎng)1項(xiàng)（第一完成人），獲得陜西省科技進(jìn)步獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)和二等獎(jiǎng)各1項(xiàng)（均為第一完成人）。

《生物3D打?。?

從醫(yī)療輔具制造到細(xì)胞打印》

賀永，傅建中，高慶 編著

內(nèi)容簡(jiǎn)介：

生物3D打印是將3D打印技術(shù)與生物醫(yī)療相結(jié)合所發(fā)展出的一個(gè)新興研究領(lǐng)域。生物3D打印研究屬于典型的醫(yī)學(xué)、生物、機(jī)械、材料等領(lǐng)域的多學(xué)科深度交叉研究，需要相關(guān)學(xué)科研究人員介入并深度合作。

目前國內(nèi)從事生物3D打印研究的學(xué)者不是很多，也無這方面的專題著作，而這也制約了相關(guān)研究的快速發(fā)展，限制了這項(xiàng)技術(shù)的普及和更大規(guī)模的應(yīng)用。本書在總結(jié)作者所在課題組近幾年研究工作的基礎(chǔ)上闡述了生物3D打印的相關(guān)方法及應(yīng)用，圍繞生物3D打印的四個(gè)層次，從醫(yī)療輔具、醫(yī)療植入物的打印，到可降解人工骨的制造，再到操縱細(xì)胞構(gòu)造仿生三維組織來展開。以期為生物3D打印研究進(jìn)一步深化應(yīng)用、跨學(xué)科合作打下基礎(chǔ)。

作者介紹：

賀永青年長(zhǎng)江學(xué)者，國家優(yōu)秀青年科學(xué)基金獲得者，現(xiàn)任浙江大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院教授，博士生導(dǎo)師，浙江省三維打印工藝與裝備重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室副主任。

從事增材制造（3D打?。⑸?D打印、生物制造等方面的研究工作，主持國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目3項(xiàng)，國家支撐計(jì)劃子課題、國家數(shù)控重大專項(xiàng)子課題各1項(xiàng)，省部級(jí)課題多項(xiàng)，授權(quán)發(fā)明專利50余項(xiàng)，發(fā)表SCI論文60余篇，論文發(fā)表在包括Biomaterials、Small、Biofabrication、ACS Applied Materials & Interface等生物制造、微制造、微流體期刊，H因子19。

《光固化3D打印復(fù)雜零件快速鑄造技術(shù)》

宗學(xué)文、屈銀虎、王小麗 編著

內(nèi)容簡(jiǎn)介：

3D打印技術(shù)能將復(fù)雜三維形狀快速轉(zhuǎn)化為實(shí)物，與傳統(tǒng)鑄造結(jié)合形成快速鑄造技術(shù)。3D打印技術(shù)經(jīng)過二十多年的發(fā)展，已形成快速砂鑄、快速精鑄、快速石膏型鑄造和快速陶瓷型鑄造，成為復(fù)雜零件快速制造的重要支撐技術(shù)。

在本書中，作者結(jié)合十五年來在“十五”國家重點(diǎn)科技攻關(guān)計(jì)劃項(xiàng)目、863計(jì)劃項(xiàng)目、高檔數(shù)控機(jī)床與基礎(chǔ)制造裝備重大專項(xiàng)課題、陜西省工業(yè)攻關(guān)項(xiàng)目中，自己完成一百多個(gè)復(fù)雜鑄件的科研經(jīng)驗(yàn)，圍繞“縮短開發(fā)周期、降低開發(fā)成本、保證工作性能”的目標(biāo)，主要介紹了光固化技術(shù)在車用變速箱、航空活塞發(fā)動(dòng)機(jī)、渦輪殼體、機(jī)匣等零件快速開發(fā)中的應(yīng)用。通過解決不同快速鑄造工藝中鋁合金、不銹鋼、高溫合金、鈦合金材料的成形控性問題，揭示了快速鑄造技術(shù)的內(nèi)涵。

本書可供光固化成形技術(shù)、3D打印設(shè)備開發(fā)、應(yīng)用的研究者、工程技術(shù)人員，以及相關(guān)專業(yè)的研究生參考，亦可作為從事新產(chǎn)品開發(fā)、復(fù)雜零件設(shè)計(jì)制造、鑄造行業(yè)的相關(guān)工程技術(shù)人員的參考書。

作者介紹：

宗學(xué)文 博士，西安科技大學(xué)副教授，碩士生導(dǎo)師，畢業(yè)于西安交通大學(xué)，長(zhǎng)期從事基于立體光刻、激光選區(qū)燒結(jié)、熔融沉積、面曝光等3D打印技術(shù)的復(fù)雜零件快速鑄造技術(shù)研究。參加和完成了國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目、國家863計(jì)劃項(xiàng)目，國家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目、高檔數(shù)控機(jī)床與基礎(chǔ)制造裝備專項(xiàng)20余項(xiàng)，發(fā)表論文30余篇，出版教材2部，獲國家專利授權(quán)20余項(xiàng)，獲省部級(jí)獎(jiǎng)1項(xiàng)。