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3D打印
发布:2016-05-23 来源:《寥廓》 浏览:113

       所谓3D打印(英语:3Dprinting)是指:属于快速成形技术的一种,它是一种数字模型文件为基础,运用粉末状金属或塑料等可粘合材料,通过逐层堆叠累积的方式来构造物体的技术(即积层造形法")。过去其常在模具制造、工业设计等领域被用于制造模型,现正逐渐用于一些产品的直接制造,特别是一些高价值应用(比如榄关节或牙齿,或一些飞机零部件)已经有使用这种技术打印而成的零部件,意味着"3D打印这项技术的普及。

       3D打印技术发展过程

       3D打印技术也称增材制造技术,过去20年,制造商已在悄尤声息地使用这种技术制造产品模型和原型。1986年,查尔斯·赫尔发明了第一台商用3D打印机,并通过他的3D系统公司销售。这款打印机采用激光光固化技术,该技术依靠的是紫外激光器,在该激光器的照射范围内,液态光敏树脂材料将会固化。但直到2010年,更多的人才开始慢慢了解这种技术。当然,这跟美国政府的资助以及新的商业公司的联合推动有密切关系。首先,奥巴马政府2012年拨款3000万美元,筹建美国国家增材制造创新研究所,以帮助重振美国的制造业。作为大学与企业的联合组织,该所旨在进一步研发3D打印技术,将其快速应用于制造业。其次,一批新崛起的公司使3D打印的概念在所谓的自造者运动中流行起来。这些公司中有很多都提供3D打印服务,或者销售相对便宜的3D打印机,只需数百美元即可购得一台。

       投资回报率低。3D打印的投资大,而投资回报率低,这对企业来说是首当其冲的大问题。核心设备贵,即3D打印机的投资大,耗材贵,即3D打印的塑料颗粒和金属粉末成本高昂。相对了普通铝材约30人民币一公斤的价格,3D打印用的铝粉价格高达135欧元(约1000人民币)一公斤,价格上,3D打印要说爱你不容易。

       精度。这是一个老生常谈的问题。3D打印现在的精度并不适合制造大部分的高端工业品,不能独立制造高端工业品,直接导致3D打印的工业附加值较低。材料的种类和性能。尽管现在已有儿百种材料能够被3D打印,但是高温塑料和一部分常用金属依旧不能被打印。尤其金属由于热处理的问题,很容易出现打印后变性的问题,现场EOS的代表提出的比如invar,就不能被打印,而这个材料在航空发动机中却是相当重要的材料。

       机械设计的限制。因为3D打印给机械设计带来的无限可能,很多工业品都应当被重新设计优化,但是这个就涉及到上游设计领域的大变革。传统CAD软件需要被颠覆,传统结构设计,应当topology优化方向发展,但是这些都是还没有成形的体系的。

       此外,3D打印并非想怎么做就能怎么做的,EOS的代表就指出,有一些设计就是不可能被打印出来的。比如当选用SLS技术时,完全空心的塑料球。此外,一位模具制造商还提问能否实现金属和朔料的混合制造,这个也依旧是一个挑战。

       打印件后处理。在现在的打印技术下,成品打印件的表面,塑料件只能说尚可,却不能说光滑,金属件则完全坑坑洼洼,可能还不如铸件光滑,所以必要的打磨和清理都是必要的。但当打磨变成一种必要的时候,就难逃人力成本和时间成本,3D打印也就不那么智能和方便。质量监管。3D打印产品的质扯监管可能不同于传统产品,而我们对这一领域的了解不足,也没有现成的体系和标准可以实施,而这个对于航空业尤其重要。

       3D打印的未来

       1.医疗行业最近,一位83岁的老人由于患有慢性的骨头感染,因此换上了由3D打印机”打印”出来的下颗骨,这是世界上首位使用3D打印产品做人体骨骼的案例。

       2.科学研究美国德雷塞尔大学的研究人员通过对化石进行3D扫描,利用3D打印技术做出了适合研究的3D模型,不但保留了原化石所有的

外在特征,同时还做了比例缩减,更适合研究。

       3.产品原型一比如微软的3D模型打印车间,在产品设计出来之后,通过3D打印机打印出来模型,能够让设计制造部门更好的改良产品,打造出更出色的产品。

       4.文物保护博物馆里常常会用很多复杂的替代品来保护原始作品不受环境或意外事件的伤害,同时复制品也能将艺术或文物的影响更多更远的人。最近史密森尼博物馆就因为原始的托马斯·杰弗逊要放在弗吉尼亚州展览,所以博物馆用了一个巨大的3D打印替代品放在了原来雕塑的位置。

       5.建筑设计在建筑业里,工程师和设计师们已经接受了用3D打印机打印的建筑模型,这种方法快速、成本低、环保,同时制作精美,完全合乎设计者的要求,同时又能节省大最材料。

       6.制造业一制造业也需要很多3D打印产品,因为3D打印无论是在成本、速度和精确度上都要比传统制造好很多。而3D打印技术本身非常适合大规模生产,所以制造业利用3D技术能带来很多好处,甚至连质量控制都不再是个问题。

       7.食品产业

       没错,就是打印食品,研究人员已经开始尝试打印巧克力了。或许在不久的将来,很多看起来一模一样的视频都是打印来的。当然,到那时可能人工制作的食品会贵很多倍。

       8.汽车制造业

       不是说你的车是3D打印机打印出来的(当然或许有一天这也有可能),而是说汽车行业在进行安全性测试等工作时,会将一些非关键部件用3D打印的产品替代,在追求效率的同时降低成本。

       9.配件、饰品

       这是最广阔的一个市场。在未来不管是你的个性笔简,还是有你半身浮雕的手机外壳,抑或是你和爱人拥有的世界上独一无二的戒指,都有可能是通过3D打印机打印出来的。甚至不用等到未来,现在就可以实现。

       3D打印机的帮助下,人们可以在几小时内完成原型制作,但一种全新的3D打印工艺可以大大提升这个速度,把数小时的打印时间缩短为仅仅几分钟。

       UNC-ChapelHill的研究人员在《科学》(Science)杂志上介绍了这种名为CLIP的新工艺,将其描述为连续液态界面生产。他们表示,3D打印有两个非常令人恼火的不足之处:一是要等待好儿个小时才能完成制作,二是打印出来的东西表面很粗糙,而这个新方法可以大大改进这两个方面。CLIP可以在相对很短的时间里打印出顺滑的复杂物品,而且可以使用更多的材料来打印物品。这种新工艺大大提升了打印速度。CLIP的发明者说,它打印物品的速度是老式3D打印方法的25100倍。CLIP正在申请专利,研究人员也正在一家名为Carbon3D的初创公司中研制采用这项工艺的设备。该公司计划在今年年底前生产出CLIP打印机的商用版。目前我们尚不知道它的价格和技术规格,但我们预计,第一批Carbon3D设备的客户会是那些亟需高品质快速原型制作设备的创业公司和研究机构。总而言之,Carbon3D钱景非常看好。

                                                                                                                       一《寥廓》编辑部整理

 


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