北票3D打印手板

3D打印的用途大致可以分为三种：概念建模，原型测试，和直接数字制造。

概念建模和原型测试是比较传统的两种用途，简单的说就是制作模型，主要功能是做验证，如结构验证，外观验证，功能验证和装配验证。直接数字制造是现在流行的一种趋势，即打印出来的成品可以直接作为一个终的产品或者是零件直接使用到终端。

可以给大家举几个例子。比如概念建模，我们公司和雪佛兰合作做了一个公益的活动，内容是征集小朋友对未来汽车的想象.通过他们的画笔画出汽车图案，而我们把图案变为数字模型，再通过打印和后期的着色形成一个实体物品。这是一个梦想变成现实的过程，可以把一个原始的想法变为一个漂亮的样品。

另外还有一个机器人公司在我们公司做原型测试。初我们会打印他们设计的图纸，但一旦中间有不符合要求部件就立刻更换。通过不断的迭代，反复的验证，终于打印出一整合格的外壳。大家可以看到下图中开始的设计和终的成品间差距还是挺大的。

直接数字制造的例子是与时装相关，一个武汉大学学生的作品。手镯和服装都是采用尼龙打印，设计师设计完毕后我们打印把整个概念展示出来，再经过穿戴和韧性的测试后模特把它穿到了T台上。

直接制造工具这方面一般都是与金属类相关的，目前的价格还是比较高，多数用在跟*、航空等有减重和保密要求的行业。国家正在建造的世界上大的天文台望远镜天眼里有些关键零部件就由我们来设计和通过金属打印完成制造的。

3D打印的常规的流程

首先是要有数据，如果有实物可以通过3D扫描建立3D打印模型，如果有2D图纸可以通过软件转化成一个3D模型。如果什么都没有的话，那就只有从零开始用软件来建模。然后把模型用切片软件，完成切片之后就可以开始3D打印了。打印完成之后绝大部分还需要做后处理（打磨、电镀、喷雾、拉伸等，上色是可选项），否则就是个半成品。

3D打印的主要优势

首先是省时，跟传统工艺对比来说的，本身的建造速度老实讲现在还是有点慢。其次是省料，它几乎不产生废料。再者是，特别是对曲面还有复杂工艺的还原。后是个性，能满足越来越个性化，复杂原型的设计。所以从整体上来说，3D打印非常适合个性、复杂、小批量、非标件的原型生产。

但其大的优势在于，随着零件复杂度的提升，其制造工艺难度和成本并不会增加。也就是设计师只需要考虑零件功能的实现，并不需要过于纠结该采用怎样的制造工艺去生产。

3D打印对于复杂件的制造有非常大的优势，所以它还是主要用于工业制造上。这就涉及到了3D打印应用层次的问题，也就是为什么我们并没有感觉到3D打印对我们的生活有什么直接的改变。

3D打印应用的层次

“原型制造”是3D打印低层次的应用，比如制造模型、原型等单个的东西，但这也是3D打印传统的应用。

*二级别是“代替”。制作代替现在的某个零件。但应用并不广泛，因为传统制造工艺非常适合大规模批量化的生产，3D打印并不占优。

*三个是“零件整合”。单一零件制作3D打印可能并不占优势，但是如果能将多个零件整合成一个零件打印出来，整体的价值便上去了。

高级的应用不仅整合了多零件，而且还进行了优化。因为3D打印可以做非常复杂的工艺，这是其他工艺没法实现的。通用航空之前用3D打印做了一个航空发动机的喷油嘴，这是一个里程碑式的案例。这个喷油嘴整合了20多个零件，里面还有非常复杂的冷却管道、润滑管道。不仅提高燃油效率高，还不需要生产20多个零件装配起来，使用寿命也延长了5倍。

因此3D打印如何影响每一个人，可能需要在思维上做一些调整。在未来某一天，我们设计的时候，不需要考虑用什么工具来生产，甚至连思考如何设计这个过程也会发生变化。只需要去考虑设计目标，给出边界值，通过数学和计算机模拟就能得到优的结果。比如去年英国的一个高设计奖，就给了这样一个案例。一个航天的小部件，通过拓扑优化的方式，重量是原来的一半都不到，但是强度是原来的一倍多，后采用3D打印的制造方式。这样，优势就很明显了。