3D打印技术可行性分析教学课件.ppt
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1、3D3D打印技术行业打印技术行业2016年6月30日12022-12-3目录CONTENTS行业基本概况行业基本概况3D打印国家政策法规打印国家政策法规市场分析市场分析行业典型企业分析行业典型企业分析3D打印技术应用领域打印技术应用领域1.1概念1.2原理技术1.3与传统企业相比特点1.43D打印优势1.5主要技术方法2.1国家高新技术研究发展计划2.2国家增材制造产业发展推进计划(20152016年)3.1生物医学3.2工业领域3.3建筑业3.4消费领域4.1国内外市场分析4.2产业链分析4.3市场主要挑战4.4未来发展趋势5.1国际3D打印行业巨头5.2国内3D打印行业典型企业分析2202
2、2-12-3行业基本概况32022-12-33D 打印技术,即快速成型(RP,Rapid Prototyping)技术,是一种新型制造技术,与传统的切削加工不同,RP 技术采用逐层材料累加法加工实体模型,故也称为增材技术制造(AM,Additive Manufacturing,也作 MIM,Material Increase Manufacturing)或分层制造技术(LMT,Layered Manufacturing Technology)。3D打印技术以计算机三维设计模型为蓝本,通过软件分层离散和数控成型系统,利用激光束、热熔喷嘴等方式将金属粉末、陶瓷粉末、塑料、细胞组织等特殊材料进行逐层
3、堆积黏结,最终叠加成型,制造出实体产品。42022-12-3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
4、打印十分相似。这项打印技术称为3D立体打印技术。52022-12-3图图1-3D打印流程图打印流程图 图图2-堆积成型原理图堆积成型原理图62022-12-3与传统制造业相比特点与传统制造业相比特点传统制造3D打印大量制造,以量制价小量生产,成本均一规格化定制化减法制造,产品设计受模具限制加法制造,能实现任何设计手工制造数字化制造劳动力密集脑力密集跨国企业在人力便宜之处设工厂跨国企业在各国市场所在地设工厂设计和生产线距离遥远设计即生产,随时回应市场需求72022-12-33D3D打印技术优势打印技术优势降低产品制造的复杂程度 与传统制造业通过模具、车铣等机械加工方式对原材料进行定型、切削以最终
5、生产不同,3D打印将三维实体变为若干个二维平面,通过对材料处理并逐层叠加进行生产,大大降低了制造的复杂度。扩大了生产制造的范围这种数字化制造模式不需要复杂的工艺、不需要庞大的机床、不需要众多的人力,直接从计算机图形数据中便可生成任何形状的零件,使生产制造得以向更广的生产人群范围延伸,可以造出任何形状的物品。缩短生产制造的时间,提高效率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。减少产品制造的流程 实践了首件的净型成形,这样后期辅助加工量大大减少,避免了委外加工的
6、数据泄密和时间跨度,尤其适合一些高保密性的行业,如军工、核电领域。即时生产且能够满足客户个性化需求 3D打印机可以按需打印,即时生产减少了企业的实物库存,企业可以根据客户订单使用3D打印机制造出特别的或定制的产品满足客户需求。开发出更加丰富多彩的产品 传统制造技术和工匠制造的产品形状有限,制造形状的能力受限于所使用的工具。3D打印机可以突破这些局限,开辟巨大的设计空间,甚至可以制作目前可能只存在于自然界的形状。提高原材料的利用效率与传统的金属制造技术相比,3D打印机制造金属时产生较少的副产品。随着打印材料的进步,“净成形”制造可能成为更环保的加工方式。提高产品的精确度扫描技术和3D打印技术将共
7、同提高实体世界和数字世界之间形态转换的分辨率,我们可以扫描、编辑和复制实体对象,创建精确的副本或优化原件。82022-12-3主要技术方法主要技术方法3D 打印设备经过多年发展已经形成多种技术路线,若按照材料来分主要分为两类,一类金属材料增材制造工艺技术,包括激光选区融化(SLM)、激光近净成形(LENS)、电子束选区熔化(EBSM)、电子束熔丝沉(EBDM)等;第二类是非金属材料增材制造工艺技术,包括光固化成型(SLA)、熔融沉积成型(FDM)、激光选区烧结(SLS)、三维立体打印(3DP)、材料喷射成型等。92022-12-3主要技术方法主要技术方法 SLA光固化快速成形SLA,又称立体光
8、刻、光成形等,是一种采用激光束逐点扫描液态光敏树脂使之固化的RP成形工艺。设备厂家:FormlabsOldWorldLabsASIGA3D SystemsStratasysVoxeljet日本CMET公司以色列Cubital 公司应用:对样品形状及尺寸进行直观分析102022-12-3主要技术方法主要技术方法 FDM 溶融沉积成型FDM工艺由美国工程师ScottCrump于1988年研制成功,一般是热塑性材料,以丝状供料。材料在喷头内被 加热融化,喷头沿零件截面轮廓和填充轨迹运动,同时将熔化的材料挤出,材料迅速凝固,并与周围的材料凝结。设备产家:StratasysMakerbot太尔时代Sol
9、idoodleUltimaker3D SystemsBotObjects 应用实例:112022-12-3主要技术方法主要技术方法 LENS 激光溶覆快速制造技术,或激光近形制造技术=激光溶覆技术+快速原型技术,是由美国Sandia国家实验室的 David Keicher发明的。1999年,LENS获得了美国工业界“最富创造力的25项技术”之一的称号。设备产家:美国Stratasys公司清华大学 应用:涡轮动力设备修复和改造高载荷、低转速、高精度、高合金零部件的修复和强化汽车覆盖件大型模具激光修复与强化矿山机械零件的激光强化与修复122022-12-3主要技术方法主要技术方法3DP 3DP是美
10、国麻省理工学院Emanual Sachs等人研制的。E.M.Sschs于1989年申请了3DP专利,该专利是非成形材料微滴喷射成形范畴的核心专利之一。3DP工艺与SLS工艺类似,采用粉末材料成形,如陶瓷粉末,金属粉末。所不同的是材料粉末不是通过烧结连接起来的,而是通过喷头用粘接剂(如硅胶)将零件的截面“印刷”在材料粉末上面。用粘接剂粘接的零件强度较低,还须后处理。设备产家:Zcorporation公司EX-ONE公司 132022-12-33D打印行业国家政策法规142022-12-3 国家高技术研究发展计划国家高技术研究发展计划政策解读面向航空航天大型零件激光熔化成型装备研制及应用(国拨经费
11、控制额不超过1000万元,前沿技术研究类)针对航空航天产品研制(试制)过程中单件、小批量需求,研制适合钛合金等难加工零件直接成型的大型零件激光熔化成型装备,台面2米2米,制件精度控制在1%以内,堆积效率达300cm3/h以上。制定相关工业技术标准,并在航空航天产品研制零部件制造中进行应用。面向复杂零部件模具制造的大型激光烧结成型装备研制及应用(国拨经费控制额不超过1000万元,前沿技术研究类)针对复杂零部件模具快速制造的需求,研制适合制造蜡模、蜡型、砂型制造,以及尼龙等塑料零件制造的大型激光烧结成型装备,台面2米2米,制件精度控制在0.1%以内,堆积效率达1000cm3/h以上。制定相关技术标
12、准,并在汽车、模具等行业产品研制中得到应用。面向材料结构一体化复杂零部件高温高压扩散连接设备研制与应用(国拨经费控制额不超过1000万元,前沿技术类)针对结构复杂、性能要求高、连接难度大等复杂零部件加工的需求,研制材料结构一体化复杂零件高温高压扩散连接设备和工艺,工作加热区域尺寸1000mm1000mm以上,并在航空航天产品的研制中开展应用。基于3D打印制造技术的家电行业个性化定制关键技术研究及应用示范(国拨经费控制额不超过1000万元、企业牵头申报,应用开发与集成示范类)针对家电行业个性化定制迫切需求,结合以3D打印制造技术为核心的数字制造技术带来的制造变革,研究3D打印个性化零件设计技术、
13、个性化定制模式、定制业务 协同引擎、交互门户、运行平台等技术,开发个性化定制管理平台,并基于3D打印制造装备为终端用户提供个性化定制服务,在应用示范期内销售经济收入不少于 3000万元。152022-12-3该计划提出到2016年,初步建立较为完善的3D打印产业体系,整体技术水平保持与国际同步,在航空航天等直接制造领域达到国际先进水平,在国际市场上占有较大的市场份额。技术水平方面,部分工艺装备达到国际先进水平,初步掌握3D打印材料、工艺软件及关键零部件等重要环节的关键技术。应用方面,3D打印成为航空航天等高端装备制造及修复领域的重要技术手段,初步成为产品研发设计、创新创意及个性化产品的实现手段
14、以及新药研发、临床诊断与治疗的工具。产业方面,3D打印产业销售收入实现快速增长,年均增长速度30%以上,形成2-3家具有较强国际竞争力的企业。支撑体系建设方面,成立行业协会,建立5到6家3D打印创新中心,形成较为完善的产业标准体系。国家增材制造产业发展推进计划国家增材制造产业发展推进计划162022-12-33D3D打印技术应用领域打印技术应用领域172022-12-33D打印已在工业造型、机械制造、军事、建筑、影视、家电轻工、医学、考古、文化艺术、雕刻、首饰等领域都得到广泛应用。目前,3D打印技术主要应用汽车、航空航天、机械工业、电子消费品和医学领域。图图2012年、年、2014年全球年全球
15、3D打印应用情况打印应用情况 资料来源:资料来源:Wohlers Report182022-12-3生物医学由于3D打印具有个性化特点,医疗应用是目前最受关注的下游行业,具体包括细胞打印,组织工程支架和植入物,假体,手术器械,牙科等。细胞打印 组织工程支架 3D打印植入物 3D打印人工耳蜗 3D打印假肢 烤瓷牙 医用假体眼球 医疗模型 192022-12-3工业领域在工业领域,工业级 3D打印机可以打印出汽车、航天等需要的零件,有效地规避了传统零部件研测高投入和长耗时的弊端。如汽车制造前期的零部件研发测试阶段,只是一个小批量生产过程,3D打印有着缩短开发周期、降低研发成本的快速成型要求,以便能
16、够及时对关键的零部件进行可行性测验和调整,3D打印以一种成本有效的方式规避了传统零部件研测高投入和长耗时的弊端。3D打印汽车零部件 3D打印汽车 3D打印火箭喷射器的测试202022-12-3建筑业里,工程师和设计师们已经接受了用 3D打印机打印的建筑模型,这种方法快速、成本低、环保,同时制作精美,完全合乎设计者的要求,同时又能节省大量材料。打印建筑所使用的原理与一般的 3D打印机基本相同,不过原料却换成了水泥和玻璃纤维的混合物,而这种特殊的建筑材料还可回收利用,大大减轻了建筑废料造成的环境压力。3D打印建筑物 3D打印别墅212022-12-3 随着桌面级 3D打印机的销售量持续增长,许多小
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