3D打印技术专业建设方案60万.docVIP

3D打印技术方向筹建方案 一、背景 3D打印（学术上称增材制造、快速成形、快速制造等）技术高度融合数字化设计与数字化制造，是一项被看作有望引领“第三次工业革命”的先进制造技术。该技术改变了传统制造工艺对材料的利用方式，特别适合用于航空航天、武器装备、创意产品开发阶段的复杂结构的快速验证，在缩短开发周期和降低成本方面优势明显，是实现自主创新的有力技术手段。 美国等西方发达国家非常重视此技术，2012年3月9日美国总统奥巴马将3D打印制造技术列为美国15个制造业创新中心之一，并作为首个样板示范中心于2012年8月16日成立，奥巴马总统亲自出席了剪彩仪式。我国亦不例外，如北京、西安、上海、江苏、广东、山东、四川、安徽、黑龙江等省市已或准备投入人力和物力加大3D打印技术的研发与产业化。 我国是制造大国，但还不是制造强国。大部分制造领域依靠低成本人力与国外同行抗争，必须寻找持续发展的技术制高点。因此，我国已经从国家层面制定了3D打印的技术发展路线图，相关专项也将陆续实施，正面临快速发展的大好时机！在这种大的背景下，在学校建立3D打印技术方向或学科，培养3D打印技术相关的人才是大势所趋。 1、3D打印的原理和优势 3D打印技术是近30年来全球先进制造领域兴起的一项集光/机/电、计算机及新材料等学科于一体的先进制造技术。与切削等材料“去除法”不同，该技术通过将粉末、液体及片状等离散材料逐层堆积，“自然生长”成三维实体。 与其他制造技术相比，3D打印技术具有如下突出优点： （1）3D打印是传统制造工艺的深刻变革。理论上，只要在计算机上设计出结构模型，就可以在无需刀具、模具及复杂工艺条件下快速地将“设计”变为“实物”。不但在节省材料方面具有突出优势，还可加工传统方法难加工甚至是无法加工的复杂结构，特别适合于航空航天发动机空心叶片（图1a）、随形冷却模具（图1b）及个性化骨骼植入体（图1c）等批量小、结构复杂零件的快速制造，符合现代和未来制造业的发展趋势。 （a） （b） （c） 图1 复杂结构零件：（a）空心叶片；（b）具有内部随形冷却水道的模具； （c）个性化结构钛合金骨骼植入体 （2）3D打印是制造技术的重大飞跃。相比机加工、铸锻焊等传统工艺，3D打印是一种新兴的高科技技术，综合应用了CAD/CAM、激光、光化学以及材料科学等诸多技术。由于简化或省略了工艺准备、试验等环节，产品数字化设计、制造、分析高度一体化，显著缩短新产品开发定型周期，降低成本，实现“今日完成设计，明天得到成品”。此外，3D打印突破了结构几何约束，能够制造出传统方法无法加工的非常规结构特征，这种工艺能力对于实现零部件轻量化、优化性能有极其重要的意义。 （3）3D打印是制造模式的一次“革命”。3D打印作为一种新工艺，将改变第二次工业革命产生的以“装配生产线”为代表的大规模生产方式，使批量生产向个性化、定制化转变，实现生产方式的变革。该技术的应用将有效减少产品推向市场的时间。用户获得产品设计图后可在数小时内将产品“打印”出来，不需要大规模生产线，不需要库存大量零部件，也不需要大量的设计和生产工人，改变了传统制造模式。 2、常见的3D打印技术 (1)熔积成型法（FDM——Fused Deposition Modeling） 该方法使用丝状材料（石蜡、金属、塑料、低熔点合金丝）为原料，利用电加热方式将丝材加热至略高于熔化温度（约比熔点高 1℃），在计算机的控制下，喷头作x-y平面运动，将熔融的材料涂覆在工作台上，冷却后形成工件的一层截面，一层成形后，喷头上移一层高度，进行下一层涂覆，这样逐层堆积形成三维工件。该方法污染小，材料可以回收，主要用于中、小型工件的成形。 (2) 光固化立体造型(SLA-Stereolithography) 将计算机控制下的紫外激光按预定零件各分层截面的轮廓为轨迹对液态光敏树脂逐点扫描,被扫描的树脂薄层产生光聚合反应固化形成零件的一个截面, 再敷上一层新的液态树脂进行扫描加工,如此重复直到整个原型制造完毕。这种方法的特点是精度高、表面质量好,能制造形状复杂、特别精细的零件,不足是设备和材料昂贵,制造过程中需要设计支撑。 (3) 选择性激光烧结(SLS -Se1ected Laser Sintering) SLS是采用激光有选择地分层烧结固体粉末，并使烧结成型的固化层层层叠加生成所需形状的零件。其整个工艺过程包括CAD模型的建立及数据处理、铺粉、烧结以及后处理等。SLS 最突出的优点在于它所使用的成型材料十分广泛。从理论上说，任何加热后能形成原子间粘结的粉末材料均可作为其成型材料。目前，可成功进行SLS 成型加工的材料有石蜡、高分子、金属、陶瓷