分布式生产设施的实现；
•二是“智能生产”--主要涉及整个企业的生产物流管理、人机互动以及
3D技术在工业生产过程中的应用等
•三是“智能物流”--主要通过互联网、物联网、物流网，整合物流资源，
充分发挥现有物流资源供应方的效率，而需求方，则能够快速获得服务匹配，得到 物流支持。
中国制造2025
中国制造2025
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原理：激光切割
加工平面
热压辊
材料：金属箔、纸；
控制计算机
截层厚度：0.07~0.15mm
精度：与切割材质有关
升降台 料带
收料轴
供料轴
优缺点：适合大中型制件； 成型速度快；精度不高； 材料浪费；废料清理困难
LOM展件
LOM成型材料
• 薄材，如纸、塑料薄膜 • 涉及三个方面的问题：
–纸 – 热熔胶 – 涂布工艺
成型原理：粉末粘结 成型材料：石膏基粉粉末 截层厚度： 0.076～0.254mm 可控精度：0.1mm 优缺点：强度低，成形速度快， 可以制作彩色原型。
3DP工艺
3DP工艺过程
–每一层粉末粘结完毕后，成型缸下降一个距离（等于层 厚：0.013～0.1mm）,供粉缸上升一高度，推出若干粉末， 并被铺粉辊推到成型缸，铺平并被压实 –喷头在计算机控制下，按下一层的成形数据有选择地喷 射粘结剂建造该片层，铺粉辊铺粉时将多余的粉末收集 回供粉缸 –如此周而复始地送粉、铺粉和喷射粘结剂，最终完成一 个三维实体的粘结。未被喷射粘结剂的地方为干粉，在 成形过程中起支撑作用，成形结束后，比较容易去除
（1）使用具有不同化学性质的粉末混合料，该混合料的液相来自低熔点 组元的熔化或者低熔共晶物的形成。如：聚合物包裹的金属粉末或陶瓷 粉末 （2）将预合金化的粉末加热到固相线温度和液相线温度之间的温度，进 行超固相线温度烧结。如：金属粉末、塑料颗粒
铺粉与铺粉密度
铺粉时，铺粉辊筒一边向前平移，一 边自转。粉末在辊筒压力的作用下，克服粉 末颗粒间微弱的吸附力(结合力及摩擦力)互 相滚动或滑动而变得致密。 因此，在铺粉厚度、铺粉辊筒平移 及自转速度不变的情况下，粉末颗粒的大小 及形状是影响铺粉密度的重要因素。
全球3D打印行业信息统计
• 权威调研机构Gartner的报告正式出炉，2014年全球3D打印机出货 量为108151台。 • Wohlers2014年度报告指出，全球个人3D打印机市场在2013年明显 提速扩张，销售收入实现了同比116.7%的增长，达到了8700.6万美 元，在3D打印产业整体市场的占比从过去的6.5%显著增长到了9%。
创客运动
安德森说：“人们用数字化工具在线制造可以触摸的实实在 在的物品，这就是创客运动 线下真实世界产业革命的基础是3D打印技术，它就像代码之 于网络
大众创业 万众创新
传统厂商的加入推动3D打印市场发展
• • • • • • • • 苹果 微软 谷歌 Adobe autodesk 惠普 海尔 联想
Structure sensor
谷歌模块化手机--Project Ara Spiral 2
思考：
3d打印+物联网+大数据+云计算+互联网＝
？
什么是三维打印？
三维打印（快速原型或增材制造）是根据分 析CAD数据得到加工路径，通过材料叠加堆积而形 成三维实体模型的工艺总称。
三维打印技术的研究
• • 20世纪70年代末到80年代初，美国的Alan J.Hebert、日本的小玉秀、美国 UVP公司的Chareles W.Hull等人相继提出了快速原型(Rapid Prototyping， RP）的概念。 国内，清华大学激光快速成形中心最早于1992年前后进行了快速成形（三 维打印）技术的研究，是国内最早从事快速成形技术研究的机构
SLA工艺对光敏树脂的要求
• 溶胀小 –湿态成型件在液态树脂中的溶胀会造成零件尺寸偏 大 • 储存稳定性好 –不发生缓慢聚合反应 –不发生因其中组分挥发而导致粘度增大 –不被氧化而变色 • 毒性小 • 成本低 –目前进口材料约1200元/公斤
LOM 分层实体制造
• 采用激光切割箔材，箔材之间靠热熔胶在热压辊的 压力和传热作用下熔化并实现粘接，一层层叠加制 造原型。 CO 激光器
3D打印技术与应用
北京太尔时代科技有限公司
第三次工业革命的提出引起全球三维打印机热潮
2012年4月21日英国《 經濟學人》雜称以3D打印为 代表，以数字化、人工智能 化制造与新型材料的应用为 标志的第三次工业革命已经 到来，3D打印機將像蒸汽機、 內燃機和計算機一樣,開創一 個嶄新的工業時代。
工业4.0
德国联邦教研部与联邦经济技术部在2013年汉诺威工业博览 会上提出的概念，旨在提升制造业的智能化水平，建立具有 适应性、资源效率及人因工程学的智慧工厂，在商业流程及 价值流程中整合客户及商业伙伴。其技术基础是网络实体系 统及物联网。
三大主题 •一是“智能工厂”--重点研究智能化生产系统及过程，以及网络化
激光束
优缺点：材料使用广；适 合中小型制件；成型效率 不高；后处理复杂
SLS展件
“球化”现象
– 粉末熔化后，液体质点对固体金属粉末的作用力远比松散的固体 金属粉末之间的作用力大，结果导致金属粉末被液体质点粘结形 成较大的球体，激光功率越大，球的直径也越大
烧结机理模型
“球化”现象的解决办法
• 多元系液相烧结
SLA展件
SLA的成型材料
• 液态光敏树脂
– 在一定波长（λ=325/355nm）和功率（P=30~40mW）的光源照 射下能迅速发生光聚合反应，分子量急剧增大，材料也从液态 转变成固态 1. 紫外光敏树脂 2. 可见光敏树脂
SLA工艺对光敏树脂的要求
• 固化收缩率小 –光敏树脂在由液态转化为固态的过程中会产生 内应力收缩 –导致原型件在制作过程中的变形、翘曲、开裂 等，成型件的精度降低，机械性能下降 –是SLA制件精度最主要的影响因素 • 机械性能良好 –一定的硬度、强度等以满足使用的需要
– 不仅能制造塑料制件，还能制造蜡模、陶瓷和金属零件；能直接 制造制件
• 成型精度一般
– 制件翘曲变形相对较小，对于容易发生变形的地方应设计有支撑 结构
• 适合中小零件的生产
– 实心零件成型时间较长
• 与铸造工艺的关系极为密切
– 烧结的陶瓷型可作为铸造之型壳、型芯，蜡型可做蜡模，热塑性 材料烧结的模型可做消失模
SLS的材料
• 粉末或颗粒
–蜡粉、聚苯乙烯（PS)、工程塑料（ABS）、聚碳酸酯 （PC)、尼龙（PA)、金属粉末、覆膜砂、覆膜陶瓷粉 等 –近年来更多的采用复合粉末，粉粒直径为50～125µm
• SLS工艺最大的优点
–选材较为广泛，如尼龙、蜡、ABS、树脂裹覆砂（覆 膜砂）、聚碳酸脂（Poly Carbonates）、金属和陶 瓷粉末等都可以作为烧结对象
LOM工艺对纸的性能要求
• • • • • • •
抗拉强度 浸润性 抗湿性 收缩率小 易打磨 稳定性 易剥离
保证在加工过程中不被拉断 保证良好的涂胶性能 不易吸水 不因水份损失而变形 表面光滑 零件可长期保存 垂直方向抗拉强度不是很大
LOM工艺对热熔胶的性能要求
• 热熔胶的主要成份
– EVA树脂+增粘剂+蜡+抗氧化剂等
三维打印技术的常见工艺
分类 SLA SLS FDM 3DP LOM
各种工艺的诞生
• 1989年，C.R.Dechard发明SLS技术，利用高强度激光将 材料粉末烤结，直至成型。后来，美国DTM公司（现已并 入美国3DSystems公司）于1992 年推出了该工艺的商业 化生产设备Sinter Sation。 1992年，Helisys发明LOM技术，利用薄片材料、激光、 热熔胶来制作物体。 1993年，麻省理工大学教授Emanual Sachs发明ThreeDimensional Printing技术（3DP技术）， 1995年，Z Corporation（现已被3D System收购）获得 麻省理工大学的许可，利用该技术来生产第一台彩色3D 打印机。 2008年，开源3D打印项目RepRap发布“Darwin”，3D打 印机制造进入新纪元； 2008年，以色列objet公司（现已与美国Stratasys公司 合并）推出Conne*500，让多材料3D打印成为可能。
《中国制造2025》是中国版的“工业4.0”规划。规划经李 克强总理签批，由国务院于2015年5月8日公布。 规划提出了《中国制造2025》提出，坚持“创新驱动、质量 为先、绿色发展、结构优化、人才为本”的基本方针，坚持 “市场主导、政府引导，立足当前、着眼长远，整体推进、 重点突破，自主发展、开放合作”的基本原则，通过“三步 走”实现制造强国的战略目标：第一步，到2025年迈入制造 强国行列；第二步，到2035年我国制造业整体达到世界制造 强国阵营中等水平；第三步，到新中国成立一百年时，我制 造业大国地位更加巩固，综合实力进入世界制造强国前列。
FDM熔融沉积成形
• 采用丝状热塑性成形材料，连续地送入喷头后在其 中加热熔融并挤出喷嘴，逐步堆积成形。
喷头 料丝
原理：激光热熔 材料：塑料丝 截层厚度： 0.025~0.76mm 成型精度：低 优缺点：成形材料广泛 成形过程对环境无污染 容易制成桌面化和工业化 RP系统
喷头 成形工件
FDM
FDM的材料
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SLA光固化（立体光刻）
• 采用激光一点点照射光固化液态树脂使之固化的方 法成形，是当前应用最广泛的一种高精度成形工艺。
成型原理：光照
光敏树脂 刮平器 液面 升降台
紫外激光
器
成形零件
Zቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
成型材料：光敏树脂 截层厚度：0.04~0.07mm 可控精度：0.1mm
优缺点：表面质量好，精度 较高；应用 小件；需要支撑 结构；材料有污染