3D打印与工业制造

1）本书从限制3D打印发展的一大主要障碍：思维的局限来入手，剖析了3D打印的颠覆潜力与价值所在，从而系统且本质性地解读了3 D打印与应用端的结合点与发展趋势。  

2）目前，针对3D打印的认识存在着许多误区。本书提供了一种穿透力，以清除层层“认知迷雾”，来识别3D打印的潜力所在。 

3）本书从实践、市场、具体工业应用三方面系统地介绍了3D打印技术，具有全局性、实用性。

4）对于工业企业来说，3D打印已经不是一种选项，而是必须驾驭的一种技术，否则企业将在未来竞争中被甩出价值创造的轨道。但如果不能正确地驾驭3D打印，企业损失的不仅仅是金钱的投入，更是无以弥补的时间与机会成本。本书是了解如何正确驾驭3D打印技术的指南。 

5）正如马云曾提到的“未来的制造将不分made
in China, 或者是made in America，而是made in internet”。3D打印将以一场结合互联网的数字化工业革命的新型态，深刻改变制造与我们的生活。3D打印是一门实践性极强的多学科交叉的技术，它将成为每位理工科大学生的必修课，这本书也为他们规划了面向下一步和未来的就业学习蓝图。  

 

 

3D打印是一种深刻颠覆传统规则的制造技术。本书揭开了3D打印关于价值创造的奥秘，从制造的角度介绍了3D打印的价值与发展趋势。通过独到的业界视角、趋势跟踪与数据分析，本书不仅可帮助读者建立对3D打印发展的全局感，而且还通过深度剖析与行业透视带给业界一种思考的逻辑。这种全局感和思考的逻辑是弥足珍贵的，将带领企业和个人找到价值创造方向，重塑核心竞争力。

三维世界，全球视角。原创、前瞻、有深度，3D科学谷以行业洞察与趋势跟踪为核心原动力，成为国际上领先的增材制造领域的专业咨询机构，通过3D科学谷中国与3D科学谷欧洲的专业市场分析人员的合作，3D科学谷打造了连接3D打印技术发展与传统制造业的信息“桥梁”，成为国际上*有影响力的3D打印界的智囊平台。3D科学谷的白皮书系列包括3D打印在航空航天、汽车、医疗等行业的研究，还包括针对3D打印在牙科、手术器械、轻量化零件、结构性电子、塑料、发动机、航天行业、铸造、散热器、液压零件等应用的研究，已经成为3D科学谷的标志。本书正是集3D科学谷的市场研究精华之大成，以精辟到位的逻辑整理与分析呈现出3D打印为我们所处的时代所带来的前所未有的机遇。正确认识和掌握一日千里的3D打印技术的发展与应用，抓住发展机遇，请登陆:www.51 is， iest: www.51shape. com.com或3D科学谷微信公众号。

序

前言

部分

实践篇

 

章突破思维局限2

节突破传统制造思维的限制3

第二节为增材制造而设计的规则6

第三节重塑产品13

第四节数据赋能增材制造生产17

第五节仿真提升过程可控性19

第六节实现轻量化的四种途径20

第七节创成式设计23

第八节小点阵大作用24

第九节多材料3D打印27

第十节超材料与3D打印29

第二章增材制造的国际标准31

节ASTM国际标准概述31

第二节金属增材制造的现状与ASTM国际标准32

第三章成功3D打印零件的要素45

节金属3D打印质量控制的三种方法45

第二节安全生产53

第三节后处理对增材制造的影响55

 

第二部分

市场篇

 

第四章3D打印的发展：宏观层面60

节3D打印进入生产61

第二节迎接商业模式的重构63

第三节国内当前三大“接地气”的机会66

第五章3D打印的发展：微观层面71

 3D打印与工业制造目录 节金属3D打印和冶金加工学72

第二节多样化的金属3D打印技术73

第三节走向生产的塑料3D打印80

第六章3D打印领导企业的战略布局90

节向3D打印发力的巨无霸们90

第二节材料巨头加快增材制造步伐98

第三节航空航天企业的多重布局101

第七章3D打印与数字化制造趋势107

节3D打印 数字化生产模式108

第二节与大数据“手牵手”111

第八章各国政府的支持及科研机构115

节各国政府的支持115

第二节硕果累累的两大科研机构121

第九章教育125

节为K12教育服务的生态圈126

第二节多学科交叉的高等教育128

 

第三部分

应用篇

 

第十章航空航天132

节3D打印成为核心制造技术133

第二节催生下一代航空制造134

第三节重新定义航空关键零件138

第四节机身与内饰走向经济性与个性化144

第五节航天制造新赛道145

第十一章汽车155

节快速原型制造156

第二节概念车157

第三节汽车零部件创新159

第四节定制化夹具制造166

第五节电动汽车时代为3D打印带来的机遇167

第六节切入定制化市场174

第十二章模具176

节3D打印模具的“废”与“立”177

第二节注塑模具与随形冷却水路178

第三节更多的随形冷却182

第四节轮胎制造的新思路183

第五节快速模具的“快”意184

第十三章铸造186

节砂型铸造188

第二节熔模铸造192

第十四章液压195

节液压市场不平凡195

第二节液压歧管的“瘦身”故事197

第三节机械中不寻常的液压系统199

第四节“复杂性”驱动液压增材制造200

第五节液压制造商发力3D打印202

第十五章工业其他204

节燃气轮机制造204

第二节核工业208

第三节刀具209

第四节后市场211

第五节再制造214

第十六章医疗218

节手术预规划219

第二节植入物221

第三节牙科232

第四节康复医疗器械240

第五节芯片上的实验室246

第十七章电子249

节印刷电子与硅基微电子249

第二节PCB快速原型251

第三节小批量制造252

第四节几种有生产潜力的应用253

第五节3D打印与物联网256

第十八章首饰257

节首饰的两种“打印”方式258

第二节互联网 首饰定制261

附录技术名词265

参考文献268

为什么要写这本书本书作者来自于传统制造业，从传统制造的视角来理解和解读3D打印的潜力与发展趋势具有很大的优势，因为你必须了解制造，才能通过紧密追踪3D打印的发展获得一种“恍然大悟”的感觉，你需要多年植根于制造业，才能理解3D打印究竟对于制造业将要带来怎样的第四次工业革命。我们相信，这种“恍然大悟”的心得不仅仅存在于我们心中，更存在于类似于GE、欧瑞康、GKN这些企业。面对3D打印，这些企业不仅仅在战略上进行了全盘布局，还感到了一种前所未有的压力和危机感，因为他们本身的大部分业务都扎根于传统制造方式，而他们越来越清晰地看到，以3D打印为代表的增材制造技术将要对他们原有业务本身的转型带来相当大的财务压力。面对3D打印，如果你感受到的是一种莫名的焦虑感和迫切感，那么这种感觉是正常的；面对3D打印，如果你感到这种技术令人失望，不仅贵还很慢，工艺也很难控制，那么你缺乏对3D打印本质的认识。除了一种“恍然大悟”的分享驱动，出版本书还源于一种使命感。笔者曾经从业于德国的传统机加工行业，深知德国的工匠精神是如何深入到基因中的一种难以替代的竞争力，也曾经深入了解日本人如何用手工的方式来加工机床的床身部件，这些优势都会在3D打印的发展中体现出来。我国若要在3D打印领域取得突破，一定不能忽视基础，一定要正视现实，补齐短板，可谓任重而道远。除了民族的使命感，还有一种对我们赖以生存的地球的责任感，正如Christopher Barnatt在他的《3D打印，正在到来的工业革命》一书中所提到的“3D打印终和重要的潜在益处是对环境的改变。现在，大量的燃油和其他资源在世界范围内被用来运送产品，许多东西都经过数百或数千英里来到我们的手中。考虑到自然资源供应的压力越来越大，这样大量的运输变得不可行，在文化角度上也会变得无法接受。因此，本地制造的需求就会成为3D打印的长期趋势。”此外，不得不说，我们所处的世界，过于喧嚣和浮躁。市场上既不懂制造，又没真实地了解过3D打印技术，也没有跑过应用端的“3D打印专家”比比皆是。一些所谓的咨询和分析机构，仅凭着股价走势，就对国家政策导向以及3D打印行业的发展进行各种不负责任的评论。这些谬论与误导以一种伪科学的方式出现，甚至会影响到传统制造业探索3D打印价值的心态，这是有害的。工业和信息化部工业文化发展中心组织接受了我们的邀请并同意作为组编，针对3D打印普遍存在的误区，基于成功出版经验，着力于还原3D打印真实潜力与发展前景，并与市场上现有的3D打印类书籍有极大的差异化，《3D打印与工业制造》这本书的着力点在于对3D打印的价值与潜力的深刻剖析。此外，与时俱进，根据3D打印的发展情况，《3D打印与工业制造》计划每两年更新再版一次。本书特色从章节安排来说，笔者曾走访过一些技术上处于制造业前沿的国内制造企业，但无一例外，这些企业的制造专家首先想到的是他们手上的产品通过3D打印来制造的话需要多长时间，精度达到什么水平，能否达到锻造的性能，成本是多少……，很多人从来没有想过，3D打印的优势是用于制造极其复杂的产品，也就是说通过3D打印来完成制造，你的产品与现在产品相比将产生本质上的飞跃。3D打印要释放潜力，突破传统制造思维的限制是重要的。本书从解释为增材制造而设计的思维开始，抽丝剥茧，通过制造业关心的出发点来解读突破思维限制的方法与轨迹。随后，通过第二大部分的市场篇将3D打印的宏观层面与微观层面的发展进行逐一剖析，呈现出能够捕捉和感知3D打印发展趋势的全景图。后，通过每个具有产业化机会的细分市场及应用的介绍，结合3D打印技术“家族”下不同类别的打印技术，将产业发展方向进行逐一清晰的展开与透视。读者对象1）希望为数字化制造进行布局的企业。2）希望了解3D打印并准备就业的大学生与职校学生。3）对3D打印感兴趣的从业人员和爱好者。如何阅读此书部分实践篇包括突破思维局限、增材制造的国际标准、成功3D打印零件的要素等内容。实践篇不仅剖析了3D打印所需要具备的知识是需要跨界的，而且思维意识也需要突破传统的制约。第二部分市场篇包括3D打印发展的宏观层面、微观层面、战略布局、数字化趋势、各国支持、科研机构、教育等内容。市场篇揭示了3D打印充满了无限的可能，也布满了暗礁，不管是政府支持层面，还是企业经营层面，抑或是大学生学习，建立对3D打印发展的全局观可以避免很多浪费与弯路。第三部分应用篇包括航空航天、汽车、模具、铸造、液压、工业其他、医疗、电子、首饰等内容。应用篇的细分章节中重点剖析了3D打印将要带给每个细分应用领域的变化，以及3D打印在这些领域的发展趋势与前景。勘误与支持3D科学谷力求内容的严谨性，但限于时间和人力因素，书中难免有不足之处，如存在失误、失实，敬请不吝赐教、指正。请通过3D科学谷官方网站www.51shape.com，或官方微信www_51shape_com发表评论，或者直接发送邮件至邮箱[email protected]联系我们，让我们在技术之路上共勉共进。致谢感谢工业和信息化部工业文化发展中心的支持。感谢中国3D打印文化博物馆对此书出版与发行的支持。感谢安世亚太科技股份有限公司对本书的支持。感谢3D科学谷德国同事Mrs.Korinna Penndorf在先进的3D打印技术方面所做的沟通工作。后，特别感谢支持3D科学谷(3D Science Valley)的朋友，你们的热爱与支持，让我们在追求目标的过程中更加富有力量，并且坚信3D打印一定会在中国的土壤中成长壮大。
3D科学谷王晓燕