每一層的打印過程分為(wei) 兩(liang) 步,首先在需要成型的區域噴灑一層特殊膠水,膠水液滴本身很小,且不易擴散。然後是噴灑一層均勻的粉末,粉末遇到膠水會(hui) 迅速固化黏結,而沒有膠水的區域仍保持鬆散狀態。這樣在一層膠水一層粉末的交替下,實體(ti) 模型將會(hui) 被“打印”成型,打印完畢後隻要掃除鬆散的粉末即可“刨”出模型,而剩餘(yu) 粉末還可循環利用。
打印耗材由傳(chuan) 統的墨水、紙張轉變為(wei) 膠水、粉末,當然膠水和粉末都是經過處理的特殊材料,不僅(jin) 對固化反應速度有要求,對於(yu) 模型強度以及“打印”分辨率都有直接影響。目前的3D打印技術能夠實現600dpi分辨率,每層厚度隻有0.01毫米,即使模型表麵有文字或圖片也能夠清晰打印。當然受到噴打印原理的限製,打印速度勢必不會(hui) 很快,目前較先進的產(chan) 品可以實現每小時25毫米高度的垂直速率,相比早期產(chan) 品有10倍提升,而且可以利用有色膠水實現彩色打印,色彩深度高達24位。
由於(yu) 打印精度高,打印出的模型品質自然不錯。除了可以表現出外形曲線上的設計,結構以及運動部件也不在話下。如果用來打印機械裝配圖,齒輪、軸承、拉杆等都可以正常活動,而腔體(ti) 、溝槽等形態特征位置準確,甚至可以滿足裝配要求,打印出的實體(ti) 還可通過打磨、鑽孔、電鍍等方式進一步加工。同時粉末材料不限於(yu) 砂型材料,還有彈性伸縮、高性能複合、熔模鑄造等其它材料可供選擇。3D打印,過去在科研、教學或者製造領域被稱為(wei) “快速成型技術”。3D打印”這個(ge) 更為(wei) 形象的叫法快速被大眾(zhong) 接受和普及。隨著材料科學的快速發展,快速成型技術正在各個(ge) 領域均有極大延伸,比如打印建築物、打印汽車、打印人體(ti) 器官、打印骨骼,而且我們(men) 還可以用3D打印機打印自己設計的衣服。我們(men) 首先用掃描儀(yi) 對自己的身體(ti) 進行一下掃描,這樣就能得到我們(men) 身材的尺寸,然後通過CAD對掃描數據進行加工和修改,這樣我們(men) 就可以自己打印出衣服和褲子。
目前美國的3D打印技術較為(wei) 領先,應用範圍更廣。而在國內(nei) 中國的3D打印正在快速發展,從(cong) 工業(ye) 和製造業(ye) 應用開始朝個(ge) 人和小型化方向發展。9月25日,由中國電子信息產(chan) 業(ye) 發展研究院、中國醫療器械行業(ye) 協會(hui) 、渭南市人民政府聯合主辦的“3D打印與(yu) 生物醫療器械產(chan) 業(ye) 化推進會(hui) ”披露,《國家增材製造產(chan) 業(ye) 發展推進計劃 (2014~2016年)》(征求意見稿)目前已製訂完成,有望年內(nei) 正式出台。英國埃克塞特大學研究人員,去年推出世界首台3D巧克力打印機。是了,你沒有看錯。研究人員已經開始嚐試打印巧克力了。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,到那時可能人工製作的食品會(hui) 貴很多倍。
在建築業(ye) 裏,工程師和設計師們(men) 已經接受了用3D打印機打印的建築模型,這種方法快速、成本低、環保,同時製作精美。完全合乎設計者的要求,同時又能節省大量材料。
最近,一位83歲的老人由於(yu) 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,這是世界上首例使用3D打印產(chan) 品做人體(ti) 骨骼的案例。
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(ye) 在進行安全性測試等工作時,會(hui) 將一些非關(guan) 鍵部件用3D打印的產(chan) 品替代,在追求效率的同時降低成本。
傳(chuan) 統製造業(ye) 也需要很多3D打印產(chan) 品,因為(wei) 3D打印無論是在成本、速度和精確度上都要比傳(chuan) 統製造好很多。而3D打印技術本身非常適合大規模生產(chan) ,所以製造業(ye) 利用3D技術能帶來很多好處,甚至連質量控製都不再是個(ge) 問題。
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。比如微軟的3D模型打印車間,在產(chan) 品設計出來之後,通過3D打印機打印出來模型,能夠讓設計製造部門更好的改良產(chan) 品,打造出更出色的產(chan) 品。
博物館裏常常會(hui) 用很多複雜的替代品來保護原始作品不受環境或意外事件的傷(shang) 害,同時複製品也能將藝術或文物的影響傳(chuan) 播給更多的人。最近史密森尼博物館就因為(wei) 原始的托馬斯·傑弗遜要放在弗吉尼亞(ya) 州展覽,所以博物館用了一個(ge) 巨大的3D打印替代品放在了原來雕塑的位置。
這是最廣闊的一個(ge) 市場。在未來不管是你的個(ge) 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,現在就可以實現。
3D打印其實就是一種快速成形製造技術,那麽(me) 理論上3D打印就可以應用於(yu) 國民經濟體(ti) 係中任何與(yu) 製造有關(guan) 行業(ye) ,但是由於(yu) 受到原材料和打印機價(jia) 格等方麵因素的製約,目前3D打印主要在以下幾個(ge) 方麵有著廣泛的應用:1、工業(ye) 企業(ye) 新產(chan) 品設計、試製及快速打印成形。2、個(ge) 性化產(chan) 品設計及快速打印製造;3、各種創意產(chan) 品、玩具、禮物、文物、動漫遊戲角色及人物模型等克隆複製;4、3D照相館;5、醫療行業(ye) 人體(ti) 器官、醫療器械打印;6、建築模型製作;7、教育、科研;8、軍(jun) 事等行業(ye) 的應用。細觀察這些領域,發現一個(ge) 共同點,那就是需要快速製造。在新產(chan) 品的研發過程中,樣品的設計不可能先製造出生產(chan) 機器,再去製造出樣品,這樣不僅(jin) 會(hui) 耗時耗力,而且一旦產(chan) 品的研製出現問題,那麽(me) 就會(hui) 造成錢財的浪費,同時這樣的生產(chan) 周期很長。而3D打印則很好的解決(jue) 了這個(ge) 問題,首先樣品的製造速度很快,不用等上很長時間。其次,即使產(chan) 品研發失敗也不會(hui) 造成很大的損失
對於(yu) 3D打印的發展前景這個(ge) 話題的論述,我們(men) 需要了解3D打印的具體(ti) 有哪些特點和優(you) 勢,其次我們(men) 還需要分析3D打印目前在市場上的反應如何。
3D打印的技術的長處
1、製造速度快。3D打印機技能是並行工程中進行雜亂(luan) 原型或許零件製造的有用手法,能使商品描繪和模具出產(chan) 同步進行,然後進步公司研製功率,縮短商品描繪周期,極大的降低了新品開發的本錢及危險,關(guan) 於(yu) 外形尺寸較小,異形的商品特別適用。
CAD/CAM技能的集成描繪製造一體(ti) 化一向來說是如今的一個(ge) 難點,計算機輔佐技能(CAPP)在現階段因為(wei) 還無法與(yu) CAD、CAM?徹底的無縫對接,這也是製約製造業(ye) 信息化一向以來的難點之一,而快速成型技術能集成CAD、CAM、激光技能、數控技能、化工、資料工程等多項技能,使得描繪製造一體(ti) 化的概念完滿完結。徹底再現三維作用通過疾速成型製造完結的零部件,徹底實在的再現三維外型,無論外表麵的異形曲麵仍是內(nei) 腔的異形孔,都能夠實在準確的完結外型,基本上不再需求再憑借外部設備進行修正
2、資料品種繁複。到當前為(wei) 止,各類3D打印機設備上所運用的資料品種有許多,樹脂、尼龍、塑料、白臘、紙以及金屬或陶瓷的粉末,基本上滿意了絕大多數商品對資料的機械功用需求。發明明顯的經濟效益與(yu) 傳(chuan) 統機械加工辦法比擬,開發本錢上節省10倍以上,相同,疾速成型技能縮短了公司的商品開發周期,使的在新品開發進程中呈現重複修正描繪方案的疑問大大削減,也基本上消除了修正模具的疑問,發明的經濟效益是清楚明了的。
3、運用職業(ye) 範疇廣泛。3D?打印通過這些年的開展,已基本上構成了一套體(ti) 係,相同,可運用的職業(ye) 也逐步擴展,從(cong) 商品描繪到模具描繪與(yu) 製造,資料工程、醫學研討、文化藝術、修建工程等等都逐步的運用3D打印,使得3D?打印有著寬廣的遠景。
3D打印技術的未來
根據目前3D打印的現狀和其優(you) 勢以及技術特點,產(chan) 業(ye) 研究專(zhuan) 家羅百輝認為(wei) :未來3D打印會(hui) 朝著兩(liang) 端發展:激光技術適合更複雜的生產(chan) ,而熔融技術則更適合家用和小規模的製造。總的來看,中國3D打印產(chan) 業(ye) 化的條件已經成熟,未來幾年將是市場擴展的“成長期”。可以對3D打印的發展趨勢做出預見:3D打印既是製造業(ye) ,更是服務業(ye) 。近中期,將會(hui) 與(yu) 傳(chuan) 統的製造技術形成互補。相較於(yu) 傳(chuan) 統生產(chan) 方式,3D打印技術的確是重大的變革,但目前和近中期還不具備推動第三次工業(ye) 革命的本領,也不會(hui) 是傳(chuan) 統製造業(ye) 的終結者。3D打印技術雖然也許會(hui) 重振部分發達國家製造業(ye) 競爭(zheng) 力,但是短期內(nei) 還難以顛覆整個(ge) 傳(chuan) 統製造業(ye) 模式。從(cong) 長期來看,3D打印技術其實就是顛覆性、破壞性的技術。當前,3D打印技術的應用迄今被局限於(yu) 利基市場(Niche Market,即高度專(zhuan) 門化的需求市場)或細分市場(Market Segmentation),如醫療或模具。但根據克裏斯滕森的理論,顛覆性技術會(hui) 不斷發展,以低成本滿足較高端市場的需要,然後采取“農(nong) 村包圍城市”的方式逐步奪取天下。盡管3D打印主要適用於(yu) 小批量生產(chan) ,但是其打印的產(chan) 品可以遠遠優(you) 於(yu) 傳(chuan) 統製造業(ye) 生產(chan) 的產(chan) 品——更輕便、更堅固、定製化、直接組裝成型。3D打印的另一個(ge) 顛覆性特征是:單台機器能創建各種完全不同的產(chan) 品。而傳(chuan) 統製造方式需要改變流水線才能完成定製生產(chan) ,其過程需要昂貴的設備投資和長時間的工廠停機。不難想象,未來的工廠可以用同一個(ge) 車間的3D打印機既製造茶杯,又製造汽車零部件和量身定製的醫療產(chan) 品。
3D打印可以在提升工業(ye) 領域的產(chan) 品開發水平的同時有助於(yu) 攻克技術難關(guan) ,可以提高工業(ye) 設計能力,可以生產(chan) 出複雜、特殊、個(ge) 性化產(chan) 品,可以形成新的經濟增長點,促進就業(ye) 3D打印技術顯示出巨大的潛在優(you) 勢。未來的3D打印將在民用和工業(ye) 應用兩(liang) 方麵獲得不可思議的進展。未來3D打印機生產(chan) 的產(chan) 品將無孔不入。
目前,可應用於(yu) 3D打印的材料種類較少,大量材料的應用潛能也未開發出來。如在未來能解決(jue) 3D打印材料在應用領域麵臨(lin) 的三大突出問題,打印材料可能會(hui) 成為(wei) 整個(ge) 3D打印產(chan) 業(ye) 產(chan) 值最高的環節。從(cong) 長遠看,這項技術應用範圍之廣將超乎想象,最終將給人們(men) 的生產(chan) 和生活方式帶顛覆式的改變。
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