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3D打印（3d打印）3 d打印 目录历史发展打印过程社会评价原理技术限制因素应用领域目录发展方向Q政策引领09重要事件基本信息3D打印（3DP）即快速成型技术的一种，又称增材制造，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打印通常是采用数字技术材料打印机来实现的。常在模具制造、工业设计等领域被用于制造模型，后逐渐 用于一些产品的直接制造，已经有使用这种技术打印而成的零部件。该技术在珠宝、鞋类、工业设计、建筑、工 程和施工（AEC）、汽车，航空航天、牙科和医疗产业、教育、地理信息系统、土木工程、枪支以及其他领域都 有所应用。2019年1月14日，美国加州大学圣迭戈分校首次利用快速3D打印技术，制造出模仿中枢神经系统结构的脊髓 支架，成功帮助大鼠恢复了运动功能。2020年5月5日，中国首飞成功的长征五号B运载火箭上，搭载着“3D打印机”。这是中国首次太空3D打印实 验，也是国际上第一次在太空中开展连续纤维增强复合材料的3D打印实验。3D打印在医学界应用，根据患者需求进行个性化护理的优秀工具，可同时简化医生、护士、药剂师等专业人 员的操作。历史发展历史发展3D打印汽车Urbee 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。这打印技术称为3D立体打印技术。1986年，美国科学家Charles Hui 1开发了第一台商业3D印刷机。1993年，麻省理工学院获3D印刷技术专利。1995年，美国ZCorp公司从麻省理工学院获得唯一授权并开始开发3D打印机。2005年，市场上首个高清晰彩色3D打印机Spectrum Z510由ZCorp公司研制成功。2010年11月，美国Jim Kor团队打造出世界上第一辆由3D打印机打印而成的汽车Urbee问世。打造3D打印汽车的Jim Kor团队成员 2011年6月6日，发布了全球第一款3D打印的比基尼。2011年7月，英国研究人员开发出世界上第一台3D巧克力打印机。2011年8月，南安普敦大学的工程师们开发出世界上第一架3D打印的飞机。2012年11月，苏格兰科学家利用人体细胞首次用3D打印机打印出人造肝脏组织。原理技术原理技术3D打印机，已成功打印一辆F1赛车 日常生活中使用的普通打印机可以打印电脑设计的平面物品，而所谓的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，普通打印机的打印材料是墨水和纸张，而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。通俗地说，3D打印机是可以“打印”出真实的3D物体的一种设备，比如打印一个机器人、打印玩具车，打印各种模型，甚至是食物等等。之 所以通俗地称其为“打印机”是参照了普通打印机的技术原理，因为分层加工的过程与喷墨打印十分相似。这项 打印技术称为3D立体打印技术。3D打印存在着许多不同的技术。它们的不同之处在于以可用的材料的方式，并以不同层构建创建部件。3D 打印常用材料有尼龙玻纤、耐用性尼龙材料、石膏材料、铝材料、钛合金、不锈钢、镀银、镀金、橡胶类材料。打印过程打印过程切片处理i三维设计完成打印三维设计英国工程师“打印”出无人飞机 三维打印的设计过程是：先通过计算机建模软件建模，再将建成的三维模 型“分区”成逐层的截面，即切片，从而指导打印机逐层打印。设计软件和打印机之间协作的标准文件格式是STL文件格式。一个STL文件使用三角面来近似模拟物体的表面。三角面越小其生成的表面分辨率越高。PLY是一种通过扫描产生的三维文件的扫描器，其生成的VRML或者WRL文件 经常被用作全彩打印的输入文件。切片处理打印机通过读取文件中的横截面信息，用液体状、粉状或片状的材料将这些截面逐层地打印出来，再将各层 截面以各种方式粘合起来从而制造出一个实体。这种技术的特点在于其几乎可以造出任何形状的物品。打印机打出的截面的厚度（即Z方向）以及平面方向即X-Y方向的分辨率是以dpi（像素/英寸）或者微米来计 算的。一般的厚度为100微米，即0.1毫米，也有部分打印机如Ob jetConnex系列还有三维Systems 1 ProJet系 列可以打印出16微米薄的一层。而平面方向则可以打印出跟激光打印机相近的分辨率。打印出来的“墨水滴”的 直径通常为50到100个微米。用传统方法制造出一个模型通常需要数小时到数天，根据模型的尺寸以及复杂程度 而定。而用三维打印的技术则可以将时间缩短为数个小时，当然其是由打印机的性能以及模型的尺寸和复杂程度 而定的。传统的制造技术如注塑法可以以较低的成本大量制造聚合物产品，而三维打印技术则可以以更快，更有弹性 以及更低成本的办法生产数量相对较少的产品。一个桌面尺寸的三维打印机就可以满足设计者或概念开发小组制 造模型的需要。完成打印3D打印（5张）三维打印机的分辨率对大多数应用来说已经足够（在弯曲的表面可能会比较粗糙，像图像上的 锯齿一样），要获得更高分辨率的物品可以通过如下方法：先用当前的三维打印机打出稍大一点的物体，再稍微 经过表面打磨即可得到表面光滑的“高分辨率”物品。有些技术可以同时使用多种材料进行打印。有些技术在打印的过程中还会用到支撑物，比如在打印出一些有 倒挂状的物体时就需要用到一些易于除去的东西（如可溶物）作为支撑物。限制因素限制因素材料的限制3D打印胚胎干细胞虽然高端工业印刷可以实现塑料、某些金属或者陶瓷打印，但无法实现打印的材料都是比 较昂贵和稀缺的。另外，打印机也还没有达到成熟的水平，无法支持日常生活中所接触到的各种各样的材料。研究者们在多材料打印上已经取得了一定的进展，但除非这些进展达到成熟并有效，否则材料依然会是3D打 印的一大障碍。机器的限制3D打印技术在重建物体的几何形状和机能上已经获得了 一定的水平，几乎任何静态的形状都可以被打印出来,但是那些运动的物体和它们的清晰度就难以实现了。这个困难对于制造商来说也许是可以解决的，但是3D打印技 术想要进入普通家庭，每个人都能随意打印想要的东西，那么机器的限制就必须得到解决才行。知识产权的忧虑在过去的几十年里，音乐、电影和电视产业中对知识产权的*变得越来越多。3D打印技术也会涉及到这一问 题，因为现实中的很多东西都会得到更加广泛的传播。人们可以随意复制任何东西，并且数量不限。如何制定3D 打印的法律法规用来保护知识产权，也是我们面临的问题之一，否则就会出现泛滥的现象。社会评价社会评价3D打印 3D打印技术是无法应用于大量生产，所以有些专家鼓吹3D打印是第三次工业革命，这个说法只是个噱头。富士康为苹果代工生产iPhone已经多年。郭台铭以3D打印制造的手机为例，说明3D打印的产品只能看不 能用，因为这些产品上不能加上电子元器件，无法为电子产品量产。3D打印即使不生产电子产品，但受材料的限 制，可以生产的其他产品也很少，“即使生产出来的产品，也无法量产，而且一摔就碎。“3D打印的确更适合一些小规模制造，尤其是高端的定制化产品，比如汽车零部件制造。虽然主要材料还是 塑料，但未来金属材料肯定会被运用到3D打印中来，”克伦普说，3D打印技术先后进入了牙医、珠宝、医疗行业,未来可应用的范围会越来越广。2014年11月末，3D打印技术被时代周刊为2014年25项年度最佳发明。对消费者和企业而言，这是个福音。仅在过去一年中，中学生们3D打印了用于物理课实验的火车车厢，科学家们3D 打印了人类器官组织，通用电气公司则使用3D打印技术改进了其喷气引擎的效率。美国三维系统公司的3D打印机 能打印糖果和乐器等，该公司首席执行官阿维赖兴塔尔说：“这的确是一种巧夺天工的技术。”应用领域应用领域航天科技房屋建筑应用领域电子行业海底铺路国际空间2018年12月3日，这台名为Organaut的突破性3D打印装置，执行“58号远征”(Expedition 58)任务的“联盟MS-11”飞船送往国际空间站。打印机由Invitro的子公司“3D生物打印解决方案”(3D Bioprinting Solutions)公司建造。Invitro随后收到了从国际空间站传回的一组照片，通过这些照片可以看到老鼠甲状腺是 如何被打印出来的。美国计划于2019年春季将生物打印机送上国际空间站。2020年5月5日，中国首飞成功的长征五号B运载火箭上，搭载着新一代载人飞船试验船，船上还搭载了一台“3D打印机”。这是中国首次太空3D打印实验，也是国际上第一次在太空中开展连续纤维增强复合材料的3D打印 实验。海军舰艇2014年7月1日，美国海军试验了利用3D打印等先进制造技术快速制造舰艇零件，希望借此提升执行任务速度 并降低成本。2014年6月24日至6月26日，美海军在作战指挥系统活动中举办了第一届制汇节，开展了一系列“打印舰艇”研讨会，并在此期间向水手及其他相关人员介绍了 3D打印及增材制造技术。美国海军致力于未来在这方面培训水手。采用3D打印及其他先进制造方法，能够显著提升执行任务速度及预 备状态，降低成本，避免从世界各地采购舰船配件。美国海军作战舰队后勤科副科长Phil Cullom表示，考虑到成本及海军后勤及供应链现存的漏洞，以及面临 的资源约束，先进制造与3D打印的应用越来越广，他们设想了一个由技术娴熟的水手支持的先进制造商的全球网 络，找出问题并制造产品。航天科技2014年9月底，NASA预计将完成首台成像望远镜，所有元件基本全部通过3D打印技术制造。NASA也因此成为 首家尝试使用3D打印技术制造整台仪器的单位。这款太空望远镜功能齐全，其50.8毫米的摄像头使其能够放进立方体卫星（CubeSat,一款微型卫星）当中。据了解，这款太空望远镜的外管、外挡板及光学镜架全部作为单独的结构直接打印而成，只有镜面和镜头尚未实 现。该仪器将于2015年开展震动和热真空测试。这款长50.8毫米的望远镜将全部由铝和钛制成，而且只需通过3D打印技术制造4个零件即可，相比而言，传 统制造方法所需的零件数是3D打印的5-10倍。此外，在3D打印的望远镜中，可将用来减少望远镜中杂散光的仪器 挡板做成带有角度的样式，这是传统制作方法在一个零件中所无法实现的。3D打印火箭喷射器的测试 2014年8月31日，美国宇航局的工程师们刚刚完成了 3D打印火箭喷射器的测试，本项研究在于提高火箭发动机某个组件的性能，由于喷射器内液态氧和气态氢一起混合反应，这里的燃烧温度可 达到6000华氏度，大约为3315摄氏度，可产生2万磅的推力，约为9吨左右，验证了 3D打印技术在火箭发动机制造 上的可行性。本项测试工作位于阿拉巴马亨茨维尔的美国宇航局马歇尔太空飞行中心，这里拥有较为完善的火箭 发动机测试条件，工程师可验证3D打印部件在点火环境中的性能。医学领域医学界的3D打印是根据患者需求进行个性化护理的优秀工具，可同时简化医生、护士、药剂师等专业人员的 操作。配备3D打印机的未来医院将能复制数万个医疗设备的模型，其中包含描述制造过程的技术文件和产品符合 要求的验证。目前，3D打印在医疗保健行业中的一些应用主要是打印设备（辅助设备、注射器、手术器械）；打 印解剖结构以方便术前培训；打印定制部件（假肢、牙冠、移植物）以及生物打印。3D打印肝脏模型日本筑波大学和大日本印刷公司组成的科研团队2015年7月8日宣布，已研发出用3D打印机低价制作可以看清 血管等内部结构的肝脏立体模型的方法。据称，该方法如果投入应用就可以为每位患者制作模型，有助于术前确 认手术顺序以及向患者说明治疗方法。这种模型是根据CT等医疗检查获得患者数据用3D打印机制作的。模型按照表面外侧线条呈现肝脏整体形状，详细地再现其内部的血管和肿瘤。由于肝脏模型内部基本是空洞，重要血管等的位置一目了然。据称，制作模型需要少量价格不菲的树脂材料,使原本约30万至40万日元（约合人民币1.5万至2万元）的制作费降到原先的三分之一以下。利用3D打印技术制作的内脏器官模型主要用于研究，由于价格高昂，在临床上没有得到普及。房屋建筑一名行人从3D打印建筑旁经过2014年8月，10幢3D打印建筑在上海张江高新青浦园区内交付使用，作为当地 动迁工程的办公用房。这些“打印”的建筑墙体是用建筑垃圾制成的特殊“油墨”，按照电脑设计的图纸和方案,经一台大型3D打印机层层叠加喷绘而成，10幢小屋的建筑过程仅花费24小时。2014年9月5日，世界各地的建筑师们正在为打造全球首款3D打印房屋而竞赛。3D打印房屋在住房容纳能力和 房屋定制方面具有意义深远的突破。在荷兰首都阿姆斯特丹，一个建筑师团队已经开始制造全球首栋3D打印房屋,而且采用的建筑材料是可再生的生物基材料。这栋建筑名为“运河住宅(Canal House)”，由13间房屋组成。这个项目位于阿姆斯特丹北部运河的一块空地上，有望3年内完工。在建中的“运河住宅”已经成了公共博物馆，美国总统奥巴马曾经到那里参观。荷兰DUS建筑师汉斯韦尔默朗(Hans Vermeulen)在接受BI采访时表示，他 们的主要目标是“能够提供定制的房屋。”2014年1月，数幢使用3D打印技术建造的建筑亮相苏州工业园区。这批建筑包括一栋面积1100平方米的别墅 和一栋6层居民楼。这些建筑的墙体由大型3D打印机层层叠加喷绘而成，而打印使用的“油墨”则由建筑垃圾制 成。2015年7月17日上午，由3D打印的模块新材料别墅现身西安，建造方在三个小时完成了别墅的搭建。据建造 方介绍，这座三个小时建成的精装别墅，只要摆上家具就能拎包入住。汽车行业车身上靠3D打印出的部件总数为40个2014年9月15日，世界上已经出现3D打印建筑、裙帽以及珠宝等，第一 辆3D打印汽车也终于面世。这辆汽车只有40个零部件，建造它花费了44个小时，最低售价1.1万英镑（约合人民 币11万元）。世界第一台3D打印车已经问世这辆由美国Local Motors公司设计制造、名叫“Strati”的小巧两座家 用汽车开启了汽车行业新篇章。这款创新产品在为期六天的2014美国芝加哥国际制造技术展览会上公开亮相。3D打印技术打印一辆车需时44小时用3D打印技术打印一辆斯特拉提轿车并完成组装需时44小时。整个车身上 靠3D打印出的部件总数为40个，相较传统汽车20000多个零件来说可谓十分简洁。充满曲线的车身由先由黑色塑 料制造，再层层包裹碳纤维以增加强度，这一制造设计尚属首创。汽车由电池提供动力，最高时速约64公里，车 内电池可供行驶190至240公里。尽管汽车的座椅、轮胎等可更换部件仍以传统方式制造，但用3D制造这些零件的计划已经提上日程。制造该 轿车的车间里有一架超大的3D打印机，能打印长3米、宽1.5米、高1米的大型零件，而普通的3D打印机只能打印 25立方厘米大小的东西。2014年10月29日，在芝加哥举行的国际制造技术展览会上，美国亚利桑那州的Local Motors汽车公司现场 演示世界上第一款3D打印电动汽车的制造过程。这款电动汽车名为“Strati”，整个制造过程仅用了 45个小时。电子行业3D打印笔记本电脑 2014年11月10日，全世界首款3D打印的笔记本电脑已开始预售了，它允许任何人在自己的客厅里打印自己的设备，价格仅为传统产品的一半。这款笔记本电脑名为Pi-Top,将会到2015年五月才会正式推出。但是，通过口耳相传，它已在两周内累计获 得了 7.6万英镑的预订单。服装服饰服装服饰（2张）许多女人深知，遇到一件很合身的衣服是很不容易的事，用3D打印机制作的衣服，可谓是解 决女人们挑选服装时遇到困境的万能钥匙。一个设计工作室已经成功使用3D打印技术制作出服装，使用此技术制 作出的服装不但外观新颖，而且舒适合体。这件裙子价格为L9万人民币，制作过程中使用了 2,279个印刷板块，由3316条链子连接。这种被称作“4D 裙”的服装，就像编织的衣服一样，很容易就可以从压缩的状态中舒展开来。创始人之一，并担任创意总监的杰 西卡回忆说这件衣服花费了大约48个小时来印制。私人定制内衣精美3d打印内衣瑞士洛桑时尚设计团队使用3d打印技术为客户量身定制内衣，他们设计的内衣极具想象力。设计师使用3d打印笔，通过点，圆，线的结合，勾画出一个个精美的图海底铺路2019年5月14日，我国自主研制的第五代深水整平船“一航津平2”日前在江苏南通下水，集基准定位、石料 输送、高精度铺设整平、质量检测验收等于一体，从船体设计到建造均实现了国产化，多项性能居国际领先水平。“一航津平2”投产后将进一步巩固我国在海底隧道基础施工领域的世界领先地位。“一航津平2”因其铺设作业 的高效率和自动化，被形象地称为深水碎石铺设的“3D打印机”。发展方向发展方向标准和标准的制定机构当一间实验室作出了图纸，需要拿出来共享时，会发现有太多的格式和标准了，因此，3D打印原型机这个领 域看起来像是野蛮生长，毫无标准。开源的设计、配置和软件当有了统一的标准后，3D打印行业将会迎来开源。太多的团队注重提高自己的3D打印水平，在自我的闭环中 发展。实际上，行业需要设备和软件的开源，在统一的标准下产生更多有用、高效、开放的创新。原型机实验室原型机打印并不受到重视，所以很多医疗器械商都是在一个脏乱、布满灰尘的地方放置打印设备。其实，现 在已经有商业化运营的3D打印实验室，来帮助这些企业打印出质量更高的原型机。政策引领政策引领2015年8月23日，中共中央政治局常委、国务院总理*主持国务院专题讲座，讨论加快发展先进制造与3D打 印等问题。重要事件重要事件2013年9至12月，日本横滨某大学职员居村佳知用家里的电脑和3D打印机制作出树脂材料的枪支部件，并组 装成两把手枪。2013年11月，涉案男子居村佳知在社交网络上称“虽然已经依照枪刀法进行了改造，但仍有被警察搜查 的风险，可这是有意义的行为”、“我要进行日本第一把6连发3D打印左轮手枪的试射”，暗示将公布试射视频。居村随后在视频网站上传了自制左轮手枪的射击视频。神奈川警方2014年掌握这些线索后，随即对其展开了调 查。2014年4月，居村佳知被发现在家中持有这些枪支。2014年10月20日，日本横滨地方法院对前大学职员居村佳知被控违反枪刀法和武器等制造法用3D打 印机自制手枪案做出判决，判处被告有期徒刑两年。检方求刑3年零6个月。检方在总结陈词中指出，被告在网上 公开枪支制造方法和3D数据，滥用3D打印机可能会从根本上颠覆通过枪支管制维护的社会治安，“刑事责任重 大”。辩方则表示“被告并未意识到自己违法”，要求判处缓刑。2022年6月，澳大利亚一名18岁男子涉嫌在家中用三维（3D）打印机打造出一支功能齐全的枪，受到涉枪犯 罪指控。当地时间2023年3月11日，在佛罗里达州的卡纳维拉尔角空军基地，世界上首枚3D打印火箭，也就是美国相 对航天公司的“人族一号”多次尝试发射均宣告失败，这也是在不到一周的时间内，该火箭再次被迫推迟发射。