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一句话解密3D打印  发布时间: 2013-4-16 15:10:36

  3D打印,在专业领域,它又有另一个名称“快速成型技术”。它出现于20世纪80年代后期,是基于材料堆积法的一种高新制造技术。这个并不新的技术,为何在这几年突然火起来呢?

  工业级设备走入民间

  太尔时代科技有限公司的市场部经理郭峤认为,这主要得益于国外数百万元级别的工业级3D打印设备,在这几年,转变为桌面级的设备。有些3D打印“神器”售价在1500美元以内,甚至更低,一时间受到DIY爱好者追捧,他们充分发挥自己的才智,打印出各种极具创意的3D物品,再加上网络的发达,所以就在过去的两年间,关于3D打印机,许多“魔幻现实主义”般的新闻突现在人们眼前。

  20113月,英国一名科学家设计出一款自行车,并用打印机一次成型地打印出车轮、轴承和车轴,更重要的是它可以骑,而且其坚固程度与钢铝材料不相上下;几乎与此同时,美国康奈尔大学一位教授带领他的学生,在实验室里用一台打印机,打印出一块有草莓酱的巧克力蛋糕;20119月,世界首辆3D打印机制造的汽车现身加拿大温尼伯市……

  另外,还有一个值得注意的原因,就是国际上的影响。美国为了实现“制造业回流”,20116月,奥巴马宣布一项新政策,并向3D打印产业支出5亿美元以提升美国在制造业上的领先地位;20132月,奥巴马在国情咨文演讲中表示,将建设一个包含15个制造创新中心的全国性网络,希望专注于3D打印和基因图谱等各种新兴技术。

  原理:类似蚕的吐丝结茧

  对于3D打印机的工作原理,郭峤打了一个形象的比喻:蚕吐出很细的丝,一层一层把自己包裹起来,就形成了一个“立体”的茧。虽然目前材料和工艺不一样,但3D打印的基本原理都是根据要打印的物体形状,通过一层层地堆积而成。比如塑料材质,就是将塑料加热后,形成塑料丝,然后将塑料丝一层一层地堆起来,就形成了三维物品;还有一种是用激光照射光敏树脂或者金属粉末,形成固体后堆积起来变成三维物品。

  不管是哪种材料,都是一层一层往上加材料,而不是像传统制作工艺“车、洗、磨”那样把原料削去。“3D打印是增加你需要的部分,传统制作工艺是减掉你不需要的部分,这是两种不同的方法论。”

  在北京3D照相馆隔壁的北京上拓科技有限公司,记者也看到了各种不同打印工艺的机器,该公司市场营销总监先生介绍道,由于具体堆叠的形式有多种多样,因此产生了多种3D打印工艺,每种工艺能够打印的材料类型也不相同,如常见的有SLA(激光固化光敏树脂成型)、FDM(熔融挤压堆积成型)、3DP(三维喷涂黏结成型)、SLS(选择性激光烧结成型)、Ployjet(喷墨成型)等,“而这五种主流的3D打印工艺我们这里都有。”

  另外,目前3D打印机可打印的材料主要有石膏、尼龙、ABS塑料、PC、树脂、金属、陶瓷等,这些原材料都是专门针对3D打印而研发的新材料,并不是普通意义的石膏、塑料、树脂,而原材料的形态一般有粉末状、丝状、液体状等。

  3Done.cn的站长小彦指出,不同的技术有着不同的优势,同样适合于不同的领域。FDM系统构造原理和操作简单,因此也是目前民用市场常用的一种3D成型技术;SLA所用的原料是光敏树脂,这种原料遇光就凝固,特点就是成型速度快,精度非常高,做出来的东西表面很光滑,但是这种设备对操作要求非常苛刻,不适合家用;SLS所用的原料金属粉末和陶瓷粉末,属于比较高端的技术,除了本身的设备成本,还需要很多辅助保护工艺,制造和维护成本非常高,一般适合大型制造业。

  北京3D照相馆里打印彩色立体模型,则采用的是3DP技术,它是在色彩外观方面,打印产品最接近成品的3D打印技术,而3D照相馆使用的也是3DP技术的典型设备:3DS旗下的ZPrinter 650,最大可以输出39万色,色彩方面非常丰富。

  打印带球的哨子只需40分钟

  郭峤认为,3D打印最主要的应用就是快速把产品推向市场。传统制作方式下,拿到设计后,要先建模具,再做实体,周期都是以天计算,而且还不包括模具建错了或者不适合客户要求等状况。而3D打印,不管模型多复杂,它所花的时间,是以小时计算的,比传统的方式还是快得多。设计的产品打印出来后,还能快速验证外观、功能,这样就能缩短产品研发周期。

  利威尔(香港)有限公司(句容利威尔电器有限公司)的魏宏辉认为,3D打印机还可以实现常规工艺实现不了的一些结构零件。“只要三维设计软件能设计出来的,打印机都可以打印出来,根本不需要进行常规制造工艺的考虑”。比如传统工艺中的实心部分无法做成空心,但是3D打印机就可以通过设置,将里面做成空心,直接打印出来,还能节省很多材料。

  他用自己的设备验证了这个优势:他用3D打印机打印过一个带球的哨子,按照常规的工艺,哨子应该分为几步,先做外壳,再把球放进去,然后把外壳合起来,最后封起来。哨子要想做得好看,吹得响亮,不仅要花上数天的工夫,还要有很好的手工活才行,而通过3D打印机,只花了40分钟左右,就做成一个哨子,更重要的是,哨子里面的球还在。

  对于3D打印机的工作效率,上拓科技的先生认为,在没有3D数据之前无法准确界定所需要的时间,3D打印的时间取决于3D数据的体积和所选择的打印工艺。同样一个10厘米高的物件,如果是空心的,那么会比实心的更快完成打印,如果选择3DP工艺,会比使用FDM工艺更快完成打印制作。“但毫无疑问,在小批量生产上,它肯定比传统工艺制造速度要快得多。”

  主要用于批量生产之前

  由于各种原因,目前,3D打印技术在工业领域的应用主要还是在产品研发过程中的设计验证,与传统工艺相结合是当前最多的形式。如在进行批量生产之前,设计出产品,通过3D打印,打印出样品,进行评估,及时发现产品设计中存在的问题,并对设计的样品进行功能测试等,甚至还包括用3D打印技术进行模具制造,如打印出真空铸造件和熔模铸造件的母模、注塑模等。

  这似乎与那些能够打印飞机零件、巧克力甚至打印汽车的3D打印技术有着较大的区别。魏宏辉认为,这源于3D打印机自身的局限性,“目前的3D打印机,精度直接达到模具成型出来的那种程度,打印机的价格都非常昂贵。民用级的价格低,但是精度不够。另外,不同的材质需要不同的3D打印机,也就是说,暂时没有一种打印机能通吃所有材料。”

  但是,这些都没有阻止他们对于3D打印技术的憧憬和向往,正如先生所说,“我相信随着3D打印技术的发展,将会有越来越多的新工艺、新材料、新装备的出现,3D打印也将能更好地满足用户的所有个性定制需求,而在工业领域则更好地实现设计到产品的直接制造。”而一旦到了那个时候,魏宏辉说“宅男也可以在家开工厂”;郭峤说,如果车里的一个零件坏了,厂家就会把这个零件的3D数据发给离你最近的打印点,直接打印出零件来安装上去。(记者 姜宝君)

来源:北京晚报

 


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