3d打印技术原理论文范文
3D打印技术是打印行业的新技术，打印出来的东西比传统技术的打印出来的更有立体感。学习啦小编整理了3d打印技术论文，希望能对大家有所帮助!
3d打印技术论文篇一：《3D打印技术的应用与发展探究》
摘要：印刷和打印技术作为信息传播的重要方式，以平面图文信息的形式，为人类的文明和进步做出了重要的贡献。3D(三维)打印技术是在传统二维平面印刷打印技术的基础上，通过逐层二维打印的叠加，在三维立体空间内制造出产品。本文主要讲述3D打印技术在各领域中的应用，探索限制3D打印技术发展的瓶颈及其未来发展趋势。
关键词：3D打印技术;印刷技术;发展前景
0 引言
近年来，我们经常会看到有关于3D打印技术的新闻，“3D打印房屋”、“3D打印金属手枪”、“3D打印自行车”、“3D打印仿生耳”等等，3D打印自问世以来就得到了广泛的关注，其应用更是跨越各个领域。2014年11月末，《时代》周刊将3D打印技术列为2014年25项年度最佳发明之一。全球工业分析公司(Global Industry Analysis Inc)的研究报告预测2018年全球3D打印市场将达到29.9亿美元。但3D打印技术也面临着如制造速度与精度、设备和材料成本、产品性能、操作的安全性等多方面的瓶颈和挑战。提升3D打印的效率和精度，开发更为多样的3D打印材料是未来的研究热点。本文主要对3D打印技术的应用和发展趋势进行了研究和探讨。
1 何为3D打印
3D打印(Three Dimensional Printing)始于上世纪90年代，是快速成型技术的一种。美国3D System公司在1986年就制造了第一款3D打印设备。在传统二维平面印刷打印技术的基础上，通过逐层二维打印的迭加，利用喷头的三维运动实现曲面打印，逐层增加材料来生成三维实体，其原理图如图1所示。其分层加工的过程与传统喷墨打印十分相似，树脂、尼龙、塑料、金属、陶瓷、混凝土等材料经过特殊处理都可以用做3D打印的“墨水”。3D打印机是3D打印的核心装备。它是集机械、控制及计算机技术等为一体的复杂机电一体化系统，主要由高精度机械系统、数控系统、喷射系统和成型环境等子系统组成。此外，新型打印材料、打印工艺、设计与控制软件等也是3D打印技术体系的重要组成部分。
2 3D打印技术的应用
目前3D打印技术支持多种材料，可以广泛应用在工业设计、建筑、家具、航天、医疗和教育等各个领域，其主要具有以下应用特点：
2.1 模具加工与机械制造 如今，3D打印技术已经广泛应用于机械模具的设计与加工，如图2A所示。相对于传统制造技术来说，3D打印技术不需要任何模具或任何机械加工，既省工又省料，如美国F-22猛禽战斗机在制造过程中会大量使用钛合金构件，如使用传统的整体锻造方法，最大的钛合金整体加强框材料利用率不到4.9%，使用3D打印利用率接近100%，几乎不产生废料，大大节省了原材料的浪费，降低了生产成本。此外，也可利用3D打印技术实现个性生产，满足人们的少量和复杂形状的个性化需求。如个性化艺术家具的定制和专属个性空间的打造(如图2B)。
在建筑行业，2014年8月，在上海青浦张江高新园区，盈创建筑科技有限公司用3D打印技术24小时打印了10栋房屋(如图2C、2D)并交付使用，相关建筑指标均达到国家建筑质量标准，开启了3D打印建筑的新篇章，将来更有望使用3D打印技术建造整栋别墅。
在航天方面，美国NASA以及国外的一些航天公司已经就3D打印技术在航天上的应用展开了尝试，2014年第一台3D打印机在国际空间站上安装成功，并打印出扳手等机械部件，这台打印机由Made in Space公司设计制作，该公司是世界首家研究零重力下3D打印技术的公司。而且3D打印为按需施材，减少了材料的浪费，从而降低了生产成本。
2.2 生物医疗 3D打印技术与医学的结合堪称医学史上的创造性举动。在生物医学领域，已开始被应用于手术分析策划、假体植入物的制造、细胞或组织打印等方面。
早在2011年，德国科学家利用3D打印技术成功研制出了一种人工血管(如图3A)，该项目有望被用于人体试验和药物试验。2014年，University College London的研究人员利用生物“墨水”打印出人造耳朵(如图3B)，可用于外科整形。目前这种3D打印耳朵已有成功移植的案例。2015年7月，湖南省脑科医院利用3D打印颅骨为脑积水患儿缩脑，完成全球首例“全脑缩小塑形”手术。 2.3 考古文物复制 3D打印技术在考古文物领域主要用于修复已经破损的古文物。在应用3D打印技术进行文物修复时，需要使用3D扫描仪扫描破损文物，完成数据采集，并处理数据，建立相应的模型之后进行打印。在电影《十二生肖》中，先是对兽首进行三维扫描，再使用3D打印技术打印了兽首的复制模型，精度和相似度令人赞叹，且不需后期加工打磨，相信在不久的将来，随着3D打印技术的不断发展改进，3D打印技术复制文物的精度定会上升到这个高度，将不再需要后期处理。
2.4 教育行业 3D打印技术也为教育的发展开启了新的方向，许多教育机构和组织正探索如何将3D技术应用到教育、教学中。以高职教育为例，在高职院校中印刷技术专业、数码印刷专业、印刷图文信息处理以及计算机等相关专业都可以考虑引入3D打印技术。
相关专业引入3D打印技术后，可以将人才培养的目标范围进行延伸和扩大。培养不仅能从事传统印刷设备和数码印刷设备的操作，还能使用3D打印机;不仅能完成传统印刷和数码印刷的印前制作，还能从事3D打印需要的三维建模设计;不仅能从事传统印刷和数码印刷的印刷工艺与生产管理、印刷营销与业务管理，还能从事3D打印设备的控制和生产管理、营销和业务管理的人才。学生就业面更宽广，职业技能更新，更贴合社会发展需要，也必定会推动3D打印设备的发展。另外，3D打印技术可以作为扶持大学生创新创业的一个项目，支持大学生们早日实现创业的梦想，让刚刚走出校园的甚至还在校内的大学生们勇敢地站在科技发展的前沿，直观地感受打印技术带来的影响与进步。
3 3D打印技术未来发展前景分析
与传统技术相比，3D打印技术拥有诸多优势。美国总统奥巴马在2014年国情咨文的演讲中强调了3D打印技术的重要性，赋予其制造业复兴的重任，提出将推动3D打印产业的发展。在欧美发达国家，3D打印机的研究技术已走向成熟并产业化发展。近年来，随着2015年《中国制造2025》规划的实施与颁布，我国对这项技术的重视和产业链规划将进一步加强。
从中长期看来3D打印产业具有较为广阔的发展前景，但要进一步扩展其产业应用空间，目前仍面临着多方面的瓶颈和挑战：一是设备和耗材方面，现有3D打印机造价普遍较为昂贵，打印耗材的价格每公斤几百到数万元不等，给其进一步普及应用带来了困难。二是打印材料方面，目前3D打印的成型材料多采用化学聚合物、石膏等材料，成型品的物理特性较差，金属材料直接成型技术有待发展。三是工艺方面，目前3D打印的精度及效率还远不适应大规模生产的需求。四是知识产权方面，3D打印技术的普及将使产品更容易被复制和扩散，制造业面对的盗版风险大增，如何针对3D打印技术进行知识产权保护面临新的挑战。五是公共安全方面，如3D打印手枪，若可从网络上下载手枪的三维图纸，再拥有一台3D打印机就可以打印并组装手枪，这一潜在问题需要国家从法律层面进行规范和监督。
4 结束语
3D打印技术作为第三次工业革命的代表性技术之一，越来越受到工业界和投资界的关注。伟大发明所能带来的影响，在当时那个年代都是难以预测的，1450年的印刷术如此，1969年的互联网也是如此，3D打印技术更是如此。未来3D打印技术的发展将体现出精密化、智能化、通用化等主要趋势。随着信息技术、控制技术、材料技术的进一步发展，制约3D打印技术发展的瓶颈将一一得到解决。3D打印技术也将被推向更高的应用层面。
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3d打印技术论文摘要篇二：《3D打印技术在骨科临床教学中的应用》
摘要：目的：探讨3维(D)打印技术在骨科临床教学中的应用。资料与方法：结合临床医学教学大纲，调取2012年1月到2014年6月典型骨科病例15例CT图片进行3D打印处理，制作骨骼三维立体模型，应用于骨科临床教学中。结果：3D打印技术制作的骨骼三维立体模型有助于加深医学生骨科疾病理解，有助于培养医学生骨科临床工作兴趣。结论：3D打印技术制作在骨科临床教学中具有良好的应用前景。
关键词：3D打印技术;临床教学;骨科
引言
3维(D)打印，即快速成型技术的一种，它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。3D打印技术出现在20世纪90年代中期，实际上是利用光固化和纸层叠等技术的最新快速成型装置。它与普通打印工作原理基本相同，打印机内装有液体或粉末等“打印材料”，与电脑连接后，通过电脑控制把“打印材料”一层层叠加起来，最终把计算机上的蓝图变成实物。该技术在医疗产业、教育、珠宝、工业设计、建筑、工程和施工、汽车，航空航天、地理信息系统、土木工程等领域都有所应用。自2013年11月起，我们将3D打印技术应用于骨科临床教学中，取得了满意的效果。
资料与方法
结合苏州大学临床七年制临床医学教学大纲，我们调取苏州大学附属第一医院骨科数据库资料中2012年1月到2014年6月典型骨科病例15例，提取患者相应的德国西门子64排螺旋CT薄层平扫图片(最薄层可达0.64MM)，利用mimics 10.01软件，制作成CAD文档。导入苏州大学骨科研究所的Solido SD300快速成型机，进行3D打印处理。Solido SD300快速成型机将独特的PVC工程塑料薄膜一片片地切割，叠置，平均9小时就可以把患者相应的骨骼1∶1三维立体成形。
在《外科学》骨科部分的课教学中，比如《股骨头骨骺滑脱》、《骨盆和髋臼骨折》这些章节，就一直是教学上的难点。需要掌握的知识点较多，内容较抽象。我们在传统的多媒体教学的基础上，结合3D模型，加深学生对骨科疾病的认识，取得了满意的效果。
结果
在《股骨头骨骺滑脱》章节的教学中，过去学生们对骨骺滑脱的位移、严重程度分级以及手术治疗的方案、旋转截骨矫形等知识点理解较慢。苏州大学附属第一医院骨科数据库中于2012年11月收录了一例左侧股骨头骨骺滑脱的患者病例资料，于是我们提取患者相应的术前德国西门子64排螺旋CT薄层平扫图片导入苏州大学骨科研究所的Solido SD300快速成型机，将患者术前的患侧及健侧髋臼及股骨近端全部打印制作1∶1等大的PVC三维立体模型，并将模型带到课堂。以三维立体模型为核心，结合课本插图、患者术前的X线片、CT平扫及三维冠矢状、三维表面重建、MRI检查，学生们对股骨头骨骺滑脱的定义、病因、临床及影像表现有了一定的了解。然后再通过三维立体模型的划线模拟旋转截骨、术中实况照片及术后的X线片、CT平扫及三维冠矢状、三维表面重建，学生们对股骨头骨骺滑脱的手术治疗的方案、旋转截骨矫形有了感性的认识，取得了良好的教学效果。
比如《骨盆和髋臼骨折》这一章节，也一直是教学上的难点，同时也是骨科创伤治疗的一个难题，其原因是髋臼解剖形态不规则，而且位置较深，骨折碎片移位复杂，学生们难以理解传统的课堂教学内容。同时传统手术切口较大，手术中需要反复预弯柔性钢板，耗时较长，出血量增加，预弯过多可致金属疲劳内固定断裂风险增加，固定螺钉的型号及置钉方向的选择仅仅凭借X、CT片及术者的经验风险较大，易于损伤神经、血管、膀胱直肠等盆腔内重要脏器。3D打印模型的出现，使得上述问题可以得到较为直观的解决。3D打印模型的出现，让医学教学变得更加简单直接。对于手术路径的选择及细节问题的处理更加面面俱到，术者信心增加，因为手术切口的变小、手术时间的缩短、骨折块精确的复位，手术并发症相应减少，患者康复出院的时间缩短，使得患者直接受益。因此，2012年1月起，复杂髋臼骨折患者术前原则上都要制作3D骨和模型，既有利于临床教学工作的开展，也有利于患者的康复。
比如髋臼内侧壁的方形区骨折，不光医学生，就是骨科临床医生也一直难于理解，往往将髋臼内侧壁的方形区骨折视为手术的禁区。在应用3D打印模型制作后，髋臼内侧壁的方形区骨折就相应容易理解了。如2014年5月，我们收治了一例髋臼内侧壁的方形区骨折病例男性，67岁，因外伤致左髋疼痛活动受限2小时入院。查生命体征平稳，左髋部略肿胀，左腹股沟广泛压痛，大转子处叩击痛，左下肢纵向叩击痛，左髋主动被动活动受限，左下肢末梢血运、感觉可，无神经功能受损表现。X片和CT示：左髋臼内侧壁的方形区骨折。我们将患者术前的患侧髋臼打印制作1∶1等大的PVC三维立体模型，在立体模型上设计手术方案，并带领实习同学骨科教学查房。针对既往同学反映的髋臼骨折难以理解的问题，结合术中实况照片及术后的X线片、CT平扫及三维冠矢状、三维表面重建，在短短几分钟时间内，同学们对于髋臼骨折中的难点――髋臼内侧壁的方形区骨折一下子就有了形象的理解，并对手术方案选择各抒已见。并通过对患者查体，对国际上较为新颖的髋臼骨折Stoppa入路有了形象的认识和具体的理解。
讨论
骨科临床教学一直是医学教学的难点，因为手术涉及众多骨骼结构，而诸多骨骼结构又是不规则形，骨科疾病对医学生的空间想象能力有一定的要求。以往结合课本插图、患者的X线片、CT平扫及三维冠矢状、三维表面重建、MRI检查等，尽管内容丰富，但缺乏立体直观性，对于复杂的骨科疾病，如髋臼骨折就难以解释清楚。而3D打印与骨科的有机结合，上述问题迎刃而解。
3D打印是当今世界最前沿科技之一，这项30年前脱胎于传统成型制造的技术，在今天被众多科学家与经济学家称为“人类第三次工业革命的标志之一”。 3D打印机与普通打印机工作原理基本相同，只是打印材料有些不同。3D打印机内装有金属、陶瓷、塑料、砂等不同的“打印材料”，是实实在在的原材料，打印机与电脑连接后，通过电脑控制可以把“打印材料”一层层叠加起来，最终把计算机上的蓝图变成实物。
我们将3D打印技术应用于骨科临床教学，即3D打印模型，用于医学教学、病例讨论等，收到了满意的效果，弥补了既往多媒体教学只能看图，不能触摸病例的缺点。既往单纯X线片和CT的阅读与理解需要学生具有良好的空间想象能力，简单骨科疾病如简单骨折等学生们还可以理解，复杂疾病如髋臼骨折、脊柱侧弯等学生们往往很难理解，有了3D模型，问题迎刃而解。过去医学生即使触摸标本，也往往是正常人体骨骼标本，无法接触到患者病变的骨骼标本，这对于临床教学而言，是个很大的缺憾。但通过3D打印模型，学生们既可以看到患者的X线片、CT平扫及三维冠矢状、三维表面重建、MRI检查，更可以亲手触摸1∶1等大的患者骨骼标本，亲手参与设计手术方案，对于医学生加深骨科疾病理解、培养医学生骨科临床工作兴趣起到了很大的正面作用。3D打印技术制作在骨科临床教学中具有良好的应用前景。
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3d打印技术论文篇三：《谈3D打印技术的优势》
摘要：3D 打印技术是一种新兴的快速成型技术，近一段时间以来受到了社会的广泛关注。本文分析了3D打印技术的概念、工作原理，并对进行了展望。
关键词：3D打印技术 简介 工作原理 优势 展望
3D打印技术以前主要用来制造一些比较小型的东西。时至今日，一些大型制造商已经开始准备将其用来制造更大的物件。一些3D打印设备的制造商认为，随着这种技术的成熟，将来一些汽车零部件的库存只需要保留电子文档，而无需制造出来存在仓库。一旦有需要，直接打印即可。
一、3D打印技术简介
3D打印技术是指通过连续的物理层叠加，逐层增加材料来生成三维实体的技术，与传统的去除材料加工技术不同，因此又称为添加制造(AM，Additive Manufacturing)。作为一种综合性应用技术，3D打印综合了数字建模技术、机电控制技术、信息技术、材料科学与化学等诸多方面的前沿技术知识，具有很高的科技含量。3D打印机是3D打印的核心装备。它是集机械、控制及计算机技术等为一体的复杂机电一体化系统，主要由高精度机械系统、数控系统、喷射系统和成型环境等子系统组成。此外，新型打印材料、打印工艺、设计与控制软件等也是3D打印技术体系的重要组成部分。
目前，3D打印技术主要被应用于产品原型、模具制造以及艺术创作、珠宝制作等领域，替代这些领域传统依赖的精细加工工艺。3D打印可以在很大程度上提升制作的效率和精密程度。除此之外，在生物工程与医学、建筑、服装等领域，3D打印技术的引入也为创新开拓了广阔的空间。如2010年澳大利亚Invetech公司和美国Organovo公司合作，尝试以活体细胞为“墨水”打印人体的组织和器官，是医学领域具有重大意义的创新。
二、3D打印机的工作原理
3D打印机的工作原理其实很简单，通俗地说，首先在电脑上设计一个完整的三维立体模型(也成为计算机辅助性设计)，然后把胶体或粉末等“打印材料”装入打印机，再将打印机与电脑相连接，就可以通过电脑控制把“打印材料”和三维立体模型一层层地叠加，最终把计算机上的蓝图变成实物。这种通过连续的物理层创建出三维对象的3D打印技术是叠加式制造工序的一种形式，与传统的叠加式制造工序相比，其具有速度快、价格便宜等优点。
在Windows网络或工作站上运行的打印设备软件可以读取大部分的3D文件格式计算机辅助设计绘图数据。
这种软件的作用就是将数据传输至3D打印设备，从而控制印刷头的移动与材料输出。在3D打印设备工作时，塑性模型材料细丝与可溶性支撑材料将被加热至半液体状态，然后通过挤压头输出，精确地沉积成极其细微的分层。分层的厚度范围在0.005英寸至0.013英寸(即0.127毫米至0.33毫米)，具体数值取决于打印设备性能。
印刷头只沿水平方向或垂直方向移动，模型与支撑材料将自低而上地构造，压盘根据实际情况上下移动。在构造模型时，有了支撑材料(图中褐色部分物件)的承托，模型的悬挂部分能够顺利完成材料沉积，此外，支撑材料还有助于构造结构复杂的模型，如嵌套结构，以及具有移动部件的多重组件。打印工作完成后，可以将模型置于水中，支撑材料将会自行溶解，如果需要，还可以为模型涂上颜料，或者进行其它处理。
三、使用3D打印技术，加快设计周期
一项产品停留在设计周期的时间越长，推向市场的时间也会越漫长，这意味着企业的潜在利润将会越来越少。某项调查表明，产品的上市时间是受访者最关心的日常问题。受访者同样表示，在17%的产品中，产品原型制作消耗相当长的时间，是缩短上市时间的最大障碍。
业界普遍认为产品应该更加快速地推向市场。随着缩短上市时间的重要性越来越大，在设计的概念阶段，企业不得不缩减决策时间，同时又必须确保所作决定的准确性。这些决定会影响大部分的成本因素，如材料选择、制造技术以及设计寿命。通过快速制作产品模型进行测试，加快设计迭代速度，3D打印技术可以优化设计流程，为企业最大化潜在利润。
例如为专业领域生产喷漆和纹理设备的Graco公司，该公司的工程师使用一台3D打印设备去测试各种喷漆枪和喷管组合，设计出最合理的喷流形式和试验出最精确的喷射量，而生产出的新型喷射纹理枪是由3D打印设备制作的ABS塑料功能原型。3D打印技术可以帮助减少产品开发时间，Graco公司估计减少的最大幅度可达75%。从一个绝妙的创意，到一项成功的产品，中间充满着重重困难。GregStevens和James Burley在他们经常被引用的新产品开发分析报告《3000个原始创意=1次商业成功》中指出，除了3000个原始创意，一项成功的创新还需要125个小规模计划，4项大型开发和 1.7个产品发布。在评估创意是否值得投放开发资源时，3D打印技术能够助企业一臂之力，缩短传统评估所需要用的时间，提高效率。
四、3D打印技术未来发展的主要趋势
随着智能制造的进一步发展成熟，新的信息技术、控制技术、材料技术等不断被广泛应用到制造领域，3D打印技术也将被推向更高的层面。未来，3D打印技术的发展将体现出精密化、智能化、通用化以及便捷化等主要趋势。
提升3D打印的速度、效率和精度，开拓并行打印、连续打印、大件打印、多材料打印的工艺方法，提高成品的表面质量、力学和物理性能，以实现直接面向产品的制造;开发更为多样的3D打印材料，如智能材料、功能梯度材料、纳米材料、非均质材料及复合材料等，特别是金属材料直接成型技术有可能成为今后研究与应用的又一个热点;3D打印机的体积小型化、桌面化，成本更低廉，操作更简便，更加适应分布化生产、设计与制造一体化的需求以及家庭日常应用的需求;软件集成化，实现CAD/CAPP/RP的一体化，使设计软件和生产控制软件能够无缝对接，实现设计者直接联网控制的远程在线制造;拓展3D打印技术在生物医学、建筑、车辆、服装等更多行业领域的创造性应用。
3D打印技术提供了一种极具成本效益的方式去完成多次设计迭代，在关键的开发过程初始阶段，获取产品设计的即时反馈信息。对于产品设计几乎即时的修改，不仅有助于降低成本，而且能够加快产品上市时间。对于在设计流程中采用3D打印技术的企业来说，无疑增加了明显的竞争优势。
随着价格的下降，3D打印设备市场将会进一步扩大，尤其是在中小型企业和学校方面。3D打印设备耐用，打印快捷、准确，成本低廉等好处可以帮助企业缩短产品上市周期，增强企业竞争力。
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