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3D打印技术是什么?3D打印技术原理

时间:2013/11/10 12:45:39来源:www.pc6.com作者:xy我要评论(1)

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pc6小编就整理下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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文章评论
第 1 楼 美国PC6.COM 客人 发表于: 2015/9/28 19:46:22
3D打印技术必将像电商一样掀起新一轮技术革新,但目前技术仍处于瓶颈期。

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