3D打印行业研究报告1662.docx
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1、3D打印印行业研研究报告告(胡彬220133-8-11)一、何谓谓3D打打印3D打印印机,英英文“3D Priinteers”,3D 打印这这个名称称是近年年来该产产品针对对民用市市场而出出现的一一个新词词,是通通俗叫法法,其实在在专业领领域它有有其它学学术名称称“快速成成形技术术”(及“快速原原型制造造技术”、“增量制制造技术术”、“增材制制造技术术”)。快速成形形技术(又称快快速原型型制造技技术 RRapiid PProttotyypinng MManuufaccturringg,简称称RPMM),诞诞生于220世纪纪80年代代后期,是是基于材材料堆积积法的一一种高新新制造技技术,是是一种
2、不不再需要要传统的的刀具、夹具和和机床就就可以打打造出任任意形状状,根据据零件或或物体的的三维模模型数据据,通过过成型设设备以材材料累加加的方式式制成实实物模型型的技术术,被认认为是近近20年来来制造领领域的一一个重大大成果。它集机机械工程程、CAAD、逆逆向工程程技术、分层制制造技术术、数控控技术、材料科科学、激激光技术术于一身身,可以以自动、直接、快速、精确地地将设计计思想转转变为具具有一定定功能的的原型或或直接制制造零件件,从而而为零件件原型制制作、新新设计思思想的校校验等方方面提供供了一种种高效低低成本的的实现手手段。RPM 技术是是在现代代CADD/CAAM 技技术、激激光技术术、计
3、算算机数控控技术、精密伺伺服驱动动技术以以及新材材料技术术的基础础上集成成发展起起来的。不同种种类的快快速成型型系统因因所用成成形材料料不同,成成形原理理和系统统特点也也各有不不同。但但是,其其基本原原理都是是一样的的,那就就是分层制制造,逐逐层叠加加,这种种工艺可可以形象象地叫做做增长法法或加法。形象象地讲,快快速成形形系统就就像是一一台立体打打印机,因此此得名“3D打印印机”。3D打印印机的原原理:33D 打打印机可可以根据据零件的的形状,每每次制做做一个具具有一定定微小厚厚度和特特定形状状的截面面,然后后再把它它们逐层层粘结起起来,就就得到了了所需制制造的立立体的零零件。每每个截面面数据
4、相相当于医医学上的的一张CCT 像像片;整整个制造造过程可可以比喻喻为一个个积分的过程程。当然然,整个个过程是是在电脑脑的控制制下,由由3D打印机机系统自自动完成成的。二、3DD打印的的发展历历程19844年,CCharrless Huull开开始研发发3D打打印技术术,【119866年】,他他自立门门户,创创办了世世界上第第一家33D打印印技术公公司,也也是现在在的3DD市场领领军者之之一3DD Syysteems 公司(NNYSEE: DDDD),同同年发布布了【第第一款商商用3DD打印机机】,220122年1月月,他们们收购了了另外两两家3DD打印公公司Zccorpp和Viidarr S
5、yysteems;19888年,SScottt CCrummp发明明了FDDM(热热熔挤制制成型)技技术,并并于19989年年成立了了现在的的另一家家3D打打印上市市公司斯斯川塔斯斯Strrataasyss(NAASDAAQ:SSSYSS),该该公司在在19992年卖卖出了第第一台商商用3DD打印机机。20012年年4月,SStraatassys还还收购了了以色列列的Obbjett公司,从从而成为为【全球球最大】33D打印印机制造造商。19899年,美美国麻省省理工学学院的EEmannuell M. Saachss和Joohn S. Hagggerrty等等在美国国申请了了三维印印刷技术术的专
6、利利,之后后Emaanueel MM. SSachhs和JJohnn S. Haaggeertyy又多次次对该技技术进行行完善,形形成了今今天的三三维印刷刷快速成成型工艺艺。19933年,麻麻省理工工学院获获3D印印刷技术术专利。19955年,美美国ZCCorpp公司(后后被3DDsysstemms收购购)从麻麻省理工工学院获获得唯一一授权并并开始开开发3DD打印机机。19966年,媒媒体第一一次使用用【3DD打印】这这个词来来称呼当当时的快快速成型型机,后后来取代代了之前前的称谓谓,成就就了现在在流行的的3D打打印这个个概念;20055年,市市场上首首个高清清晰彩色色3D打打印机SSpecc
7、truum ZZ5100由ZCCorpp公司研研制成功功。20088年,开开源3DD打印项项目【RRepRRap】发发布“Darrwinn”,3DD打印机机制造进进入新纪纪元;同同年,OObjeet 推推出Coonneex 5500,让让【多材材料】33D打印印成为可可能。20100年111月,世世界上第第一辆由由3D打打印机打打印而成成的汽车车Urbbee问问世。20111年6月月6日,发发布了全全球第一一款3DD打印的的比基尼尼。7月月,英国国研究人人员开发发出世界界上第一一台3DD巧克力力打印机机。8月月,南安安普敦大大学的工工程师们们开发出出世界上上第一架架3D打打印的飞飞机。2012
8、2年111月,苏苏格兰科科学家利利用人体体细胞首首次打印印出人造造肝脏组组织。目前,美美国拥有有世界上上的的打打印设备备,而中中国所占占的比例例只有,有着着很大的的提升空空间。33D打印印技术在在美国已已经产业业化,目目前全球球有两家家3D打打印机制制造巨头头,分别别Strrataasyss和3DD Syysteems,均均在美国国纳斯达达克上市市,20011年年营业收收入分别别为1.7亿美美元和22.9亿亿美元。目前国国外3DD打印机机制造商商主要有有:商用用3D打打印机主主要制造造商包括括Strrataasyss,Obbjett Geeomeetriies,Z CCorpporaatioo
9、n, 3DSSysttemss等。家家用3DD打印机机主要制制造商有有Repprapp,Maakerrbott Inndusstriies,UUltiimakker,BBotmmilll,FaabHHomee等。三、3DD打印为为什么近近两年突突然热起起来20122年3月月19日日,美国国总统奥奥巴马在在卡内基基梅隆大大学宣布布创立美美国“制造创创新国家家网络”计划。由政府府主导、联邦政政府和工工业部门门共同斥斥资100亿美元元逐步建建立155个“制造创创新中心心”,组成成创新网网络。220122年4月月21日日,英国国经济济学人刊刊文第第三次工工业革命命,认认为3DD打印技技术将与与其他数数
10、字化生生产模式式一起,推推动第三三次工业业革命的的实现。20112年88月166日,美美国“国家增增材制造造创新中中心”作为其其首个“样板示示范”创新中中心剪彩彩成立。作为新新技术研研究、开开发、示示范、转转移和推推广的基基础平台台,号称称要成为为增材制制造技术术全球卓卓越中心心并提升升美国制制造全球球竞争力力。至此此,3DD打印作作为媒体体和资本本的新宠宠,风风风火火地地从幕后后走向台台前,发发展如火火如荼。从飞机机、汽车车、枪支支、巧克克力、比比基尼到到星球再再造式的的沙漠打打印,让让越来越越多的人人了解到到3D打打印技术术,开始始憧憬着着未来革革命性的的技术将将对这个个世界带带来的影影响
11、。四、3DD打印国国内外现状状1、3DD打印国国外现状状除了上面面已提到到的国外外的企业业/高校校及产品品,下面面再列举举一些比比较知名名的:119966 年,33D SSysttemss、Sttrattasyys、ZZ Coorpoorattionn公司分分别推出出 Acctuaa 21100、Gennisyys、ZZ4022产品,第第一次使使用了“3D 打印机机”的称谓谓。20005 年,ZZ Crropoorattionn 发布布Speectrrum Z5110,这这是世界界上第一一台高精精度彩色色3D打打印机。同一年年,英国国巴恩大大学的AAdriian Bowwyerr发起开开源3D
12、D打印机机项目RRepRRap,其其目标是是制造出出“自我复复制机”,通过过 3DD 打印印机本身身,能够够制造出出另一台台3D打打印机。20008 年年,第一一版ReepRaap发布布,代号号“Darrwinn”,能够够打印自自身500% 的的元件,体体积仅一一个箱子子大小。1)、国国外知名名3D打打印企业业及机构构产品介介绍德国EOOS公司司的金属属粉末烧烧结机-EOSSEOSIINT M2770金属属激光烧烧结系统统,该设设备采用用EOSS公司研研发的DDMLSS技术(DDireect Mettal Lasser-Sinnterringg)进行行金属件件制作。EOSSINTT M2270
13、激激光烧结结系统采采用的是是Yb-fibbre激激光发射射器,具具有高效效能、长长寿命等等特点。精准的的光学系系统能够够保证模模型的表表面光滑滑度和准准确度。氮气发发生装置置以及空空压系统统则使设设备的使使用更加加安全。技术参参数:最最大成型型尺寸 2500mm2500mm2155mm;建造速速度 22-300mm33/秒;层厚 20-1000微米;激光发发射器类类型 YYb-ffibrre激光光发射器器 2000W;光学系系统 FF-thhetaa-leens;扫描速速度最高高速度为为7m/秒秒;支撑结结构无;电源 2200V,332A或或3800V,116A;最大功功率 555000W;氮
14、发生生装置标标准;压缩空空气支持持 7bbar,20m3/小时;产品尺寸2000mm1050mm1940mm;建议安装空间 3500mm3600mm2500mm;重量 1130kg;数据处理PC Windows操作系统;软件 EOS RP Tools.Magics RP(Materialise);CAD接口 STL或其他可转换的格式;网络以太网;产品认证 CE,NFPA;可使用材料 不锈钢材料 钴铬钼合金MP1 钴铬钼合金SP1 马氏体钢 钛合金 纯钛 超级合金IN718 铝合金。美国3DD SYYSTEEMS公公司这款sPPro 2500 SLLM商用用型金属属3D打打印机为为目前比比较先进
15、进的制造造系统,能能够提供供长达为为3200毫米(112.66英寸)的的高工艺艺金属零零件,具具有出色色的表面面光洁度度、精细细的功能能性细节节与严格格的公差差。可以以选择广广泛范围围的金属属合金使使用,包包括铝和和钛。ssProo 2550 SSLM商商用型金金属3DD打印机机的应用用领域包包括产品品质量原原型的功功能测试试,具有有有机或或高度复复杂的几几何形状状。快速速小批量量制造金金属部件件的其他他应用范范例包括括:定制制医疗植植入物、轻量级级航空航航天和赛赛车部件件、高效效散热片片、带有有随形冷冷却管道道的注塑塑模具镶镶件,以以及牙帽帽、牙冠冠和牙桥桥。SLLM工艺艺使用高高功率激激光
16、逐层层熔化直直接来自自CADD数据的的金属细细粉末,以以创建功功能性金金属部件件。每一一层操作作完后重重新喷粉粉机系统统将堆积积厚度范范围从220到1100微微米的一一个新粉粉末层。SLMM系统采采用市售售的气体体雾化金金属粉末末产生完完全致密密的金属属零件,包包括不锈锈钢、钛钛、钴铬铬合金及及工具钢钢的材料料。这些些系统在在设计伊伊始均考考虑到工工具库或或工人的的需求,带带有一个个简单的的触摸屏屏用户界界面,便便于管理理粉末处处理系统统,结构构坚固。只需选选择满足足客户特特定应用用需求的的一种围围护结构构与材料料。3D打印印技术在在美国已已经产业业化,目目前有两两家3DD打印机机制造巨巨头,
17、分分别是SStraatassys(开开发制订订行业标标准技术术之一FFDM)和和3D Sysstemms(33D打印印技术的的创始者者),均均在美国国纳斯达达克上市市,20011年年营业收收入分别别为1.7亿美美元和22.9亿亿美元。20111年33D打印印市场规规模177.1亿亿美元。不过,这这一数字字仅占全全球制造造市场的的0.002%。以色列oobjeet公司司Objeet是快快速成型型和快速速制造的的光固化化技术先先锋,开开发者,生生产商及及高精度度,高分分辨率三三维打印印方案的的全球市市场推广广者。OObjeet系统统都是基基于经过过市场证证明的自自身专利利技术的的光敏树树脂喷射射技
18、术,使使得极为为复杂的的三维部部件都可可以以高高品质,高高精度和和高速度度打印出出来。PPolyyjett的打印印头类似似于行式式打印机机,沿着着X轴前前后滑动动,在成成型室里里铺上一一层超薄薄的光敏敏树脂。每铺完完一层后后,喷头头架边上上的紫外外光球立立即发射射紫外光光,快速速固化和和硬化每每层光敏敏树脂。这一步步骤减少少了使用用其他技技术所需需的后处处理过程程。每打打印完一一层,机机器内部部的成型型底盘就就会极为为精确地地下沉,而而喷头继继续一层层一层地地工作,直直到原型型件完成成。精密密的工具具软件保保证了所所有的喷喷头能协协调运作作,能同同步地往往底盘上上喷射等等量的材材料。这这就产生
19、生了特别别平坦和和光滑的的表面。成型时时使用了了两种不不同的光光敏树脂脂材料:一种是是用来成成型实体体部件的的成型材材料,另另一种类类胶体的的用来支支撑部件件的支撑撑材料。支撑结结构的骨骨架先提提前预排排好程序序用来配配合复杂杂的成型型件(如如空腔,悬悬垂,底底切,薄薄壁的截截面)。成型完完成后,只只用一个个水喷头头就可以以轻易地地移除支支撑材料料,留下下光滑的的表面。南非科工工研究理理事会国国家激光光中心该中心研研究人员员在激光光添加制制造技术术(Adddittivee Maanuffactturiing),一一种最新新的快速速成型制制造技术术上取得得突破。该项技技术的概概念试验验论证显显示
20、,其其生产速速度是现现有的可可商业化化的选择择性激光光烧结技技术的88.3倍倍。目前前,利用用该技术术可以生生产不超超过5000毫米米的小尺尺寸部件件,而当当日揭牌牌的Aeerosswifft项目目将致力力于制造造2mxx0.55m 的的大尺寸寸部件。这将有有助于南南非航空空制造公公司Aeerossud在在三年内内跻身世世界航空空结构件件制造的的先进行行列。南南非科工工研究理理事会与与Aerrosuud公司司共同承承担了南南非科技技部资助助的Aeerosswifft项目目,旨在在开发制制造速度度快批量量大的激激光添加加快速成成型技术术,为全全球航天天业制造造金属钛钛部件。Aerroswwift
21、t项目的的关键是是5千瓦瓦IPGG单光纤纤激光二二极管发发生器,它它是激光光添加制制造技术术的核心心。国家家激光中中心希望望在20012年年底、220133年初完完成该项项技术设设备的安安装与测测试工作作,之后后将其拆拆分,运运至Ceentuurioon的航航天谷,在在那里重重新组装装并投入入生产。南非AAeroosudd公司总总经理在在谈到其其发展目目标时表表示,220133年该技技术将在在试验厂厂投入使使用,然然后再用用一至两两年时间间进行实实际开发发并获得得生产资资质,220155年实现现与全球球航空公公司合作作,为其其提供小小批量、高附加加值、复复杂的钛钛金属部部件。2)、国国外3DD
22、打印案案例20100年3月月,一位位名为恩恩里科迪尼(EEnriico Dinni)的的发明家家设计出出了一种种神奇的的3D打打印机,它它甚至可可以“打印”出一幢幢完整的的建筑。据恩里里科迪尼介介绍,这这种打印印机的原原料主要要是沙子子。当打打印机开开始工作作时,它它的上千千个喷嘴嘴中会同同时喷出出沙子和和一种镁镁基胶。这种特特制的胶胶水会将将沙子粘粘成像岩岩石一样样坚固的的固体,并并形成特特定的形形状,然然后只需需要按照照预先设设定的形形状一层层层喷上上这种材材料,最最终就可可以“打印”一个完完整的雕雕塑或者者教堂建建筑。美国南加加州大学学Behhrokkh KKhosshneeviss教授
23、预预计,截截至20050年年,使用用石灰、水泥为为耗材的的“3D打打印房子子”将实现现,200小时内内就能打打印出一一套房子子,住55100年都没没有问题题。意大利设设计师MMarcco GGiubbellli使用用三维打打印机,帮帮助客户户打印出出了一个个90米米长大坝坝的3DD模型,展展示大坝坝建成后后的样子子。20111年,世世界上首首款应用用3D打打印技术术的汽车车“Urbbee”在经过过15年年的艰苦苦研制后后在加拿拿大亮相相,这辆辆名为“Urbbee”的汽车车包括玻玻璃嵌板板在内的的所有外外部组件件都是通通过大型型3D打打印设备备生产。 20112年88月,世世界上第第一辆33D打
24、印印赛车“阿里翁翁”,在德德国霍根根海姆赛赛道完成成测试,最最高时速速达1441公里里。从设设计到打打印,“阿里翁翁”车身的的出炉仅仅用时33周,所所使用的的3D打打印机,能能打印最最大尺寸寸达到22106880厘厘米的零零部件。威斯康星星州工程程师、业业余枪械械师迈克克尔格斯林林克(MMichhaell Guusliick)日前使使用Sttrattasyys 33D打印印机以及及从网络络上下载载的设计计图,成成功打印印出了AAR-115步枪枪的下机机匣,并并把它变变成了一一支枪。迈克尔尔不是使使用打印印机来打打印整只只枪,步步枪的其其他部分分,则是是利用标标准部件件组装而而成。迈迈克尔提提供
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