3d打印在創(chuàng)客教育中的作用及意義

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1、3D打印技術(shù)及教學(xué)應(yīng)用報(bào)告人：周鋼湖北嘉一三維高科股份有限公司華中科技大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院華中科技大學(xué)材料成形與模具技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室湖北省3D打印產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟2016.093D打印在創(chuàng)客教育中的作用及意義匯報(bào)內(nèi)容3D打印技術(shù)在制造業(yè)中的地位3D打印技術(shù)對(duì)制造業(yè)的意義3D打印技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)3D打印技術(shù)在創(chuàng)客教育中的應(yīng)用1.13D打印技術(shù)在制造業(yè)中的地位制造技術(shù)分類減材制造切削加工等切削機(jī)床粉、片、液、絲等增材制造制造裝備？？？？？？？？？原理工藝設(shè)備方法論等材制造鑄造、鍛造等鍛造機(jī)等3000年300年30年匯報(bào)內(nèi)容3D打印技術(shù)在制造業(yè)中的地位3D打印技

2、術(shù)對(duì)制造業(yè)的意義3D打印技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)3D打印技術(shù)在創(chuàng)客教育中的應(yīng)用形狀復(fù)雜性幾乎任意復(fù)雜程度的形狀特征材料復(fù)雜性全彩色、異質(zhì)材料、功能梯度材料層次復(fù)雜性多尺度（宏、介、微觀）工藝結(jié)構(gòu)功能復(fù)雜性整體成形，簡(jiǎn)化甚至取消裝配對(duì)各行各業(yè)必將帶來(lái)深遠(yuǎn)影響整體成形，免裝配復(fù)雜形狀全彩色工藝品彩色異質(zhì)結(jié)構(gòu)眼鏡2.13D打印技術(shù)突破了傳統(tǒng)制造技術(shù)的4個(gè)復(fù)雜性拓展產(chǎn)品創(chuàng)意與創(chuàng)新空間：設(shè)計(jì)人員不再受傳統(tǒng)工藝和制造資源約束，專注于產(chǎn)品形態(tài)創(chuàng)意和功能創(chuàng)新，在“設(shè)計(jì)即生產(chǎn)”、“設(shè)計(jì)即產(chǎn)品”理念下，追求“創(chuàng)造無(wú)極限”。在零部件的設(shè)計(jì)上可以采用最優(yōu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，無(wú)需考慮加工問(wèn)題，解決了傳統(tǒng)的

3、航空航天、船舶、汽車等動(dòng)力裝備高端復(fù)雜精細(xì)結(jié)構(gòu)零部件的制造難題。2.23D打印技術(shù)為制造提供創(chuàng)新的原動(dòng)力極大降低產(chǎn)品研發(fā)創(chuàng)新成本、縮短創(chuàng)新研發(fā)周期：由于簡(jiǎn)化或省略了工藝準(zhǔn)備、試驗(yàn)等環(huán)節(jié)，產(chǎn)品數(shù)字化設(shè)計(jì)、制造、分析高度一體化，顯著縮短新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)定型周期，降低成本，實(shí)現(xiàn)“今日完成設(shè)計(jì)，明天得到成品”。設(shè)計(jì)試驗(yàn)工藝準(zhǔn)備制造縮短周期設(shè)計(jì)工藝準(zhǔn)備制造六缸發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋傳統(tǒng)砂型鑄造工裝模具設(shè)計(jì)制造周期長(zhǎng)達(dá)5個(gè)月，3D打印只需一周便可制成。2.23D打印技術(shù)為制造提供創(chuàng)新的原動(dòng)力學(xué)生的創(chuàng)新設(shè)計(jì)不再是“紙上談兵”3D打印出塑料和金屬實(shí)物本科生課外創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽作品“液壓回路演示系統(tǒng)”

4、模型一周內(nèi)2.23D打印技術(shù)為制造提供創(chuàng)新的原動(dòng)力簡(jiǎn)化制造提高產(chǎn)品質(zhì)量與性能據(jù)悉，一架“空客A380”飛機(jī)或“波音747”飛機(jī)，分別約有450多萬(wàn)個(gè)零部件，從理論上說(shuō)，零部件越多越不安全，結(jié)合部往往就是隱患。3D打印技術(shù)的一個(gè)明顯優(yōu)勢(shì)就是可以將多個(gè)零部件集合成一個(gè)整體制造出來(lái)，減少零部件的數(shù)量，不但大大簡(jiǎn)化了之后的裝配工作，也是其安全性和可靠性隨之提高。此鈦合金復(fù)雜大型主承力構(gòu)件，傳統(tǒng)制造方式需要分體制造，然后焊接，而使用激光3D打印整體可實(shí)現(xiàn)成形，安全性和可靠性大大提高。2.33D打印技術(shù)可提升制造的工藝能力能制造出傳統(tǒng)工藝無(wú)法加工的零部件，極大增強(qiáng)了工藝實(shí)現(xiàn)

5、能力3D打印突破了結(jié)構(gòu)幾何約束，能夠制造出傳統(tǒng)方法無(wú)法加工的非常規(guī)結(jié)構(gòu)特征，這種工藝能力對(duì)于實(shí)現(xiàn)零部件輕量化、優(yōu)化性能有極其重要的意義。航空發(fā)動(dòng)機(jī)的復(fù)雜關(guān)鍵零部件2.33D打印技術(shù)可提升制造的工藝能力提高了難加工材料可加工性，拓展了工程應(yīng)用領(lǐng)域整體式鎳合金轉(zhuǎn)子生物材料人體器官修復(fù)體高能束加工陶瓷、鈦合金等傳統(tǒng)難加工材料零件拓展了高性能材料的工程應(yīng)用范圍；采用金屬/無(wú)機(jī)/有機(jī)生物材料制成的人體器官修復(fù)體等醫(yī)用零部件則拓展了工業(yè)制品的應(yīng)用范圍。2.33D打印技術(shù)可提升制造的工藝能力3D打印制造技術(shù)促進(jìn)綠色制造模式非接觸和無(wú)壓力成形、近凈成形能耗低、節(jié)約材料、污染物排

6、放少；利用3D打印實(shí)現(xiàn)大型復(fù)雜零部件的修復(fù)再制造，節(jié)約資源能源。2.43D打印技術(shù)實(shí)現(xiàn)制造的綠色可持續(xù)發(fā)展關(guān)鍵創(chuàng)新思路：將零件內(nèi)部設(shè)計(jì)為網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，替代實(shí)心，從而減少材料使用量，降低制造時(shí)間和能源消耗量。具有內(nèi)部網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的鈦合金發(fā)動(dòng)機(jī)葉片材料使用量減少70%，選擇性激光熔化（SLM）制造時(shí)間降低60%技術(shù)難點(diǎn)：（1）傳統(tǒng)制造方法無(wú)法成形；（2）網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，優(yōu)化性能。3D打印制造技術(shù)促進(jìn)綠色制造模式2.43D打印技術(shù)實(shí)現(xiàn)制造的綠色可持續(xù)發(fā)展3D打印技術(shù)可優(yōu)化零件設(shè)計(jì)優(yōu)化零件設(shè)計(jì)飛機(jī)客艙零件設(shè)計(jì)對(duì)比制造工藝產(chǎn)品重量原材料重量能耗碳排放量a機(jī)加工0.8Kg2.4Kg6

7、80.3MJ102KgCO2bSLM0.31Kg0.33Kg138.6MJ21KgCO2cSLM0.37Kg0.4Kg169.8MJ25KgCO2（a）（b）（c）不同制造方案材料、能耗、碳排放量對(duì)比2.43D打印技術(shù)實(shí)現(xiàn)制造的綠色可持續(xù)發(fā)展變革傳統(tǒng)制造模式，形成新型制造體系：集成與融合材料制備、IT軟件、設(shè)計(jì)技術(shù)、制造工藝、裝備等，生產(chǎn)個(gè)性化、高性能、復(fù)雜零部件的3D打印制造系統(tǒng)全面變革產(chǎn)品研發(fā)、制造、服務(wù)模式。復(fù)雜零件/高性能零件/醫(yī)用零件/生活用品功能結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)反求設(shè)計(jì)分析仿真設(shè)計(jì)方法光固化成形激光燒結(jié)熔融沉積成形制造工藝合金材料/復(fù)合材料/納米材料/分子材

8、料材料制備3D打印制造裝