3D打印技術在土木工程里的應用展望 -開題報告

一、文獻綜述

3D打印技術發(fā)展現(xiàn)狀介紹  

首先3D打印技術可以加工傳統(tǒng)方法難以制造的工程節(jié)點。過去傳統(tǒng)的制造方法就是一個毛坯，把不需要的地方切除掉，是多維加工的，或者采用磨具，把金屬和塑料融化灌進去得到這樣的零件，這樣對復雜的零部件來說加工起來非常困難。立體打印技術對于復雜零部件而言具有極大的優(yōu)勢，立體打印技術可以打印非常復雜的東西。

其次實現(xiàn)了首件的凈型成形，這樣后期輔助加工量大大減小，避免了委外加工的數(shù)據(jù)泄密和時間跨度，尤其適合一些高保密性的行業(yè)，如軍工、核電領域。再次由于制造準備和數(shù)據(jù)轉換的時間大幅減少，使得單件試制、小批量出產(chǎn)的周期和成本降低，特別適合新產(chǎn)品的開發(fā)和單件小批量零件的出產(chǎn)。  這些速度快、高易用性等優(yōu)勢使得3D打印成為一種潮流，并且在很多領域得到了應用。如今3D打印機已經(jīng)在建筑設計、醫(yī)療輔助、工業(yè)模型、復雜結構、零配件、動漫模型等領域都已經(jīng)有了一定程度的應用。尤其在飛機、核電和火電等使用重型機械、高端精密機械的行業(yè)，3D打印技術“打印”的產(chǎn)品是自然無縫連接的，結構之間的穩(wěn)固性和連接強度要遠遠高于傳統(tǒng)方法「2」。  

事實上，3D打印技術要成為主流的生產(chǎn)制造技術還尚需時日。3D打印機目前的實際使用仍屬于快速成型范疇，即為企業(yè)在生產(chǎn)正式的產(chǎn)品前提供產(chǎn)品原型的制造，業(yè)內(nèi)也將這類原型稱作手板。據(jù)統(tǒng)計，3D打印機生產(chǎn)的產(chǎn)品中80%依舊是產(chǎn)品原型，僅有20%是最終產(chǎn)品。雖然3D打印機技術近年來已取得不小的進步，比如材料增多、打印機和原材料價格逐漸下降，但從目前看，依舊是一項年輕的技術，在沒有變得更加成熟和廉價前，并不會被企業(yè)大規(guī)模采用。

3D打印技術應用狀況  

3D打印機的應用對象可以是任何行業(yè)，只要這些行業(yè)需要模型和原型。以色列的Objet公司認為，3D打印機需求量較大的行業(yè)包括政府、航天和 國防、醫(yī)療設備、高科技、教育業(yè)以及制造業(yè)。「4」   

在醫(yī)療行業(yè)。最近，一位83歲的老人由于患有慢性的骨頭感染，因此換上了由3D打印機“打印”出來的下顎骨，這是世界上首位使用3D打印產(chǎn)品做人 體骨骼的案例。   

科學研究。美國德雷塞爾大學的研究人員通過對化石進行3D掃描，利用3D打印技術做出了適合研究的3D模型，不但保留了原化石所有的外在特征，同時還做了比例縮減，更適合研究。   

產(chǎn)品原型。比如微軟的3D模型打印車間，在產(chǎn)品設計出來之后，通過3D打印機打印出來模型，能夠讓設計制造部門更好的改良產(chǎn)品，打造出更出色的產(chǎn)品。 文物保護。博物館里常常會用很多復雜的替代品來保護原始作品不受環(huán)境或意外事件的傷害，同時復制品也能將藝術或文物的影響更多更遠的人。最近史密森尼博物館就因為原始的托馬斯·杰弗遜要放在弗吉尼亞州展覽，所以博物館用了一個巨大的3D打印替代品放在了原來雕塑的位置。 

建筑設計。在建筑業(yè)里，工程師和設計師們已經(jīng)接受了用3D打印機打印的建筑模型，這種方法快速、成本低、環(huán)保，同時制作精美。完全合乎設計者的要求，同時又能節(jié)省大量材料。  

制造業(yè)。制造業(yè)也需要很多3D打印產(chǎn)品，因為3D打印無論是在成本、速度和精確度上都要比傳統(tǒng)制造好很多。而3D打印技術本身非常適合大規(guī)模生產(chǎn)，所以制造業(yè)利用3D技術能帶來很多好處，甚至連質量控制都不再是 個問題。   食品產(chǎn)業(yè)。沒錯，就是“打印”食品。研究人員已經(jīng)開始嘗試打印巧克力了。或許在不久的將來，很多看起來一模一樣的食品就是用食品3D打印機“打印”出來的。當然，到那時可能人工制作的食品會貴很多倍。   

汽車制造業(yè)。不是說你的車是3D打印機打印出來的（當然或許有一天這也有可能），而是說汽車行業(yè)在進行安全性測試等工作時，會將一些非關鍵部件用3D打印的產(chǎn)品替代，在追求效率的同時降低成本。   

配件、飾品。這是最廣闊的一個市場。在未來不管是你的個性筆筒，還是有你半身浮雕的手機外殼，抑或是你和愛人擁有的世界上獨一無二的戒指，都有可能是通過3D打印機打印出來的。甚至不用等到未來，現(xiàn)在就可以實現(xiàn) 。「9」 

二、論文提綱

引言   變革的新機遇

1、3D打印主要技術發(fā)展簡介

1.2、3D打印技術的發(fā)展狀況

1.3、3D打印主要實現(xiàn)技術

1.4、3D打印的優(yōu)勢

2、3D打印混凝土技術

2.1、3D打印的混凝土的材料特性

2.2、3D打印的混凝土的施工

 3、土木工程領域的應用前景展望

3.1、個性化定制

3.1.1節(jié)點整體打印

3.1.2鑄造模具打印制作

3.2.、提高構件延展性

3.2.1、在偏心支撐鋼結構框架中的應用

3.2.2、在橋梁結構中的應用

3.3、建筑施工智能化

4、3D打印在土木工程中的應用實例

5、3D打印的下一篇章

三、參考文獻

    

1、《3D打印技術與產(chǎn)業(yè)的發(fā)展及前景分析》   作者：王雪瑩  

刊名：中國高新技術企業(yè)    （年 卷 期 頁碼）：  2012，26：3—5

2、《3D打印技術將掀起“第三次技術革命”》   作者：黃建  姜山

刊名：新材料產(chǎn)業(yè)    （年 卷 期 頁碼）：  2013，01：60—80

3、《3D打印“從想象到現(xiàn)實”》 作者：（美國）胡迪—利普森   梅爾巴—庫曼

出版方：中信出版社   來自：豆瓣閱讀

4、《中國3D打印的未來》   作者：羅軍

出版方：中信出版社   來自：豆瓣閱讀

5、《了不起的3D打印》   作者：陳士凱  王正

出版方：中信出版社   來自：豆瓣閱讀

6、《創(chuàng)客：工業(yè)革命》    作者：克里斯—安德森

出版方：中信出版社   來自：亞馬遜書城

7、《3D打印：打印未來》    作者：中國機械工程學會

出版方：中信出版社   來自：亞馬遜書城

8、《3D打印3.0》    作者：羅軍

出版方：中信出版社   來自：亞馬遜書城

9、《工業(yè)4.0》    作者：烏爾里希—森德勒

出版方：中信出版社   來自：亞馬遜書城