3D打印有很多应用。 在制造业,医药,建筑和定制艺术和设计。 有些人使用3D打印机来创建更多的3D打印机。 在当前情景中,3D打印过程已经用于制造,医疗,工业和社会文化领域,这促进了3D打印成为成功的商业技术。

制造应用
三维打印使得创建单个物品成本低廉,因为它可以生产数千个,从而破坏规模经济。 它可能会像工厂的到来那样对世界产生深远的影响……正如没有人能够预测到蒸汽机在1750年 – 或1450年的印刷机,或1950年的晶体管 – 它的影响无法预见3D打印的长期影响。 但技术即将到来,它可能会破坏它接触到的每一个领域。

AM技术从20世纪80年代开始应用于产品开发,数据可视化,快速原型设计和专业制造。 自那以后几十年,他们一直在开发生产(就业生产,大规模生产和分布式制造)。 金属加工行业的工业生产角色在2010年初首次实现了大规模扩张。 自21世纪初以来,AM机器的销量大幅增长,价格大幅下降。 据咨询公司Wohlers Associates称,2012年全球3D打印机和服务市场价值22亿美元,比2011年增长29%。麦肯锡预测,到2025年,增材制造每年可能产生5500亿美元的经济影响。有许多应用AM技术,包括建筑,建筑(AEC),工业设计,汽车,航空航天,军事,工程,牙科和医疗行业,生物技术(人体组织替代),时装,鞋类,珠宝,眼镜,教育,地理信息系统,食品等许多领域。

增材制造的最早应用已经出现在制造业的工具室末端。 例如,快速原型制造是最早的添加剂变体之一,其使命是减少开发新零件和设备原型的前置时间和成本,这是之前仅使用减法工具室方法(如cnc铣削和车削)以及精密磨削,比3D打印更精确,精度低至0.00005“,可以更快地生成质量更好的零件,但有时对于低精度原型零件来说太贵了。然而,随着增材制造技术的进步,这些先进技术的推广应用到了商业领域。世界上,添加剂方法正在以创造性的,有时是意想不到的方式进一步进入制造业的生产终端。以前唯一的减法方法省份的零件现在在某些情况下可以通过添加剂获得更多的利润。此外,新的发展RepRap技术允许同一设备通过交换磁性来执行加法和减法制造 安装的工具头。

基于云的增材制造
增材制造与云计算技术相结合,可实现分散式和地理位置独立的分布式生产。 基于云的增材制造是指面向服务的网络化制造模型,其中服务消费者能够通过基础架构即服务(IaaS),平台即服务(PaaS),硬件即服务(HaaS)和软件构建部件。即服务(SaaS)。 这样的分布式制造是由一些企业进行的; 还有像3D Hub这样的服务,让需要3D打印的人与打印机的所有者联系。

一些公司为商业和私人客户提供在线3D打印服务,从上传到公司网站的3D设计开始。 3D打印设计既可以发送给客户,也可以从服务提供商处获取。

大规模定制
公司已经创建了服务,消费者可以使用简化的基于Web的自定义软件自定义对象,并将结果项目订购为3D打印的唯一对象。 现在,这允许消费者为他们的移动电话创建自定义案例。 诺基亚已针对其外壳发布了3D设计,以便业主可以自定义自己的外壳并进行3D打印。

快速制造
RP技术的进步已经引入了适合最终制造的材料,这反过来又引入了直接制造成品部件的可能性。 用于快速制造的3D打印的一个优点在于相对便宜地生产少量零件。

快速制造是一种新的制造方法,其许多工艺仍未得到证实。 3D打印现在正进入快速制造领域,并在2009年的一份报告中被许多专家认定为“下一级”技术。 最有希望的工艺之一似乎是选择性激光烧结(SLS)或直接金属激光烧结(DMLS)的一些更好建立的快速原型制作方法。 然而,截至2006年,这些技术仍然处于起步阶段,在将RM视为一种现实的制造方法之前需要克服许多障碍。

有关于制造的3D打印的专利诉讼。

快速原型制作
工业3D打印机自20世纪80年代早期就已存在,并已广泛用于快速原型制作和研究目的。 这些通常是较大的机器,使用专有的粉末金属,铸造介质(例如沙子),塑料,纸张或墨盒,并用于大学和商业公司的快速原型制作。

研究
3D打印在研究实验室中特别有用,因为它能够制作专门的定制几何形状。 2012年,英国格拉斯哥大学的原理证明项目表明,可以使用3D打印技术来协助化学化合物的生产。 他们首先印刷化学反应容器,然后用打印机将反应物沉积到其中。 他们已经生产出新化合物以验证该过程的有效性,但没有针对特定应用进行任何追求。

通常,FDM工艺用于印刷中空反应容器或微反应器。 如果在惰性气体气氛中进行3D打印,则在打印期间反应容器可以填充高反应性物质。 3D打印物体在空气和水密下持续数周。 通过在普通比色皿或测量管的几何形状中印刷反应容器,可以在3D打印容器中直接进行常规分析测量,例如UV / VIS-,IR-和NMR-光谱。

此外,3D打印已经在研究实验室中用作制造用于实验的组件的替代方法,例如磁屏蔽和真空组件,其具有与传统生产的部件相当的性能。

餐饮
通过将食物逐层挤压成三维物体,正在开发食品的添加剂制造。 各种各样的食物是合适的候选者,例如巧克力和糖果,以及扁平食物,例如饼干,意大利面和比萨饼。 NASA考虑了该概念的多功能性,与系统和材料研究咨询公司签订合同,研究在太空中印刷食品的可行性。 食品印刷的问题之一是食品质地的性质。 例如,不够强大的食物不适合3D打印。

敏捷工具
敏捷工具是使用模块化方法设计工具的过程,该工具由增材制造或3D打印方法生成,以实现快速原型制作以及对工具和夹具需求的响应。 敏捷工具使用经济高效的高质量方法快速响应客户和市场需求。 它可用于液压成型,冲压,注塑和其他制造工艺。

医疗应用
以3D打印为中心的疗法的外科手术使用历史始于20世纪90年代中期,其具有用于骨重建手术计划的解剖模型。 通过在手术前的触觉模型上练习,外科医生做好了准备,患者得到了更好的护理。 患者匹配的植入物是这项工作的自然延伸,导致真正个性化的植入物适合一个独特的个体。 使用3D打印的个性化仪器进行手术和指导的虚拟计划已经应用于手术的许多领域,包括全关节置换和颅颌面重建,并取得了巨大成功。 进一步研究使用模型来规划心脏和实体器官手术已经导致这些领域的使用增加。 基于医院的3D打印现在引起了极大的兴趣,许多机构正在寻求在个别放射科中增加这一专业。 该技术被用于创建独特的,患者匹配的罕见疾病设备。 其中一个例子是在密歇根大学开发的用气管支气管软化症治疗新生儿的生物可吸收的肱骨夹板。 一些设备制造商也开始将3D打印用于患者匹配的手术导向器(聚合物)。 由于能够有效地产生促进骨整合的多孔表面结构,因此增量制造用于整形外科植入物(金属)的系列化生产的用途也在增加。 用于破碎骨头的印刷模型可以定制和打开,让穿着者刮擦任何瘙痒,清洗和通风受损区域。 它们也可以回收利用。

熔丝制造(FFF)已被用于产生具有三维内部几何形状的微结构。 不需要牺牲结构或额外的支撑材料。 使用聚乳酸(PLA)的结构可具有20%-60%范围内的完全可控孔隙率。 这种支架可用作细胞培养的生物医学模板,或用于组织工程的可生物降解的植入物。

3D打印已被用于打印患者特定的植入物和医疗装置。 成功的手术包括植入英国患者的钛骨盆,移植到荷兰病人的钛下颌骨,以及美国婴儿的塑料气管夹板。 预计助听器和牙科行业将成为使用定制3D打印技术的未来发展的最大领域。 2014年3月,斯旺西的外科医生使用3D打印部件重建了一名在交通事故中严重受伤的摩托车手的面部。 还正在研究生物印刷替代由关节炎和癌症引起的丢失组织的方法。

3D打印技术现在可用于制作器官的精确复制品。 打印机使用来自患者的MRI或CT扫描图像的图像作为模板,并铺设橡胶或塑料层。

生物印刷
2006年,康奈尔大学的研究人员发表了一些用于组织制造的3D打印的先驱工作,成功地印刷了水凝胶生物油墨。 Cornell的工作使用Seraph Robotics,Inc。(一家大学衍生公司)生产的专业生物打印机进行了扩展,这有助于促进全球对生物医学3D打印研究的兴趣。

3D打印被认为是植入能够在活人体内产生新组织和器官的干细胞的方法。 干细胞具有转化为人体任何其他细胞的能力,在3D生物印刷方面具有巨大潜力。 格拉斯哥大学的Leroy Cronin教授在2012年的TED演讲中提出,可以使用化学墨水打印药物。

截至2012年,生物技术公司和学术界已经研究了3D生物印刷技术,以用于组织工程应用,其中使用喷墨技术构建器官和身体部位。 在该过程中,活细胞层沉积在凝胶介质或糖基质上并缓慢地形成以形成包括血管系统的三维结构。 第一个3D纸巾印刷生产系统于2009年交付,基于NovoGen生物打印技术。 已经使用了几个术语来指代该研究领域:器官印刷,生物印刷,身体部分印刷和计算机辅助组织工程等。 还在探索使用3D组织印刷来创建用于重建手术的软组织结构的可能性。

2013年,中国科学家开始用活组织印刷耳朵,肝脏和肾脏。 中国的研究人员已经能够使用专门的3D生物打印机成功地打印人体器官,这些打印机使用活细胞代替塑料。 杭州电子科技大学的研究人员设计了名为“Regenovo”的“3D生物打印机”。 Regenovo的开发人员徐敏根表示,它可以在不到一个小时的时间内生产出肝脏组织或耳朵软骨的微型样本,预测全功能的印刷器官可能需要10到20年才能开发出来。

医疗设备
2014年10月24日,一名五岁女孩左手未完全成型的手指成为英国第一个使用3D打印技术制作假肢的孩子。 她的手是由美国的e-NABLE设计的,这是一个开源设计组织,它使用志愿者网络为儿童设计和制作假肢。 假手是基于她父母制作的石膏模型。 一个名叫亚历克斯的男孩也出生时,肘部正上方有一只手臂缺失。 该团队能够使用3D打印上传e-NABLE Myoelectric手臂,该手臂由电子肌肉驱动的伺服电池和电池组成。 到目前为止,e-NABLE已经使用3D打印机向儿童分发了数千个塑料手。

印刷假肢已被用于修复残缺动物。 2013年,一个3D打印的脚让一只残废的小鸭再次行走。 2014年,一只没有前腿出生的奇瓦瓦配备了一个带3D打印机的线束和轮子。 3D打印的寄居蟹壳让寄居蟹居住在一个新风格的家中。 假喙是另一种利用3D打印技术开发的工具,用于帮助一只名叫Beauty的秃鹰,它的喙因面部严重而被严重肢解。 自2014年以来,已经使用市售的用于狗的3D打印机制造的钛膝关节植入物来恢复动物的活动性。 仅一年后,欧洲和美国就有超过10,000只狗被治疗。

2015年2月,FDA批准了外科螺栓的销售,这种手术螺栓有助于微创足部手术,并且无需钻穿骨头。 3D打印钛设备“FastForward Bone Tether Plate”被批准用于矫正手术以治疗拇囊炎。 2015年10月,格罗宁根大学的Andreas Herrmann教授开发出第一款具有抗菌特性的3D可印刷树脂。 采用立体光刻法,将季铵基团结合到牙科器具中,在接触时杀死细菌。 这种类型的材料可以进一步应用于医疗装置和植入物中。

3D打印已被用于生产鹰的假喙,一只名为维多利亚的巴西鹅和一种名为Grecia的哥斯达黎加巨嘴鸟。


由3D打印制造的第一颗药丸于2015年8月获得FDA批准。粘合剂喷射到药物的粉末床中可以生产出非常多孔的药丸,可以在单个药丸中实现高药物剂量,可快速溶解并可摄取容易。 这已经在Spritam中得到证实,Spritam是用于治疗癫痫的左乙拉西坦的重新配制。

工业应用

服饰

inBloom 3D打印装
3D打印已进入服装界,时装设计师尝试3D打印的比基尼,鞋子和连衣裙。 在商业生产中,耐克使用3D打印为美式足球运动员制作2012 Vapor Laser Talon足球鞋的原型和制造,New Balance是为运动员制作3D制造定制球鞋。

3D打印已经到了这样的程度,即公司正在打印具有按需定制贴合和造型的消费级眼镜(尽管他们无法打印镜片)。 通过快速原型设计,可以按需定制眼镜。

然而,由于品牌价值传播的潜在减少,学术界对于人类接受这种大规模定制服装项目的潜在限制已经发表评论。

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在Karl Lagerfeld为Chanel设计的高级时装领域,Iris van Herpen和Noa Raviv使用Stratasys的技术,他们在他们的系列中采用了3D打印技术。 2016年大都会艺术博物馆Anna Wintour服装中心展出了“Manus X Machina”展览,展出了他们的作品和其他3D打印作品。

工业艺术和珠宝
3D打印用于制造用于制作珠宝的模具,甚至是珠宝本身。 3D打印在可定制的礼品行业中变得越来越流行,其产品如个性化的艺术品和玩偶,有多种形状:金属或塑料,或作为消费品,如3D打印巧克力。

汽车行业
2014年初,瑞典超级跑车制造商Koenigsegg宣布推出One:1,这款超级跑车采用了许多3D打印组件。 在Koenigsegg生产的有限车辆中,One:1具有侧镜内部构件,空气管道,钛排气部件以及作为制造过程的一部分进行3D打印的完整涡轮增压器组件。

Urbee是使用3D打印技术安装的世界上第一辆汽车的名称(它的车身和车窗是“打印”的)。 通过美国工程集团Kor Ecologic和Stratasys公司(打印机Stratasys 3D制造商)之间的合作创建于2010年,它是一款具有未来主义外观的混合动力汽车。

2014年,本地汽车推出了Strati,这是一款功能强大的车辆,完全使用ABS塑料和碳纤维进行3D打印,但动力系统除外。 2015年,该公司制作了另一个名为LM3D Swim的迭代,其中80%是3D打印的。 2016年,该公司在汽车零部件的生产中使用了3D打印技术,这些部件用于Olli,一种由该公司开发的自动驾驶汽车。

2015年5月,空中客车公司宣布其新的空中客车A350 XWB包括由3D打印制造的1000多个组件。

空军也在利用3D打印来打印飞机的备件。 2015年,皇家空军欧洲战斗机台风战斗机搭载印刷部件。 美国空军已开始使用3D打印机,以色列空军也购买了3D打印机来打印备件。

施工
随着3D打印机的成本降低,使用3D打印在建筑和建筑中生产比例模型已经稳步增加。 这使得这种比例模型能够更快地转向,并且允许稳定地提高生产速度和所生产物体的复杂性。

建筑3D打印,3D打印应用于制造建筑构件或整个建筑物,自20世纪90年代中期以来一直在发展,新技术的开发自2012年以来稳步增长,3D打印的子行业开始成熟。 见主要文章。

枪支
2012年,总部位于美国的国防集团公司披露计划“[设计]一种工作塑料枪,任何人都可以用3D打印机下载和复制。” Defense Distributed还设计了一款3D可打印的AR-15型步枪下部接收器(能够持续超过650发)和一个30发M16弹匣。 AR-15有多个接收器(上下接收器),但合法控制的部分是序列化的(AR-15的下部)。 2013年5月,在美国国务院设计第一个使用3D打印机生产塑料枪的工作蓝图后,美国国务院要求他们从他们的网站上删除指令后不久。 在国防部发布他们的计划之后,人们提出了关于3D打印和广泛的消费级CNC加工可能对枪控效果产生影响的问题。

2014年,一名来自日本的男子成为世界上第一个因制作3D打印枪支而被监禁的人。 Yoshitomo Imura在网上发布了枪的视频和蓝图,并被判入狱两年。 警察在他的家中发现至少有两支能射击子弹的枪支。

电脑和机器人
3D打印还可用于制造笔记本电脑和其他计算机和机箱。 例如,Novena和VIA OpenBook标准笔记本电脑外壳。 即诺维娜主板可以购买并用于印刷的威盛OpenBook手机壳。

软传感器和执行器
3D打印在4D打印概念的启发下在软传感器和执行器制造中占据了一席之地。 大多数传统的软传感器和执行器采用多步低产量工艺制造,需要手工制造,后处理/组装和冗长的迭代,最终产品的定制和再现性灵活性较低。 3D打印在这些领域已经改变了游戏规则,引入了自定义几何,功能和控制属性,以避免早期制造过程中繁琐且耗时的方面。

空间
Zero-G打印机是第一台专为零重力设计的3D打印机,是在NASA马歇尔太空飞行中心(MSFC)和Made In Space,Inc。的共同合作下建造的。2014年9月,SpaceX推出了零重力3D打印机到国际空间站(ISS)。 2014年12月19日,NASA通过电子邮件向国际空间站上的宇航员发送了用于套筒扳手的CAD图纸,然后使用其3D打印机打印该工具。 太空应用提供了在现场打印零件或工具的能力,而不是使用火箭将预先制造的物品带到月球,火星或其他地方的人类殖民地。 太空中的第二台3D打印机,欧洲航天局的便携式车载3D打印机(POP3D)计划于2015年6月之前交付给国际空间站。2016年,Digital Trends报道BeeHex正在为载人制造3D食品打印机火星任务。

计划在小行星或行星上的大多数建筑将使用这些物体上的可用材料以某种方式进行自举。 3D打印通常是此引导的步骤之一。 Sinterhab项目正在研究使用月球风化石作为基础材料通过3D打印构建的月球基地。 研究人员正在试验微波烧结以从原材料中产生固体块,而不是在风化层中添加粘合剂。

这些项目已经被调查用于建造非地球栖息地。

社会文化应用
2005年,随着开源RepRap和Fab @ Home项目的落成,迅速扩大了业余爱好者和家庭用途市场。 实际上,迄今为止发布的所有家用3D打印机都在正在进行的RepRap项目和相关的开源软件计划中拥有技术根源。 在分布式制造业中,一项研究发现,3D打印可以成为一种大众市场产品,使消费者能够节省与购买普通家用物品相关的资金。 例如,人们不是去商店购买通过注塑成型在工厂制造的物体(例如量杯或漏斗),而是可以从下载的3D模型在家中打印它。

艺术和珠宝
2005年,学术期刊开始报道3D打印技术可能的艺术应用,由巴特利特建筑学院的Martin John Callanan等艺术家使用。 到2007年,大众媒体随后在“华尔街日报”和“时代”杂志上刊登了一篇文章,其中列出了当年100种最具影响力的设计中的印刷设计。 在2011年伦敦设计节期间,由Murray Moss策划并专注于3D打印的装置在维多利亚和阿尔伯特博物馆(V&A)举行。 该装置被称为工业革命2.0:物质世界将如何实现。

在2013年11月和2014年的伦敦3DPrintshow展会上,艺术部分采用3D打印塑料和金属制作。 几位艺术家,如Joshua Harker,Davide Prete,Sophie Kahn,Helena Lukasova,Foteini Setaki展示了3D打印如何改变美学和艺术流程。 2015年,麻省理工学院Mediated Matter Group和Glass Lab的工程师和设计师创建了一种可以用玻璃打印的添加剂3D打印机,称为G3DP。 结果既可以是结构性的,也可以是艺术性的。 印在其上的透明玻璃容器是一些博物馆藏品的一部分。

3D扫描技术的使用允许复制真实物体而无需使用在许多情况下可能更昂贵,更难以或太具侵入性的成型技术,特别是对于直接接触的珍贵艺术品或精致的文化遗产文物。成型物质可能会损害原始物体的表面。

3D自拍
位于迷你公园Madurodam的Fantasitron等3D照相亭,可以根据客户的2D照片生成3D自拍模型。 这些自拍通常由专业的3D打印公司(如Shapeways)打印。 这些模型也被称为3D肖像,3D小雕像或迷你小雕像。

通讯
采用3D打印提供的添加剂层技术,创建了充当波导,耦合器和弯曲的太赫兹器件。 使用传统的制造技术无法实现这些器件的复杂形状。 市售的专业级打印机EDEN 260V用于制造最小特征尺寸为100μm的结构。 随后用金(或任何其他金属)对印刷结构进行DC溅射涂覆以产生太赫兹等离子体装置。 2016年,艺术家/科学家Janine Carr创作了第一个3D打印的声乐打击乐器(beatbox)作为波形,具有通过激光播放声波的能力,以及四种发声情绪,这些也可以通过激光播放。

国内使用
一些早期消费者的3D打印示例包括1999年在日本发布的64DD。 截至2012年,国内3D打印主要由业余爱好者和爱好者实施。 然而,很少用于实际的家庭应用,例如装饰物。 一些实际示例包括工作时钟和用于家用木工机器的齿轮以及其他目的。 与家庭3D打印相关的网站往往包括背板,衣帽钩,门把手等。

开源Fab @ Home项目开发了一般用途的打印机。 它们已经在研究环境中用于生产具有3D打印技术的化合物,包括新的技术,最初没有立即应用作为原理的证据。 打印机可以打印任何可以从注射器分配的液体或糊状物。 化学品应用的开发者设想该技术的工业和家庭用途,包括使偏远地区的用户能够生产他们自己的药物或家用化学品。

3D打印现在正在进入家庭,越来越多的孩子正在被引入到早期3D打印的概念中。 3D打印的前景正在增长,随着越来越多的人获得这种新的创新,家庭中的新用途将会出现。

教育和研究
3D打印,特别是开源3D打印机,是进入课堂的最新技术。 3D打印允许学生创建项目原型,而无需使用减法方法所需的昂贵工具。 学生设计并制作他们可以容纳的实际模型。 课堂环境允许学生学习和使用新的3D打印应用程序。 例如,RepRaps已经用于教育移动机器人平台。

一些作者声称3D打印机在STEM教育中提供了前所未有的“革命”。 这种说法的证据来自于学生在课堂上快速成型的低成本能力,以及由开放式实验室开放式硬件设计制造的低成本高质量科学设备。 探索工程和设计原则以及建筑规划。 学生们重新创建博物馆物品的复制品,如化石和历史文物,以便在课堂上学习,而不会损坏敏感的藏品。 其他对平面设计感兴趣的学生可以轻松构建复杂工作部件的模型。 3D打印为学生提供了具有地形图的新视角。 理科学生可以研究人体内部器官和其他生物标本的横截面。 化学专业的学生可以探索分子的3D模型以及化合物中的关系。

根据Kostakis等人最近的一篇论文,3D打印和设计可以根据互联的,基于信息的世界的精神,激发儿童的各种文化和创造能力。

3D打印的未来应用可能包括创建开源科学设备。

环境使用
在巴林,使用类似砂岩的材料的大规模3D打印已被用于创建独特的珊瑚形结构,这鼓励珊瑚息肉定殖和再生受损的珊瑚礁。 与用于制造人工鱼礁的其他结构相比,这些结构具有更自然的形状,并且与混凝土不同,在中性pH下既不酸也不碱。

文化遗产
在过去几年中,3D打印在文化遗产领域被广泛用于保存,修复和传播目的。 许多欧洲人和北美博物馆购买了3D打印机,并积极重建他们遗物的遗失物。

Scan the World是全球最大的具有文化意义的3D可打印对象档案。 每个对象源自其社区提供的3D扫描数据,针对3D打印进行了优化,可以在MyMiniFactory上免费下载。 通过与维多利亚和阿尔伯特博物馆等博物馆以及私人收藏家合作,该倡议成为艺术品民主化的平台。

大都会艺术博物馆和大英博物馆已经开始使用他们的3D打印机创建博物馆商店中的博物馆纪念品。其他博物馆,如国家军事历史博物馆和瓦尔纳历史博物馆,已经走得更远,通过在线平台销售Threeding他们的文物的数字模型,使用Artec 3D扫描仪创建的3D打印友好文件格式,每个人都可以在3D打印家。

特种材料
消费级3D打印产生了专门为3D打印机开发的新材料。例如,已开发出长丝材料以在其外观和质地上模仿木材。此外,还有新技术,例如将碳纤维注入可印刷塑料中,从而实现更坚固,更轻的材料。除了由于3D打印而开发的新结构材料之外,新技术还允许将图案直接应用于3D打印部件。不含氧化铁的波特兰水泥粉末已被用于创建高达9英尺的建筑结构。

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