3D打印技术将带来商业模式的转变

时间：2013-12-10 14:50 来源：山西新闻网 山西市场导报 进入论坛 手机读报 点击评论 自今年以来，有关3D打印技术的各种宣传报道可谓红极一时，一时间给人们一种印象，似乎这种刚刚出现的新型技术无所不能，甚至有人把3D打印技术称为第三次工业革命。然而3D打印技术究竟是什么？它会给我们带来什么改变？未来的产业发展中还存在哪些问题？记者就此展开了调查。

3D打印并非是一种新东西

省经信委副巡视员范文彬告诉记者，3D打印技术并非是一种新生事物或新技术。3D打印在上个世纪八十年代就已经出现，并已经形成一种专利技术。只不过由于价格极其昂贵且所能打印的产品数量也少得可怜，所以让人们误以为是一种新技术。

3D打印说白了就是一种增材制造技术，是一种堆积制造，只不过这种技术和制造要依赖于两种技术（三维扫描和计算机软件技术）和3D打印机的打印才能完成。换个说法，3D打印就是利用两种技术，通过3D打印机打印出来的一种堆积制造。

自20xx年以来三维打印机的销售逐渐扩大，3D打印价格也开始下降。3D打印才开始更多地被人们所知晓。当前，3D打印热的突然出现，跟国家相关政策支持和众多企业的加入以及曾经人们传统印象的改变有很大关系。

3D打印颠覆传统产业模式

业内流行有一句话：3D打印改变了制造业的游戏规则。范文彬副巡视员认为，3D打印颠覆的是传统产业模式，它促进了传统产业的改造升级。

我省专门从事3D打印的某公司负责人王宇告诉记者，之前要制造一个相关的零配件，传统的做法是事先设计好模型或者由厂商提供产品规格，根据产品规格工厂做出零件模具，

然后将塑料等原料通过模具加工制成零件。这种传统的做法不仅费力费工，而且瑕疵多，成本价值还很高。而使用了3D打印技术以后，可以直接使用3D打印设备给制作出来。

省经信委技术创新处袁晓懿告诉记者，无论从工时还是从成本讲，运用3D打印技术可以把制造时间降低为以前的1/10到1/5，费用降低到1/3以下，这无论从哪一方面都实现了一个极大的跨越。从瑕疵率来讲，即便是最普通的3D打印机，精度也可以达到0.1毫米，相对于传统工艺，这个误差率几乎可以忽略不计。

用王宇的话说，在神奇的3D打印技术面前，世间万物仿佛都可轻松实现“克隆”。从这个角度讲，这完全是对二维世界的一次全新变革，也完全实现了对传统产业模式的一次颠覆性革命。

3D打印是未来的朝阳产业

“就目前看，3D打印已完全步入商用时代，商业模式渐趋成熟，产业链基本成型。3D打印的应用领域也很广，有工业制造、文化创意和数码娱乐、航空航天国防军工、生物医、消费品、建筑工程、教育领域的模型验证科学假设和个性化定制等，几乎涵盖了生活的各个方面。因此，行业内都认为3D打印技术是一个未来的朝阳产业。”省经信委技术创新处袁晓懿接受记者采访时表示。

据相关数据显示，全球3D打印产业产值在1988到20xx年间保持着26.2%的年均增长速度。报告预期，3D打印产业未来仍将持续较快地增长，到20xx年，包含设备制造和服务在内的产业总产值将达到31亿美元，20xx年将达到52亿美元。

据了解，目前我省已经初步建立起可提供模型创建、工业动画制作、大空间三维扫描数据处理和逆向工程，完成三维样件制作、文物衍生品开发、开办3D照相馆，对物品进行质量控制检测等的3D打印及3D数字化服务平台。今年10月24日，总投资达20亿元的山西首个3D打印项目已落户太原市阳曲县。

第二篇：3D打印技术的应用

第２６卷第４期机电产品矸崖与刨新Ｖ０１．２６，Ｎｏ．４呈Ｑ！曼生Ｚ旦里！兰！！！竺！！！苎！！！！！竺！！！！！坚竺坐！！！苎兰！！！！璺！生塑！！！望！！堕：！呈Ｑ！曼文章编号：１００２—６６７３（２０１３）０４—１０８—０３

３Ｄ打印技术的应用

孙晓林

（辽宁建筑职业学院，辽宁辽阳１１１０００）

摘要：被认办推动了第三次工业革命进程的３Ｄ打印技术，涉及信息技术、材料科学、精密机械等多个方

面。投入民用工业是近年来的事，多用于大型制造业。随着３Ｄ打印技术的应用越来越广泛．各种

耗材、打印机的价格必将呈现下降趋势，未来３Ｄ打印机完全有可能像传统打印机一样．成为每家

每户都买得起、用得上的设备。

关键词：３Ｄ打印；３Ｄ打印特点：３Ｄ打印应用

中图分类号：ＴＰ３９文献标识码：Ａｄｏｉ：１０．３９６９／ｉ．ｉｓｓｎ．１００２—６６７３．２０１３．０４．０４５

Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆ３ＤＰｒｉｎｔｉｎｇＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ

ＳＵＮＸｉａｏ—Ｌｉｎ

（ＬｉａｏｎｉｎｇＢｕｉｌｄｉｎｇｏｆＣａｒｅｅｒＡｃａｄｅｍｙ，ＬｉａｏｙａｎｇＬｉａｏｎｉｎｇ１１１０００，Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｃｏｎｓｉｄｅｒｅｄｔｈｅ３Ｄｐｒｉｎｔｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｏｆｔｈｅｔｈｉｒｄｉｎｄｕｓｔｒｉａｌｒｅｖｏｌｕｔｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓ，ｉｎｖｏｌｖｉｎｇｍａｎｙａｓｐｅｃ戗ｏｆｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎｔｅｃｈｎｏｌｏ—ｇＹ，ｍａｔｅｒｉａｌｓｓｃｉｅｎｃｅ，ｐｒｅｃｉｓｉｏｎｍａｃｈｉｎｅｒｙｅｔｃ～Ｗｉｔｈｔｈｅａｐｐｈｃａｔｉｏｎｏｆ３Ｄｐｒｉｎｔｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｍｏｒｅｗｉｄｅｌｙ，ｖａｒｉｏｕｓｓｕｐｐｈｅｓ，ｐｒｉｎｔｅｒｐｒｉｃｅｓｗｉｌｌｓｈｏｗａｄｏｗｎｗａｒｄ廿ｅｎｄ，ｔｈｅｆｕｔｕｒｅ３ＤｐｒｉｎｔｅｒｍａｙｂｅｊＵＳｔａＳｈｋｅｌｙａＳｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌｐｒｉｎｔｅｒｓ，ａＳｅｖｅｒｙｆａｍｉｌｙｃａｎａｆｆｏｒｄ，ｗｉｔｈｅｑｕｉｐｍｅｎｔｏｎ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：３Ｄｐｒｉｎｔ；３Ｄｐｒｉｍｆｅａｔｕｒｅｓ；３Ｄｐｒｉｎｔａｐｐｈｃａｔｉｏｎｓ

０引言状，由ＣＡＤ（计算机辅助设计）生成零件或物体的三维模

型数据，通过成型设备以材料累加的方式制成实物模型

１９８６年，３Ｄ打印技术诞生，但直到２０世纪９０年的技术。

代才被关注，应用也主要局限在工程、建筑业和制造２

业、航空航天模型设计等领域，那时叫“快速成型”技３Ｄ打印原理

术。直到２０１０年１１月，世界上第一辆由３Ｄ打印机打“３Ｄ打印”层层印刷的原理和喷墨打印机类似．打印而成的汽车Ｕｒｂｅｅ问世，３Ｄ打印引起了广泛关注。印机内装有液体或粉末等“打印材料”，与电脑连接后．

从上世纪９０年代开始，随着３Ｄ打印技术的发展和通过电脑控制采用分层加工．叠加成型方式来“造型”，激光技术的进步，研究人员不满足于３Ｄ打印只用于原会将设计产品分为若干薄层．每次用原材料生成一个薄型制造，也不再局限于生产工业模具，而是向更广阔的层，一层层叠加起来，最终把计算机上的蓝图变成实物。领域拓展。比如，打印立体人像、教具、打印假牙和骨３Ｄ打印是一种直接数字化制造技术。是利用光固关节替代品等。开始尝试用３Ｄ打印技术将金属材料直化和纸层叠等技术的快速成型装置。

接制造成零件，即金属结构件直接制造。每一层的打印过程分为两步．首先在需要成型的区

３Ｄ打印概念域喷洒一层特殊胶水．胶水液滴本身很小．且不易扩１散。然后是喷洒一层均匀的粉末，粉末遇到胶水会迅速

“３Ｄ打印”是通俗名称．其学术名称为快速成型固化黏结，而没有胶水的区域仍保持松散状态。这样在（Ｒａｐｉｄｐｒｏｔｏｔｙｐｉｎｇ）技术，也称为增材制造技术，是一种一层胶水一层粉末的交替下，实体模型将会被“打印”不再需要传统的刀具、夹具和机床就可以打造出任意形成型．打印完毕后只要扫除松散的粉末即可“刨”出模

型，而剩余粉末还可循环利用。加工过程仅需确定所需

修稿日期：２０１３—０４—１５

作者简介：孙晓林（１９６８一），男，辽宁辽阳人。辽宁建筑职塑料、树脂、金属等物料，材料耗费仅相当于传统制造业学院模具专业教研室主任、硕士，教授。的十分之一，而误差可轻易控制到０．１ｍｍ之内。它无需１０８

万方数据

?制造业信息化－

生产线，亦可制造那些常规方法无法生产的奇形怪状的目前，３Ｄ打印的耗材还只限于光敏树脂、塑料等。零件。比如模具制造中，最重要的金属模具制造，由于受限于

打印耗材胶水和粉末（金属或塑料等可黏合材料）都Ｊ打印耗材，一直无法进行产业化。

是经过处理的特殊材料，不仅对固化反应速度有要求，

对于模型强度以及“打印”分辨率都有直接影响。３Ｄ５３Ｄ打印特点

打印技术能够实现６００ｄｐｉ分辨率，每层厚度只有（１）优点：一是最直接的好处就是节省材料，不用剔０．０１ｍｍ，即使模型表面有文字或图片也能够清晰打印。除边角料，提高材料利用率，通过摒弃生产线而降低了

受到喷打印原理的：成本；二是能做到很高的精度和复杂程度，除了可以表

限制，打印速度势Ｉ现出外形曲线上的设计；三是不再需要传统的刀具、夹

必不会很快，较先Ｉ具和机床或任何模具．就能直接从计算机图形数据中生

进的产品可以实现?成任何形状的零件；四是它可以自动、快速、直接和精

每小时２５ｍｍ高度Ｉ确地将计算机中的设计转化为模型。甚至直接制造零件

的垂直速率，而且ｌ或模具，从而有效的缩短产品研发周期；五是３Ｄ打印

图ｌ３Ｄ打印原理可以利用有色胶水ｆ能在数小时内成形．它让设计人员和开发人员实现了从

Ｆｉｇ．１３Ｄｐｒｉｎｔｐｒｉｎｃｉｐｌｅ实现彩色打印，色平面图到实体的飞跃；六是它能打印出组装好的产品，彩深度高达２４位。因此它大大降低了组装成本。它甚至可以挑战大规模生３３Ｄ打印过程产方式。

（２）缺点：任何一个产品都应该具有功能性，而如今

设计师使用电脑软件设计出数字化３Ｄ模型。就像由于受材料等因素限制，通过３Ｄ打印制造出来的产品给模型做ＣＴ扫描一样，由另外一个软件程序将数字化在实用性上要打一个问号。①强度问题：房子、车子固３Ｄ模型水平切片，通过网络参数传送，向３Ｄ打印机输然能“打印”出来．但是否能抵挡得住风雨．是否能在出指令。打印机的“喷头”可以前后上下左右六个方向路上顺利跑起来？②精度问题：由于分层制造存在移动，以满足不同位置的打印需求，使特定金属粉或可“台阶效应”，每个层次虽然很薄，但在一定微观尺度塑性高的材料熔化。逐层叠加“铸造”。最终把电子模下，仍会形成具有一定厚度的一级级“台阶”，如果需型图变成实物。比如顾客要打印一个真人３Ｄ模型：要制造的对象表面是圆弧形，那么就会造成精度上的偏

手持３Ｄ扫描仪，围绕顾客３６０度旋转扫描后，照差；③材料的局限性：目前供３Ｄ打印机使用的材料非

相者的立体数据就常有限，无外乎石膏、无机粉料、光敏树脂、塑料等。

出现在电脑屏幕上．能够应用于３Ｄ打印的材料还非常单一，以塑料为主，

扫描过程大概有十并且打印机对单一材料也非常挑剔。

几分钟。经过软件

处理的三维模型。６３Ｄ打印应用

点击打印。材料通（１）机械制造：３Ｄ打印技术制造飞机零件、自行车、

过喷头被逐层喷出步枪、赛车零件等。

图２３Ｄ打印产品挤压堆积成型。３Ｄ（２）医疗行业：在医学领域，借助３Ｄ打印制作假牙，股

Ｆｉｇ．２３Ｄｐｒｉｎｔｐｒｏｄｕｃｔｓ打印机根据电脑中骨头、膝盖等骨关节技术应用也非常广，技术越来越成熟。的模型来打印出最终成品，需要三四个小时。（３）建筑行业：工程师和设计师们已经接受了用３Ｄ打４３Ｄ打印材料印机打印的建筑模型，这种方法快速、成本低、环保，同时制

作精美，完全合乎设计者的要求。同时又能节省大量材料。

在３Ｄ打印领域，材料是技术的核心之一，可以使（４）汽车制造行业：用３Ｄ打印技术为汽车公司制造用很多种材料。如陶瓷、钢化玻璃、石膏、无机粉料、自动变速箱的壳体。汽车公司会对变速箱进行各种极端ＡＢＳ塑料、ＰＬＡ（聚乳酸）、尼龙、玻璃填充聚胺、光固化状况下的测试，其中一些零件就是用３Ｄ打印方法做的。材料、银、钛、钢、蜡、干膜和聚碳酸脂等。目前打印定型了以后，再开模具，然后按照传统制造方法批量生出来的材料以ＡＢＳ（热塑料）和树脂为主。材质在机器内产．这样成本就会大大降低。

“熔化”，通过不同比例的材料混合，可以产生出将近此外，３Ｄ打印技术还将影响诸多行业，如汽车、１２０种软硬不同的新材料。商业和工业设备、教育、建筑及消费（下转第１０７页）１０９

万方数据

?制造业信息化?

力点与行星轮中性面距离相等则有：２．３行星架结构比较

Ｎ。

切向方向：ＲＨ左＝ＲＨ右＝Ｆ萨Ｆ☆ｃ＿３４５６

云图表明，虽然结构不同，但各行星架最大应力值和综合位移值位置基本一致。表１列出四种结构的质

径向方向：太阳轮给行星轮的径向力Ｆ。与内齿圈给行星轮的径向力Ｆ血等值反向，合力为零，则有Ｒ。左＝

Ｒｖ右＝Ｏ。

量、最大应力值和最大综合位移值，分析数据可得，即

表１四种结构质量、最大应力及位移值

序号

１２３６

２．２行星架有限元分析

本文采用有限元法对不同行星架进行分析。直观反映行星架受力后应力以及变形情况。行星架的材料统一选用ＺＧ３１０—５７０，该材料屈服极限ｏｒ。＝３１０Ｍｐａ，弹性模量：Ｅ＝２．０ｘ１０１１Ｐａ，泊松比：０．３，密度：７８００ｋｇ／ｍ３。

简化模型输出部分为圆柱孔，对该处施加切向、径向以及轴向零位移约束，分别在两侧壁三对承载孔上按余弦函数分布方式施加面应力载荷，载荷按照恶劣工况施加，载荷系数取２．０，偏载系数取１．５。施加约束和载荷后的行星架部件有限元分析应力和变形结果如图２～图５所示。

名称结构ａ结构ｂ结构ｃ结构ｄ

质量慨

７．Ｏ６．５６．５６．５

最大应力值，ＭＰａ

５７．６６４．５５４．９５５．７

最大综合位移／ｍｍ

０．０２６６Ｏ．０２８３Ｏ．０３１８Ｏ．０３０４

表２

序号

１２３

ｂ、ｃ、ｄ结构相对于ａ结构偏差

质量

－７．１５％一７．１５％

一７．１５％

名称结构ｂ结构Ｃ结构ｆ

最大应力值

１２．Ｏ％－－４．７％－３．２％

最大综合位移

６．３％１９．５％１４．３％

－

－¨：

：：

使在极限工况下，该行星架的安全系数也较高。以结构ａ为基准，计算偏差值，计算方法为：

，三

＝

Ｉｌ！

偏差值＝塑蒜掣×１慨

式中：Ｘ为ｂ、Ｃ、ｄ。表２为各结构相对于结构ａ综合分析上述内容可得。结构ｂ和结构ｄ属于优化

＝｜－

Ｊ

的偏差值。

ｌ

较好的结构。结构ｂ虽然最大应力值增加了１２％，但壁

＿

厚均匀，便于铸造，且该结构应力值分布均匀；结构ｄ最大应力值减小３．２％。虽然综合位移值增加１４．３％．但

１

图

图３结

结构简单，连接梁处大量采用直线段，可以采用多种手段加工，该结构特别适合锻造行星架的加工。

．＿

Ｉ：兰：．

３结束语

Ｉ

Ｉ｛三

一般矿用行星架安全系数较高，因此，行星架结构优化主要方向为提高结构的整体刚度、减轻结构重量和优化行星架的加工工艺性。

，ｌ

Ｉ

图４结构Ｃ应力和变形云图

Ｏ，印一口国

参考文献：

【Ｉ】饶振钢．行星齿轮传动设计【Ｍ】．北京：化学工业出版社，２００３．

骂

【２】华剑，周思柱，李超．基于ｓｏｌｉｄＷｏｒｋｓ的行星架有限元分析及优化

设计脚．煤矿机械，２０１１，２．

［３】蒋仁科，林腾蛟，荣崎．同轴双输出行星齿轮减速器结构优化设计

图５结构ｄ应力和变形云图

叨．机械研究与应用，２００８，２．

（上４ｔｇ１０９页）品等行业，还包括娱乐业的游戏和电影业，艺术家还可使用３Ｄ打印机将他们的作品即时打印成型。

料价格的下降，越来越多的工业部件将被打印出来，而不是被冲压或烧铸出来。参考文献：

【１］王广春，赵国群．快速成型与快速模具制造技术及其应用［Ｍ】．机械

７结束语

３Ｄ打印技术代表制造业发展新趋势．它和其他一些数字化生产模式的涌现。将推动实现第三次工业革命。随着生产速度和质量的不断提升以及打印装置和材

工业出版社．２０１３．

【２】陈雪芳，孙春华．逆向工程与快速成型技术应用【Ｍ】．机械工业出版

社．２００９．

１０７

万方数据

3D打印技术的应用

作者：

作者单位：

刊名：

英文刊名：

年，卷(期)：孙晓林， SUN Xiao-Lin辽宁建筑职业学院,辽宁辽阳,111000机电产品开发与创新Development & Innovation of Machinery & Electrical Products2013,26(4)

1.王广春;赵国群 快速成型与快速模具制造技术及其应用 2013

2.陈雪芳;孙春华 逆向工程与快速成型技术应用 2009

本文链接：http://d..cn/Periodical_jdcpkfycx201304045.aspx