项目1 3D打印技术概况
（1）3D打印技术概述
在多数人看来3D打印还是一个新生事物，其实在几十年前3D打印设想已开始酝酿。设计领域的许多人都知道3D CAD（3D计算机辅助设计），从20世纪70年代诞生到现在，3D CAD历经几十年的发展，已经成为广大设计人员的有力工具。快速成型（Rapid Prototyping，RP）技术几乎与3D CAD的发展同步，人们从使用3D CAD的那天起就希望方便地将设计“转化”为实物，因此也就有了发明3D打印机的必要。
（2）3D打印工艺简介
3D打印技术又被称作增材制造技术或快速成型技术。简单来说，3D打印就是一种将数字模型简单、快速地转化为实体模型的制造方法。根据零件的形状，每次制作一个具有一定厚度和特定形状的截面，再把它们逐层黏结起来，就得到了所需要的立体零件。当然，整个过程是在计算机的控制下，由3D打印系统自动完成的。
不同公司制造的3D打印设备所用的成型材料不同，系统的工作原理也有所不同，但其基本原理都是一样的，那就是“分层制造、逐层叠加”。这种工艺可以形象地叫作“增长法”或“加法”。
自3D Systems公司1988年推出第一台产品——SLA快速成型机以来，已经有十几种不同的成型工艺问世，其中比较成熟的有FDM、SLM、SLS、SLA、CJP和PolyJet等。
（3）3D打印常用材料介绍
基于材料堆积方式的3D打印技术改变了传统制造的去除材料的加工方法，其材料是在数字化模型离散化基础上通过累积式的建造方式堆积成型的。因此，3D打印技术对材料在形态和性能方面都有了不同的要求。在早期3D打印工艺方法的研究中，材料研发根据工艺装备研发和建造技术的需要而发展，同时，每一种3D打印工艺的推出和成熟都与材料研究及开发密切相关。一种新的3D打印材料的出现往往会使3D打印工艺及设备结构、成型件品质和成型效率发生巨大的进步。用于3D打印的材料根据实体建造原理、技术和方法的不同分为薄层材料、液态材料、粉状材料、丝材等。不同的制造方法对应的成型材料的性状是不同的，不同的成型制造方法对成型材料性能的要求也是不同的。在3D打印技术发展的初期，一般都是设备制造商在从事所需求的材料的研究。随着3D打印技术的发展和推广，许多材料专业公司也加入3D打印材料的研发中，3D打印材料正向着高性能、系列化的方向发展。
根据目前较为常用的3D打印材料来看，其性状的分类比较清晰，有液态材料、薄层材料、粉末材料、丝状材料等，分类见表1.1。
表1.1 3D打印材料的种类
3D打印材料及其性能不仅影响着制件的性能及精度，也影响着与制造工艺相关联的建造过程。3D打印工艺对材料性能的总体要求有以下几个方面：
①适应逐层累加方式的增材制造建造模式。
②在各种3D打印的建造方式下能快速实现层内建造及层间连接。
③制件具有一定的尺寸精度、表面质量和尺寸稳定性。
④确保制件具有一定的力学性能稳定性及可降解性。
⑤无毒，无污染。
（4）3D打印的应用领域
3D打印具体应用领域包括：
①工业制造：产品概念设计、原型制作、产品评审、功能验证；制作模具原型或直接打印模具，直接打印产品；3D打印的小型无人飞机、小型汽车等概念产品已经问世；3D打印的家用器具模型，也被用于企业的宣传、营销活动中。
②文化创意和数码娱乐：形状和结构复杂、材料特殊的艺术表达载体。科幻电影《阿凡达》运用3D打印塑造了部分角色和道具，3D打印的小提琴接近手工艺制作的水平。
③航空航天、国防军工：形状复杂、尺寸微细、性能特殊的零部件、机构的直接制造。
④生物医疗：人造骨骼、牙齿、助听器、义肢等。
⑤消费品：珠宝、服饰、鞋类、玩具、创意DIY作品的设计和制造。
⑥建筑工程：建筑模型风洞试验和效果展示，建筑工程和施工（AEC）模拟。
⑦教育：用模型来验证科学假设，并用于不同学科的实验、教学之中。