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3D新聞

【3D打印改變設計】(十一)3D打印機原理解說

星之球科技 來源:人民網2013-10-28 我要評論(0 )   

都是3D打印機,實現方式卻有多種。其中,熔融沉積成型被廣泛應用於(yu) 從(cong) 較低價(jia) 位款式到高精度、高價(jia) 位的高端款式。近年來,這種方式的打印機不斷出現價(jia) 格跌破20萬(wan) 日元的機...

        都是3D打印機,實現方式卻有多種。其中,“熔融沉積成型”被廣泛應用於(yu) 從(cong) 較低價(jia) 位款式到高精度、高價(jia) 位的高端款式。近年來,這種方式的打印機不斷出現價(jia) 格跌破20萬(wan) 日元的機型,個(ge) 人也可負擔得起,推動了3D打印機熱潮的興(xing) 起。

熔融沉積成型是通過細細的噴嘴,自上而下擠出加熱熔化的材料,一層層疊加成型品切片的方式。其原理與(yu) 地形的立體(ti) 模型十分相似。就像是從(cong) 水平麵開始,逐層疊加薄層一樣。

       如果是具備多個(ge) 噴嘴的機型,通過在同一平麵上擠出顏色、材質各異的樹脂,逐層沉積,還可以一次性製作出五彩繽紛的成型品。

       但是,對於(yu) 像樹枝一樣向空中伸展的部分,因為(wei) 下方的空間沒有任何支撐,所以通過熔融沉積成型無法實現。這就需要事先利用其他材料,製作用來支撐的底座。這種材料叫做支撐材料,要在成型結束後清除。

       美國Stratasys的“Mojo”、“uPrint係列”、“Dimension係列”、“Fortus係列”采用的是熔融沉積成型。

從(cong) 設計到教育以及個(ge) 人愛好品

Stratasys的代理商——丸紅信息係統公司的製造解決(jue) 方案事業(ye) 本部成型解決(jue) 方案部長青柳充泰說:“這種方式的一大優(you) 點,是可以使用一般塑料產(chan) 品廣泛采用的ABS樹脂作為(wei) 成型材料。”“通過使用ABS這種‘真正的塑料’,強度、金屬部件的安裝等都可以在設計的初期階段進行確認”。

       但表麵的光滑程度不盡如人意。成型品要想直接作為(wei) 商品銷售,大多需要經過研磨和塗裝。

       能夠以低成本製作3D打印機也是熔融沉積成型的魅力所在。3D Systems Japan采用該方式的“Cube”僅(jin) 售16.8萬(wan) 日元。該公司個(ge) 人&專(zhuan) 業(ye) 3D打印機事業(ye) 部總監小林廣美表示,依靠這樣的低價(jia) 格,“不隻是中小企業(ye) ,3D打印機的用途還在向教育、愛好領域拓展”。其活用的事例十分廣泛,比方說,在教授數學和物理時,對公式等進行立體(ti) 化;在大學的機器人研究室,製作多種版本的部件,評價(jia) 實際運轉的效果;按照自己的喜好,自行製作遙控器直升飛機的部件。

實現全彩立體(ti)

       除此之外,3D打印機還有使用光固化樹脂作為(wei) 材料的光固化快速成型等若幹方式,但大多數方式隻能對樹脂進行成型。能夠使用其他材料,拓展3D打印機可能性的方式,是“粉末沉積成型(噴墨)方式”。

這種方式是在平麵上均勻撒上一層薄薄的粉末材料,使用粘合劑、激光等方式,使需要的部分硬化。硬化後再撒上粉末,繼續硬化,不斷重複這樣的過程。在成型過程中,未硬化的地方依然為(wei) 粉末狀態,因此,即使下層未經硬化,也可以對上層進行硬化。也就是說,即便成型的是向空中伸展的樹枝,也無需使用支撐材料。在完成所有工序後,成型品將從(cong) 粉塊中現身。

        3D Systems Japan“Projet x60係列”的某些機型具有特殊本領,可以完成全彩成型。材料使用石膏。成形時,石膏粉以0.1毫米的厚度均勻鋪開,從(cong) 上方用噴嘴噴射粘合劑後,粘合劑灑落的部分將會(hui) 硬化。粘合劑中可以摻入墨水。

       這與(yu) 電腦使用的噴墨打印機原理基本相同。隻是用石膏粉替代了紙張,在打印完一層後,不是出紙,而是在上方疊加打印新層。適合成型全彩的人形等。因為(wei) 材料為(wei) 石膏,所以還可以用來製作鑄造用的模具。

可以製作既不能切削也不能鑄造的部件

德國EOS的產(chan) 品同樣使用粉末狀材料,但無需粘合劑,是使用激光進行燒結的“激光燒結方式”。也有企業(ye) 稱之為(wei) “激光粉末燒結”、“粉末燒結沉積成型”。EOS的“EOSINT M”的特點是使用金屬粉末作為(wei) 材料,能夠製作金屬成型品。

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EOS的代理商——恩梯梯數據公司的工程師係統營業(ye) 本部的前田壽彥表示,使用這種打印機,“可以製作既不能切削、也不能鑄造的部件”。無需支撐材料,隻要在最後清除沒有硬化的粉末即可。比方說,利用傳(chuan) 統加工方法無法成型的“內(nei) 部為(wei) 立體(ti) 網眼的球體(ti) ”也可以製作。而且,因為(wei) 是利用激光加熱金屬粉末,使之熔化並硬化,所以強度與(yu) 鑄造基本相同。激光燒結的部分還可以接在其他加工方法製作的部件上。

       上圖中的球狀金屬網眼是人工髖關(guan) 節的部件。當然,人的個(ge) 頭、身材千差萬(wan) 別。人工髖關(guan) 節之類的輔助器具需要使用量身定做的唯一部件。有的時候,為(wei) 了實現需要的功能,還要采用複雜的構造。對於(yu) 此類用途,能夠高精度定製,便於(yu) 變更、修改成型的3D打印機必將大顯身手。

        丸紅信息係統的青柳部長也暗示了其中的可能性:“工業(ye) 產(chan) 品在停產(chan) 之後,還必須在一定期間內(nei) ,保留維修部件的庫存。對於(yu) 企業(ye) 而言,相關(guan) 的庫存管理和供應體(ti) 製的維持是沉重的負擔。如果把3D打印機作為(wei) 基礎,那麽(me) ,即使沒有庫存,同樣可以供應部件。”

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