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什么是3D打印技术?

发布时间:2019-12-22 13:04 来源:荆楚网

  3D打印(英语:3D printing),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(比如髋关节或牙齿,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打印技术过程原理

  与传统的切削加工“做减法”不同,3D打印(增材制造)逆其道而行,通过逐层增加材料的方式制造三维实体物件。无需切割、钻孔或后续机械加工,3D打印具有快速成型、高度灵活、节约成本的优势。它并不在乎几何图形有多复杂,相反,越复杂的结构可能由于镂空越多,用料越少、成本更低,这与传统生产恰恰相反。

  3D打印应用的发展路径可分为三个阶段,原型制作-工装夹具的制造-打印最终零部件,层层推进。目前,最大的应用领域仍然是原型制作,也就是借助3D打印缩短产品设计循环,加速推向市场。

  笔者亲自体验了一次3D打印的过程,下面这台3D打印机就是笔者体验过的3D打印机:

  

  3D打印中,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。

  目前,3D打印在中国的接受度仍处在前期,降价就是促进用户在研发和概念原型打印上更多用到3D打印技术,3D打印技术在中国生产制造行业的渗透率确实还远不如美国。在美国,3D打印技术已经开始逐渐从原型制造过渡到定制化工具的生产制造,相比于美国等成熟市场,3D打印在中国的应用滞后,仍大量停留在概念性的原型设计阶段,用户对于打印材料的价格敏感性也就更高。除了打印设备本身的运营维护费用之外,3D打印材料高昂的价格,一直是阻碍该技术普及的重要原因。同时,要将新的生产方式引入传统生产过程,首先要跨越观念上的障碍。自工业革命开始,人们的关注点一直是靠不断提高产量来降低成本,但3D打印完全相反。增材制造的优势在于低产量的定制和按需生产,因此它不会替代以大规模生产为特征的传统制造业。

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