1、增材制造技术增材制造技术 第七章第七章 增材制造的主要应用领域增材制造的主要应用领域u增材制造在航空航天工业中的应用u增材制造在汽车工业中的应用u增材制造在生物医学中的应用u增材制造在食品工业中的应用u增材制造在文化创意中的应用v本章重点本章重点本章重难点本章重难点v本章难点本章难点u增材制造在生物医学中的应用u增材制造在文化创意中的应用12增材制造在汽车工业中的应用增材制造在汽车工业中的应用增材制造在生物医学中的应用增材制造在生物医学中的应用增材制造在航空航天工业中的应用增材制造在航空航天工业中的应用354增材制造在食品工业中的应用增材制造在食品工业中的应用增材制造在文化创意中的应用增材制造
2、在文化创意中的应用第第7 7章章 增材制造的主要应用领域增材制造的主要应用领域7.17.1 增材制造在航空工业中的应用增材制造在航空工业中的应用航空航天产品的特殊工作环境对于其制造技术,金属加工等方面要求极高。增材制造对于航空航天制造技术综合技术性能的完善、产品的研制和生产成本的降低，甚至总体设计思想的具体实现，都起着决定性作用。凭借其独特优势和特点给工业产品的设计思路和制造方法带来了翻天覆地的变化，为航天航空产品设计、模型和原型制造、零件生产和产品测试都带来了新的研发思路和技术路径。德国Fraunhofer研究所于1995年提出SLM技术，2002年该研究所在SLM技术取得实质性的突破。国际
3、各大航空航天企业将可制备精密复杂金属构件的SLM列为首要发展技术之一。NASA，波音公司，GE公司等均大量发展运用增材制造技术。图7-1 采用SLM技术制造的发动机喷油嘴第一节第一节 增材制造在航空工业中的应用增材制造在航空工业中的应用v7.1.2 国内情况典型案例国内情况典型案例 国防科技工业先进制造技术研究应用中心利用SLM工艺制成钛合金飞机产品。他们研究出五代激光熔融沉积制造设备，其可成型最大尺寸为4m3m2m，并已制造出30余种钛合金大型整体关键飞机主承力构件。已经在7种型号飞机研制和生产中得到工程应用。西北工业大学依托国家凝固技术重点实验室，成功研制出系统集成完整、技术指标先进的激光
4、熔融沉积成型装备，为企业提供了多种大型桁架类钛合金构件。图7-2钛合金飞机产品图7-3 大型桁架类钛合金构件图示为飞机研制过程中应用的叶轮。上海华通设备制造总厂自主研制的国内首台新型多激光金属熔化增材制造设备制成，除了飞机叶轮以外，它已经成功打印出卫星星载设备的光学镜片支架、核电检测设备的精密复杂零件、汽车发动机中的异性齿轮等其他复杂构件。这些构件有的为网状镂空结构，有的形状极其不规则，有的微小而复杂。图7-4 飞机叶轮第一节第一节 增材制造在航空工业中的应用增材制造在航空工业中的应用v7.1.3 国外情况典型案例国外情况典型案例第一节第一节 增材制造在航空工业中的应用增材制造在航空工业中的应
5、用美国波音Boeing公司已在X-45、X-50、无人机、F-18、F-22战斗机项目中应用了聚合物增材制造和金属增材制造技术。自2001年以来，美国Lockheed Martin公司、Sciaky公司开展了大量航空钛合金零件的EBF制造技术研究，采用该技术成型制造的钛合金零件已于2013年装到F-35飞机上成功试飞。不过，Boeing和Lockheed Martin公司目前在飞机上装机应用的增材制造零件主要还是非结构件。美国GE公司重点开展航空发动机零件的SLM和EBM制造研究及相关测试。GE公司已经发布的第一款在商用喷气式发动机上试飞的3D打印引擎零件。同时，GE正在对其他系列产品进行验证
6、，下一代LEAP喷气式发动机的飞行测试已经开始，该发动配备了19个由3D打印技术加工的燃油喷嘴。因此，预计在今后几年里将会有更多的3D打印配件在航天制造中应用。第一节第一节 增材制造在航空工业中的应用增材制造在航空工业中的应用如图7-5所示，由空客公司提出的利用增材制造技术来打造概念飞机。据悉，要想利用3D打印飞机，需要一台大小如同飞机库房一样的3D打印机方可完成，至少这台3D打印机约为80m80m的规格才可以实现打印要求。图7-5 3D打印概念飞机如图7-6所示，是3D打印的导弹模型。它来自全球最大导弹生产商雷神公司，该公司使用3D打印技术制作了制导武器几乎所有的组成部分，它包括3D打印的火
7、箭发动机，用于引导和控制系统的部件，导弹本身和导弹磁片。随着3D打印技术的迅猛发展，拥有百年老字号的雷神公司将3D打印技术应用到导弹制造，并应用该技术已经许多年。3D打印导弹可以使其供应链相对变得更简单，开发周期变得更短。而且可以测试更多、更复杂的设计。图7-6 3D打印的导弹模型美国海军在埃塞克斯号航空母舰（Essex）上安装了一台3D打印机，让海军在海上执行任务的时候可以3D打印需要更换的零部件。据了解，美国海军正在尝试在他们的军舰上，用舰载的3D打印机打印出定制的无人机。目前研究人员的基本想法是，船舶只需要带着少量无人机上通用的电子元器件离开港口。其中无人机的主体完全是定制的，由陆地上的
8、研究机构负责设计。设计完成后迅速传送到这些船舰的3D打印机上，然后进行快速制造并组装。第一节第一节 增材制造在航空工业中的应用增材制造在航空工业中的应用第第7 7章章 增材制造的主要应用领域增材制造的主要应用领域12增材制造在生物医学中的应用增材制造在生物医学中的应用354增材制造在航空航天工业中的应用增材制造在航空航天工业中的应用增材制造在汽车工业中的应用增材制造在汽车工业中的应用增材制造在食品工业中的应用增材制造在食品工业中的应用增材制造在文化创意中的应用增材制造在文化创意中的应用第二节第二节 增材制造在汽车工业中的应用增材制造在汽车工业中的应用目前，增材制造技术在汽车行业的应用主要集中在
9、概念模型的设计、功能验证原型的制造、样机的评审及小批量定制型成品的四个生产阶段。并从原先简单的概念模型到功能原型的方向发展，应用到发动机等核心零部件设计领域。v7.2.1 汽车零部件的制造汽车零部件的制造在新车开发过程中，通常通过制作小比例模型，用来模拟汽车造型的实际效果，供设计人员和决策者评审与确定。通常模型比例为1：4或1：5，经审定后再制作1：1的大模型，继而进行各项试验测试。在1：1模型的基础上，可以用增材制造技术制作和安装车灯、座椅、方向盘和轮胎等汽车零部件。如图7-7所示，是2015年3月5-15日的日内瓦车展上，宾利汽车展示的用增材制造技术制造的概念车，这辆概念车的各种功能部件都
10、是用增材制造技术制造完成的，包括其标志性的进气格栅，排气管，门把手和侧通风口。第二节第二节 增材制造在汽车工业中的应用增材制造在汽车工业中的应用图7-7 3D打印制造的概念车如图7-8所示，由KOR Ecologic公司、RedEye公司及3D打印制造商Stratasys三家公司联合设计的第三代3D打印汽车Urbee2，是世界上完全使用增材制造技术制造的汽车，整车包含了超过50个3D打印组件。该车配备三个车轮，动力为7马力（5KW），燃油效率很高，行驶4500KM，油耗只有38L。图7-8 3D打印组件第二节第二节 增材制造在汽车工业中的应用增材制造在汽车工业中的应用如图7-9所示，为Stra
11、ti汽车。亚利桑那州的Local Motors汽车公司已经建立了增材制造系统，打印出来的Strati汽车有49个零部件构成，其中座椅、车身，底盘，仪表板，中控台以及引擎盖都是由增材制造系统完成。最高速度为40KM/h，采用电池和电动机进行驱动，而非传统的发动机，并可以搭乘两名乘客。图7-9 Strati汽车v7.2.2 汽车零部件的轻量化制造汽车零部件的轻量化制造第二节第二节 增材制造在汽车工业中的应用增材制造在汽车工业中的应用汽车的轻量化的具体措施可以利用轻量化材料和简化零部件结构，从而实现环保和节能的目的。当前，德国宝马、奥迪以及美国通用等汽车汽车制造商都已推出利用碳纤维部件的新车型。如图
12、7-10所示是汽车排气管，是我国某公司根据汽车厂商的需求，设计并打印了具有螺旋上升排列的空洞结构的排气管系统，这种如此复杂的结构只有增材制造技术才可完成。若采用用传统的加工工艺是无法获得内表面和外表面都完全光滑的管道，而采用增材制造技术可使之成为现实，使得最后加工出来的管道就是一根完全光滑的管子。图7-10 3D打印汽车排气管随着互联网和大数据等技术的发展，个性化的产品越来越多，否则难以满足大众的需求。尤其是年轻人，对车身外覆盖、汽车内饰零件等个性化需求更为热衷，这就为增材制造技术在个性化的定制上提供了巨大的市场。v7.2.2 汽车创意产品的定制汽车创意产品的定制第二节第二节 增材制造在汽车工
13、业中的应用增材制造在汽车工业中的应用第第7 7章章 增材制造的主要应用领域增材制造的主要应用领域12增材制造在生物医学中的应用增材制造在生物医学中的应用354增材制造在航空航天工业中的应用增材制造在航空航天工业中的应用增材制造在汽车工业中的应用增材制造在汽车工业中的应用增材制造在食品工业中的应用增材制造在食品工业中的应用增材制造在文化创意中的应用增材制造在文化创意中的应用增材制造技术在医学应用方面成效显著：可用以规划和模拟复杂手术。利用增材制造技术打印出3D模型，用于外科医生模拟复杂的手术，从而制定最佳的手术方案，提高手术的成功率。随着增材制造技术的发展，利用打印设备打印出模型对腹腔镜、关节镜
14、等微创手术进行指导或术前模拟等应用也将得到更多的应用与推广。器官定制。随着生物材料的发展，人类3D生物打印速度提高到较高水平，所支持的材料能更加精细全面，且打印制造出的组织器官具有免遭人体自身排斥的情况时，实现复杂的组织器官的定制将成为可能。那时每个人专属的组织器官随时都能打印出来，这就相当于为每个人建立了自己的组织器官储备系统，可以实现定制植入物。快速制作医疗器械。当3D打印设备逐步升级后，在一些紧急情况下，还可利用3D打印机制作医疗器械用品，如导管、手术工具、衣服、手套等，可使各种医疗用品更适合患者，同时减少获取环节和时间，临时解决医疗用品不足的问题。第三节第三节 增材制造在生物医学中的应
15、用增材制造在生物医学中的应用第三节第三节 增材制造在生物医学中的应用增材制造在生物医学中的应用v7.3.1 规划和模拟复杂手术规划和模拟复杂手术利用增材制造技术打印出3D模型，用于外科医生模拟复杂的手术，从而制定最佳的手术方案，提高手术的成功率。传统的手术治疗修复是通过线片、影像学检查得到的数据，凭借医生的经验确定手术方案。而通过增材制造技术可以快速获得手术部位的数字化实体模型，以供外科医生在术前确定手术方案、模拟手术过程、熟练手术操作、预计手术结果，极大地减少了手术过程中出错的可能性，无疑将会给患者带来福音。除了进行术前模拟策划，还可以通过3D打印模型向患者及家属详细讲解病变的复杂性及手术操
16、作的危险性，获得患者及家属的理解与配合，如图7-11所示，为利用三维建模工具构建的下颚骨三维立体模型。（a）虚拟电子钻和截骨平面（b）截骨后的模拟图图7-11 打印技术构建三维立体模型拟定手术方案第三节第三节 增材制造在生物医学中的应用增材制造在生物医学中的应用v7.3.2 定制植入物和假体定制植入物和假体利用3D打印技术制造生物器官，只要将支架材料、细胞、细胞所需营养、药物等重要的化学成分在合理的位置和时间同时传递，就可形成生物器官。国外的很多研究团队也进行了相关的实验和研究。已有研究团队采用生物细胞结构和纳米电子元素，以水凝胶作为基质，根据人耳的解剖形状，利用3D打印技术制作出了仿生耳，能
17、实现听觉，甚至能听立体声音乐，例如图7-12所示，为3D打印的仿生耳。为了制造复杂的器官，必须保证器官的正常供血，这就需要一个三维树状的血管网络。图7-12 3D打印的仿生耳（1）器官）器官3D打印打印第三节第三节 增材制造在生物医学中的应用增材制造在生物医学中的应用一直以来，器官来源阻碍着移植医学的发展，目前器官来源主要靠捐赠，但社会上的器官捐赠杯水车薪，而且捐赠的器官还存在着致命的移植排斥反应，常常导致移植失败，在平均每150名等待器官移植的患者，只有1人能等到可供移植的供体。有了3D打印的器官，不但解决了供体不足的问题，而且避免了异体器官的排异问题，未来人们想要更换病变的器官将成为一种常
18、规治疗方法。利用患者自身的干细胞打印出移植所需的器官完全可以避免这些问题。器官的3D打印将终结器官捐赠的历史。如图7-13所示，为器官的3D打印构想。该技术的不断进步和深入应用将有助于解决当前和今后人体器官短缺所面临的困境。图7-13 器官的3D打印构想第三节第三节 增材制造在生物医学中的应用增材制造在生物医学中的应用（2）组织器官代替品制作）组织器官代替品制作增材制造技术与生物制造技术的有机结合，解决了传统组织工程难以解决的问题，利用计算机控制含细胞液滴的沉积位置，在指定位置逐点打印，层层叠加形成三维“多细胞凝胶”体系。该技术对替代物材料的要求很高，但目前己有一些成功案例，比如复制人体骨骼、
19、人造血管等。2012年，一位83岁的骨髓炎患接受了3D打印技术制作的人工下颌骨移植手术，术后新的下颌骨未对患者的语言和表达造成影响。人造下颌骨在制造过程中，研究人员扫描患者骨骼需求位置情况，设计出骨骼部件的模型，然后利用高精度的激光枪熔解钛粉材料，并将其以层叠方式累积起来，经过固定成型，制成一个人造骨骼实物，如图7-14所示为3D打印的人造下颌骨实物。图7-14 3D打印的人造下颌骨实物第三节第三节 增材制造在生物医学中的应用增材制造在生物医学中的应用（3）脸部修饰与美容）脸部修饰与美容随着打印精准度和材质适应性的提高，身体各部分组织将能更加精细的修整与融合，所制作的材质自然而然成为身体的一部
20、分，有助于打造出更符合审美的人体特征，表皮修复、美容应用水平也将进一步提高。如耳、鼻、皮肤等组织出现损伤时，可利用3D打印技术得到与患者精准匹配的相应组织，为患者重新塑造完整形象，达到美化的效果。2015年，74岁的皮肤癌幸存者KeithLonsdale使用3D打印技术制作的“假验”遮挡因切除手术而在脸上留下了一个大洞，重新找回自信、找回快乐，如图7-15所示为3D打印技术制作的“假脸”。制作中，首先全面扫描患者头骨及面部，根据所得的结果分析并建立起原来的面部三维图像，再打印输出实物，通过使用特殊的材质，再打印制作出与面部完美贴合并且栩栩如生的假脸。图7-15 3D打印技术制作的“假脸”第三节
21、第三节 增材制造在生物医学中的应用增材制造在生物医学中的应用v7.3.3 医疗器械的设计和生产医疗器械的设计和生产增材制造在生物医疗的应用已超出了设计与规划手术。原型可以作为主要的医用工具，如聚氨酯模具。在百特医疗用品公司（一个一次性医疗产品公司）设计师依靠SLA和SGC两种增材制造工艺。用他们开发的金属铸件来创建母模。母模也作为多个子模具金属铸造的基础。例如，在一个母模由一种增材制造设备生成出来后，工程师可能围绕它构建一个聚氨酯模具，剖开这个母模，然后向母模中注入热固性材料来制造原型零件。由于工程师会重复使用橡胶模具或使用同种材料制作很多模具，这一方法在具有多种原型时非常有用。原型交付给客户
22、集中于组织和医疗会议以得到专业的反馈，然后设计变化纳入CAD的模具数据库。一旦设计完成，该模具数据将用于驱动加工零件。使用这种方法，百特医疗用品公司已经制造了活组织检查探针外壳和许多其他医疗产品。（1）医用工具的生产）医用工具的生产第三节第三节 增材制造在生物医学中的应用增材制造在生物医学中的应用（2）药物输送设备的制造）药物输送设备的制造药物输送是指将药用化合物输送给人体或动物。输送的方法可以分为两种：侵入性和非侵入性。大多数药物通过口服采用非侵入性方法输送。然而，其他药物由于其易降解而不能通过口服，例如蛋白质和多肽类药物。通常它们都通过注射侵入性方式输送。目前许多研究努力专注于定向输送和持
23、续释放制剂。定向输送是指将药物输送到指定的目标（如癌细胞）和路线。持续释放制剂是指以控制的方式在一段时间内释放药剂，以达到最佳的治疗效果。聚合物药物的输送设备在持续释放制剂时发挥着重要作用。然而，现在的制造方法缺乏精准性，妨碍了设备的质量，导致药物输送效率和效果下降。SLS工艺研究去使用粉末材料层层制造药剂的一种聚合物基。由南洋理工大学指导的研究演示了能够筹建控制药物释放的输送装置。在这项研究中，“创造空间和次级粉末沉寂”这两个过程被整合，为未来在多材料聚合物药物输送设备的制造形成理论基础。第三节第三节 增材制造在生物医学中的应用增材制造在生物医学中的应用（3）烧伤患者的面具）烧伤患者的面具烧
24、伤面具是面部严重烧伤的患者带的塑料防护。它们作为治疗装置，以防止疤痕组织的形成。烧伤患者在组织修复手术期间每天至少需要佩戴23小时的面具。生产烧伤面具的传统方法不一且复杂。最常用的方法是用石膏材料覆盖病人的面部形成模具。石膏的重量会移动面部的组织，实质上使它不可能得到准确的复制。如图7-16所示，是一个五岁的孩子和他的家人离开美国科罗拉多州的家去制作烧伤面具。在他们到来之前，医生和职业治疗师使用传统的石膏的方法为孩子制作了两种面具，但都不是令人满意的结果。快速成型的方法使孩子和他的家人在不到48小时内带着完整、更精确合适的面具回到了科罗拉多。精确的烧伤面具使皮肤表面恢复得更光滑并减少了异常疤痕
25、，现在这个孩子柔软的组织愈合得很好。图7-16 烧伤面具第第7 7章章 增材制造的主要应用领域增材制造的主要应用领域12增材制造在生物医学中的应用增材制造在生物医学中的应用354增材制造在航空航天工业中的应用增材制造在航空航天工业中的应用增材制造在汽车工业中的应用增材制造在汽车工业中的应用增材制造在食品工业中的应用增材制造在食品工业中的应用增材制造在文化创意中的应用增材制造在文化创意中的应用第第4 4节节 增材制造在食品工业中的应用增材制造在食品工业中的应用增材制造技术还可以应用于食品工业中，例如3D食物打印机，是一款将食物“打印”出来的机器。它使用的并不是传统意义上的墨盒，而是把食物的材料和
26、配料预先放入容器内，再输入食谱，直接打印即可，余下的“烹饪程序”也会由它去做，输出来的不是一张又一张的文件，而是真正可以吃的食物。它采用的是一种全新的电子蓝图系统，不仅方便打印食物，而且可以帮助人们根据自己的需求，设计出不同样式、不同种类的食物。打印机所使用的“墨水”均为可食用原料，如巧克力汁、面糊、奶酪等。在电脑上画好食物的样式图并配好原料，电子蓝图系统便会显示出打印机的操作步骤，完成食物的整个打印过程，方便快捷。v7.4 在食品工业中的应用在食品工业中的应用3D食物打印机具备很多优点：让厨师开发出更多的新菜品，制作个性美食，满足不同消费者的需求。打印机的“墨水”由于是液化的原材料，能够得到
27、很好的保存。可以根据自己的口味、爱好、需要营养的摄取对食谱做不同程度的调整，按照自己的需求打印相应的食物。还可随心所欲地“打印”出不同形态的食物，简化食物的制作过程，同时能够制作出更加营养、健康、有趣的食品。打印机制作食物可以大幅缩减从原材料到成品的环节，从而避免食物加工、运输，包装等环节的不利影响。图7-17 部分打印出的食品第第4 4节节 增材制造在食品工业中的应用增材制造在食品工业中的应用使用3D打印技术设计出一套整体的、自动化和个性化的Foodjet 3D食物打印机。使用这种食物打印机，科学家已经能够模仿老年人的口味重新创建经典美食，包括豌豆和汤圆，如图7-18所示3D打印的经典美食，
28、而且这种3D打印食品不仅味道好，而且质地更软，容易吞下，另外，每餐可以通过算法优化，向不同的老人提供其所需的营养成分。如图7-19所示，美食爰好者已经尝试用3D打印机打印食品。利用该项技术营养师可根据个人的基础代谢量和每天的活动量，运用3D打印机打印每日所需的食物，以此来控制肥胖、糖尿病等问题。图7-18 3D打印的经典美食图7-19 3D打印机打印食品第第4 4节节 增材制造在食品工业中的应用增材制造在食品工业中的应用第第7 7章章 增材制造的主要应用领域增材制造的主要应用领域12增材制造在生物医学中的应用增材制造在生物医学中的应用354增材制造在航空航天工业中的应用增材制造在航空航天工业中
29、的应用增材制造在汽车工业中的应用增材制造在汽车工业中的应用增材制造在食品工业中的应用增材制造在食品工业中的应用增材制造在文化创意中的应用增材制造在文化创意中的应用第第5 5节节 增材制造在文化创意中的应用增材制造在文化创意中的应用v7.5.1 装饰和服饰装饰和服饰在2013年上海首饰新锐设计大赛上，针对“摺”这一设计主题，“CleopatrasEYES”（埃及艳后之眼）作品是结合3D打印技术，呈现出高贵的气质，如图7-20所示“CleopatrasEYES”。作品通过三角对称的奇特形式、立体炫丽颜色和内壁精致的古埃及壁画浮雕，形成一种时间和空间维度、暖色系（热情、张扬）与冷色系（隽秀、冷艳）之
30、间的强烈对比，呈现出超凡脱俗的个性魅力。图7-20 CleopatrasEYES增材制造技术不但在珠宝首饰方面得以运用，在礼品设计方面也有所突破。如图7-21所示，是珠宝首饰业龙头企业老凤祥结合增材制造技术开发的精致礼品和建筑微缩模型。它充分运用增材制造的技术优势，开发与众不同的作品，真正将产品的设计理念、精细化程度、技术手段发挥得淋漓尽致。图7-21 精致礼品和建筑微缩模型第第5 5节节 增材制造在文化创意中的应用增材制造在文化创意中的应用v7.5.2 个性化创意产品个性化创意产品利用增材制造技术，设计师可以不考虑产品的复杂程度，仅专注于产品形态创意和功能创新，即所谓“设计即生产”。这改变了
31、以往产品造型和结构设计的局限性，达到了产品创新的目标，是传统产品设计、手板模型制作等流程难以企及的。人类富有无尽的想象力，但传统的制造方法将人类的创意局限在一定的范围之内，3D打印技术真正拓展了人们在材料上和形状上和想象自由度，弥补了传统技术的缺憾，将人类的创意表达得淋漓尽致。如图7-22（a）所示的炫酷吉他，是利用SLS技术制作的炫酷吉他，该吉他的外形充分体现设计者的创造力，也突出了这款吉他的艺术价值。图7-22（b）是利用3D打印创造出的舒适女鞋，镂空的设计具有良好的透气性，同时产品成型后使用胶水以确保耐用性和牢固性，美观而又实用。图7-22 3D打印个性化创意产品中的应用（a）（b）第第
32、5 5节节 增材制造在文化创意中的应用增材制造在文化创意中的应用v7.5.3 雕塑中的应用雕塑中的应用雕塑是一种造型艺术，用雕、刻、堆、贴、焊、敲、编等手段创造出具有一定空间的可视、可触的艺术形象，借以反应社会生活、表达艺术家的审美感受、审美情感、审美理想的艺术。增材制造技术的发展也潜移默化的影响了艺术家、艺术世界以及艺术作品的生产方式。美国纽约的街头，由艺术家MichselRess和RichardDupont创作设计的3D雕塑与以往的街头雕塑不同，它们是由3D打印机制成的艺术品，如图7-23所示。这些作品旨在向世人展示了科技的发展影响着艺术作品的生产方式。图7-23 3D雕塑第第5 5节节
33、增材制造在文化创意中的应用增材制造在文化创意中的应用v7.5.4 考古和文物保护考古和文物保护历史文物具有较高的历史、文化以及科学价值。因防止文物受到环境因素、意外事故的损害，通常会用很多复杂的替代品或者复制品来保护原始作品，而且这些复制品也能将艺术或文物广泛普及，将会有更多人受益为了让文物真正得以传承和发展，增材制造无疑是最佳的途径之一，增材制造技术将在考古、文物保护以及修复领域发挥极为重要的作用。如图7-24所示，正是利用增材制造技术和3D扫描技术制作的米开朗基罗的作品。增材制造技术创造完成了有史以来最先进的复制项目，让文艺复兴时期大师级的作品在世界各地被重建呈现，使更多人目睹艺术的风采。
34、图7-24 米开朗基罗的作品第第5 5节节 增材制造在文化创意中的应用增材制造在文化创意中的应用v7.5.5 建筑行业中的应用建筑行业中的应用增材制造技术在建筑领域的应用目前可分为两方面，一是在建筑设计阶段，主要是制作建筑模型；二是在工程施工阶段，主要是利用3D打印技术直接建造出建筑。在建筑设计阶段，设计师们利用增材制造技术迅速还原虚拟中的各种设计模型，辅助完善初始设计的方案论证，这为充分发挥建筑师不拘一格、无与伦比的想象力提供广阔的平台。这种方法既具有快速、环保、成本低、模型制作精美等特点，同时也能更好地满足个性化、定制化的市场需求。在工程施工阶段，增材制造技术不仅仅是一种全新的建筑方式，更
35、可能是一种颠覆传统的建筑模式。与传统建筑技术相比，3D打印建筑的优势主要体现在以下方面：更快的打印速度，更高的建筑效率；不再需要使用模板，可以大幅节约成本；更加绿色环保，减少建筑垃圾和建筑粉尘，降低噪声污染；减少建筑工人数量，降低工人的劳动强度；节省建筑材料的同时，内部结构还可以根据需求运用声学、力学等原理做到最优化；可以给建筑设计师更广阔的设计空间，突破现行的设计理念，设计打印出传统建筑技术无法完成的形状复杂建筑。第第5 5节节 增材制造在文化创意中的应用增材制造在文化创意中的应用如图7-25所示，荷兰设计师Janjaap Ruijssenaars提出了世界上首座打印建筑的构想，并与数学家R
36、inusRoelofs、D-shape3D打印创始人、意大利发明家Dini合作完成打印，他受到莫比乌斯环的启发，将房屋设计成自环绕式，房屋内壁面能够扭转成外壁面和拱背。3D打印出的模块原材料都是由沙子和无机粘接剂组成，每块框架模块的尺寸达到了6m9m，使用钢纤维混凝土填充，然后拼接在一起，成为现在人们看到到Landscape House（风景屋），尤如其名，它的外形与风景一样都能给予人柔顺、流畅的感官感受。图7-25 首座打印建筑如图7-26所示，2014年8月21日，苏州的盈创公司使用一台巨大的3D打印机，采用特殊的“油墨”进行打印，用24小时建造了10栋200m2的毛坯房。展示了3D技术在
37、建筑行业的强大功能，它可以在生产过程中降低30%-70%的能耗，节约人工成本，缩短工期，也使得建筑施工变得干净、紧凑、环保。如图7-32所示，也是上海盈创公司完成的3D打印建筑一栋5层高的住宅楼，是全球首个3D打印别墅，该别墅建筑面积达1100。图7-26 3D打印建筑本章作业本章作业1.根据你的兴趣爱好或背景，提出一种在本章中没有讨论的应用领域的产品的构想。2.你认为3D打印技术在各领域的应用，能显著改变世界吗？如果能，请阐述原因，反之也阐述其原因。3.对本章进行知识梳理，用列表的形式整理出增材制造在各领域的应用并举出相关的例子。4.你认为增材制造技术如何更好地推动“中国制造2025”的战略
38、？5.增材制造技术可以和哪些其他的技术相结合，应用到更多领域？文献推荐文献推荐1 日本日经制造编辑部 著;石露,杨晓彤 译 著作 著.工业4.0之3D打印.北京：东方出版社，2016.2 杨占尧.增材制造与3D打印技术及应用.北京：清华大学出版社，2017.3 MUTHU S S,SAVALANI M M.Handbook of Sustainability in Additive Manufacturing M.Springer Singapore,2016.4 YANG L,HSU K,BAUGHMAN B,et al.Additive Manufacturing of Metals:The Technology,Materials,Design and Production J.Springer,2017.5 GU D.Laser Additive Manufacturing of High-Performance Materials M.Springer Berlin Heidelberg,2015.
