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行业动态


什么是3D打印
2018-12-21

3D打印也称为增材制造或桌面制造。这是一个基于3D设计蓝图创建真实物理对象的过程。3D打印是一种新兴技术,最早于1986年推出; 然而,直到20世纪90年代才开始引起技术界各方的高度关注。

对于许多人来说,3D打印不亚于“星际迷航”或某些平行宇宙中的技术。从头开始创建对象的能力对于很多人来说真的是惊人的。

3D打印简史

1984年,一个名叫查尔斯·赫尔(Charles Hull 的人发明了一种名为立体光刻技术(SLA)的工艺,后来他继续与公司3D Systems合作。这种印刷过程催生了3D打印的整体概念,因为它可以从数字设计中生成3D对象。这允许在公司对大型制造流程进行投资之前,从图片或蓝图中创建三维模型。

第一台能够通过计算机设计创建3D对象的机器由3D Systems制作。该机器被命名为Stereolithographic Apparatus,因为它使用立体光刻作为打印3D模型的过程。自该机开发以来,3D打印领域出现了快速发展。

这项技术的巨大潜力在20世纪90年代中期和后期实现,当时生产出功能齐全的器官。第一个实验室培养的器官成功移植到年龄较大的患者身上,这些患者使用三维印刷的合成支架进行膀胱增大,该支架涂有自己体内的细胞。

这证明了用于制造物体的原材料可以是塑料,金属,也可以是人体细胞。可能性是无穷无尽的,3D打印技术的未来看起来非常光明。除SLA工艺外,2006年选择性激光烧结(SLS)的开始为工业零件的大规模和按需生产铺平了道路。同年,一家名为Objet的公司推出了一款3D打印机,能够使用多种原材料打印物体。

2008年,第一台自复式打印机能够通过印刷自己的零部件来“自我生产”。这使得有权访问此类打印机的用户可以为其他人(如朋友和家人)创建更多打印机。同年晚些时候,当一个人成功地走过3D打印的假肢,包括膝盖,脚和插座在内的所有部件组成时,在没有任何组装的情况下作为同一结构的一部分进行了创造,取得了重大突破。

MakerBot Industries是一家开源公司,于2009年开始销售DIY套件,允许人们创建自己的桌面3D打印机。接下来的几年,3D打印的应用数量大幅增加,因为世界上第一台3D打印飞机在英国南安普顿大学上空飞行。

3D打印:工作原理

与依赖于切割和钻孔方法来雕刻物体的传统减法制造工艺相反,3D打印等增材制造工艺通过将多层粉末材料“熔合在一起”来构建物体。

该任务由称为3D打印机的机器执行,该机器在计算机控制下可以以无与伦比的精度和高精度执行该过程。

 

基于SLS过程创建对象的典型现代3D打印机主要以下列方式工作。以下是一些组件和原材料,可让您了解3D打印的工作原理:

SLS

   粉末材料选择性烧结SelectedLaserSintering(是一种快速原型工艺,简称SLS。粉末材料选择性烧结采用二氧化碳激光器对粉末材料塑料粉等与粘结剂的混合粉)进行选择性烧结,是一种由离散点一层层堆集成三维实体的快速成型方

法。

   粉末材料选择性烧结采用二氧化碳激光器对粉末材料塑料粉、陶瓷与粘结剂的混合粉、金属与粘结剂的混合粉等进行选择性烧结,是一种由离散点一层层对集成三维实体的工艺方法。

   在开始加工之前,先将充有氮气的工作室升温,并保持在粉末的熔点一下。成型时,送料筒上升,铺粉滚筒移动,先在工作平台上铺一层粉末材料,然后激光束在计算机控制下按照截面轮廓对实心部分所在的粉末进行烧结,使粉末溶化继而形成一层固体轮廓。第一层烧结完成后,工作台下降一截面层的高度,在铺上一层粉末,进行下一层烧结,如此循环,形成三维的原型零件。最后经过5-10小时冷却,即可从粉末缸中取出零件。未经烧结的粉末能承托正在烧结的工件,当烧结工序完成后,取出零件。粉末材料选择性烧结工艺适合成型中小件,能直接的到塑料、陶瓷或金属零件,零件的翘曲变形比液态光敏树脂选择性固化工艺要小。但这种工艺仍需对整个截面进行扫描和烧结,加上工作室需要升温和冷却,成型时间较长。此外,由于受到粉末颗粒大小及激光点的限制,零件的表面一般呈多孔性。在烧结陶瓷、金属与粘结剂的混合粉并得到原型零件后,须将它置于加热炉中,烧掉其中的粘结剂,并在孔隙中渗入填充物,其后处理复杂。

   粉末材料选择性烧结快速原型工艺适合于产品设计的可视化表现和制作功能测试零件。由于它可采用各种不同成分的金属粉末进行烧结、进行渗铜等后处理,因而其制成的产品可具有与金属零件相近的机械性能,但由于成型表面较粗糙,渗铜等工艺复杂,所以有待进一步提高。


SLS快速原型技术的优点是:

1、与其他工艺相比,能生产较硬的模具。

2、可以采用多种原料,包括类工程塑料、蜡、金属、陶瓷等。

3、零件的构建时间较短,可达到1in/h高度。

4、无需设计和构造支撑。


SLS快速原型技术缺点是:

1、有激光损耗,并需要专门实验室环境,使用及维护费用高昂。

2、需要预热和冷却,后处理麻烦

3、成型表面粗糙多孔,并受粉末颗粒大小及激光光斑的限制。

4、需要对加工室不断充氮气以确保烧结过程的安全性,加工成本高。

5、成型过程产生有毒气体和粉尘,污染环境




3D打印的应用

3D打印技术的快速发展和改进使许多行业从中受益。以下是一些将3D打印用于各种目的的行业:

 
航天

该技术被用于制造用于飞机和空间应用的复杂而轻质的部件。

 
建筑

该行业利用该技术进行结构验证,设计审查,逆向结构工程和加速缩放建模

 
汽车

汽车行业积极使用3D打印技术进行设计验证以及新发动机的开发。

 
防御

国防部门的3D打印技术正被用于制造监视设备的轻型部件

 
教育

3D打印为艺术学校的几何可视化和设计提供了极好的方法。它也被用于研究的众多学科中以用于研究目的。

 
娱乐

各种玩具,动作人物,游戏,音乐设备和其他东西的原型正在使用3D打印机制造。

 
卫生保健

由于3D打印的进步,医学领域获得了优势。已经建立了许多工作机构,正在进行大量研究。移植器官可以很容易“打印”,这可能不会太长。

 
制造业

制造业将3D打印用于各种目的,包括在大规模生产之前创建产品模型。它还用于实现更快的产品开发周期和设计故障排除。