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3D打印技术

发布时间: 2014-11-27 15:21:27   作者:来源于网络   浏览次数:  

经常会有读者有这样的疑问:“3D打印到底是个什么?”既然这样,那今天就整理下3D打印技术方面的文章,详细阐述一下3D打印是什么,以及介绍一下3D打印技术的优点、应用领域及原理。如果你想系统的了解3D打印技术是什么?及3D打印技术原理,也可以以此文做参考。

3D打印是什么

维基百科上的解释:“这是快速成形技术的一种,它运用粉末状金属或塑料等可粘合材料,通过一层又一层的多层打印方式,来构造零物件。模具制造、工业设计常将此技术用于建造模型,现在正向产品制造的方向发展,形成“直接数字化制造”。在一些高价值应用中(比如髋关节或牙齿,或一些飞机零部件)也已经有打印而成的零部件出现。”简单来说,3D打印,就是在普通的二维打印的基础上再加一维。打印机先像普通打印一样在一个平面上将塑料、金属等粉末状材料打印出一层,然后在将这些可黏合的打印层一层一层的粘起来。通过每一层不同的“图形”的累积,最后就形成了一个三维物体。就像盖房子一样,砖块是一层一层的,但累积起来后,就成一个立体的房子了。

什么是3D打印技术

3D打印技术是什么?确切的说,3D打印是一种以金属或者塑料等粘合剂作为打印材料,以数字模型为基础进行逐层打印的一种技术。通过电脑与3D打印机连接起来便可以将绘制的图纸打印出模型的一种手段。如今这一技术在多个领域得到应用,人们用它来制造服装、建筑模型、汽车、巧克力甜品等。

3D打印技术的优点

3D打印与传统的通过模具生产有很大的不同,3D打印最大的优点是无需机械加工或任何模具,就能直接从计算机图形数据中生成任何形状的零件,从而极大地缩短产品的研制周期,提高生产率和降低生产成本。同时,3D打印还能够打印出一些传统生产技术无法制造出的外型,同时,3D打印技术还能够简化整个生产流程,具有快速有效的特点。

3D打印技术的运用领域

目前,3D打印主要运用于传统制造业、医疗行业、文物保护行业、建筑设计行业和配件饰品行业,而且在这些行业中已经运用的比较广泛,在医疗行业中,3D打印还可以为器官移植患者量身打造所需器官,当然,打印人体器官需要特殊的高分子材料,才能做到不对人体排异!

3D打印技术过程原理

每一层的打印过程分为两步,首先在需要成型的区域喷洒一层特殊胶水,胶水液滴本身很小,且不易扩散。然后是喷洒一层均匀的粉末,粉末遇到胶水会迅速固化黏结,而没有胶水的区域仍保持松散状态。这样在一层胶水一层粉末的交替下,实体模型将会被“打印”成型,打印完毕后只要扫除松散的粉末即可“刨”出模型,而剩余粉末还可循环利用。

打印耗材由传统的墨水、纸张转变为胶水、粉末,当然胶水和粉末都是经过处理的特殊材料,不仅对固化反应速度有要求,对于模型强度以及“打印”分辨率都有直接影响。3D打印技术能够实现600dpi分辨率,每层厚度只有0.01毫米,即使模型表面有文字或图片也能够清晰打印。受到喷打印原理的限制,打印速度势必不会很快,较先进的产品可以实现每小时25毫米高度的垂直速率,相比早期产品有10倍提升,而且可以利用有色胶水实现彩色打印,色彩深度高达24位。

由于打印精度高,打印出的模型品质自然不错。除了可以表现出外形曲线上的设计,结构以及运动部件也不在话下。如果用来打印机械装配图,齿轮、轴承、拉杆等都可以正常活动,而腔体、沟槽等形态特征位置准确,甚至可以满足装配要求,打印出的实体还可通过打磨、钻孔、电镀等方式进一步加工。同时粉末材料不限于砂型材料,还有弹性伸缩、高性能复合、熔模铸造等其它材料可供选择。第一次接触一种利用太阳能将沙子融化并打印出固体物品的机器Solar Sinter。这种机器“打印”出来的作品看似粗糙,但实际上它已经是一个很超前的玩意了——它使用的材料是沙子,能量则是太阳能。换句话说,使用这种机器,你甚至可以在沙漠中轻松造出一座城。但实际上,3D打印的概念在上个世纪 80 年代就出现了。1995 年 MIT 创造了了“3D打印”这个名词,随后3D打印便开始在实验室萌芽。然后慢慢的,3D 技术开始运用在医疗模型、建筑模型等行业,被应用在更广泛的领域。

3D打印机普及,走向现实

 

3D技术开始越来越靠近人们的生活,3D打印机也越来越平民化。原来的 3D打印机非常庞大,基本上都只存在于大医院、研究机构以及相关企业中。购买这样的机器不仅要花几十几百万,而且打印材料也价格不菲。但现在,3D打印机可以做到和普通的喷墨打印机一样大小。很多创业公司都提供各种各样的打印机,比如 MakerBot 提供的 彩色3D打印机、香港 Makible  2000块钱的3D打印机、维也纳工业大学能打出 沙粒大小赛车模型的超高速打印机等等。另外,3D打印设计软件也越来越多,有 iPhone 上设计 3D 物品的 Sculpteo、iPad 上 3D 设计软件 123D Design、通过 Kinect 扫描 3D 模型到打印机的 Kinect-To-Print、将 3D 图纸模拟成 3D 模型的增强现实软件 Augment等。除了 3D打印机和软件,还有一些提供 3D服务的创业公司,比如 “全民武器计划”、MakieLab、 GrabCAD、 Shapeways、 Formlabs、 Stratasys等。

神奇的3D打印作品 

到今天,人们已经用 3D 打印技术打印出了很多东西。除了下面会提到的一些复杂的 3D 几何模型,业内已经用 3D 打印机打印了心脏瓣膜、下颚骨、 电路板、汽车、 房子、 自动步枪,甚至还有鞋子、内衣或生肉。

3D打印畅想 

由于3D打印成品的可塑性非常强,从二维到三维,3D 打印可以精确到 600dpi,每层 0.01 毫米的厚度。所以几乎任何复杂的结构都可以轻松打印出来,例如克莱因瓶、莫比乌斯网、门格尔海绵等。这就给人们带来了 极大的想象力,很多人都在畅想 3D 打印会给各个行业带来哪些革命性的改变。

YC创始人Paul Graham 说:“ 硬件复兴的时代已经到来。”互联网女王 Mary Meeker 在其《 2012互联网趋势报告》中也声称:“3D 打印机的出现,让个性化定制成为可能,生产制作将面临变革。”而之前曾提出《长尾理论》的 Chris Anderson也从《连线》辞职,转向关注 3D 打印技术给世界带来的长尾效应。所以说,3D 打印未来已触手可及。如果你真的喜欢的话,现在就可以尝试购买一台 3D 打印机,开启自己的创造之旅吧。3D打印普及障碍3D打印目前普及的障碍在于材料和成本。材料来说,现有的材料种类远不够丰富,也不接近民用材料,换句话说,很多材料即使能3D打印,但也不够环保,达不到民用标准。绝大多数的3D打印机只能打印1种或性质接近的几种材料。出现混合材料或多种材料的打印机也是未来的趋势。

成本是普及的最大障碍,正如电脑在几十年前的阶段。目前高精度的3D打印机都是比较大型且昂贵,技术专利基本掌握在国外巨头公司手中,民用的小型机使用的是十几年前的开源技术,精度达不到使用需求。国产的3D打印机往往是噱头大于实际,无论从稳定性还是产品质量远远落后国外,所以国外公司的技术垄断无疑也使打印机设备及耗材价格居高不下。通过对国外机器的拆解我们会发现,其实整机成本并不高,主要部件如激光器等则价格高昂,而且目前也无法实现国产化。原材料的配方也是另外一个垄断的因素,国产材料始终无法达到与进口材料一样的质量.举例来讲SLS技术使用的粉末,即使是日本产的替代粉也不及原装的质量好。

相信未来3D打印会像以前的2D打印一样,成本和价格会随着国产化和技术成熟而逐步降低,然后逐渐普及。

就人才技能而言,我们以MIT团队研制的Form 1举例,他们的团队中,材料专家起了很大的作用,帮助开发了他们低成本的光敏树脂,比同类材料价格低了1半以上。

其次就是图形技术人才,3D打印非常需要内容作为支撑,如何开发简单易用的建模软件非常重要。正如iphone需要App store。 所以未来无论是OPEN GL WebGL开发人才还是3D扫描,3D建模技术人才都将帮助3D打印技术的进一步发展普及。


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