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3D打印知识

3D打印科普小知识

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      3D打印的发展历史悠久,早在1981年的时候,3D打印这个新概念已经面世,不过打印的产品价格不菲,人们开始尝试用这个方式生产制造。但是三十年后,到了今天,3D打印才算是迎来了真正的春天。现在3D打印的精度、速度以及材料应用才实现突破。有专家表示,预计两年后,3D打印能为很多传统制造业提供转型加工方式,给大家提供低成本的快速加工,也能满足大家定制化的需求。 

 
1. 3D打印的多领域应用
      3D打印的应用越来越广泛,涵盖教育、文化、医疗、机械、电子、航天航空、军事等等。

2. 传统制造与3D打印的异同
     以镂空设计的球为例,表面有十几朵花,如果用传统的机械加工十分麻烦,必须逐个修改花纹。而选用3D打印的话,就没有浪费材料,所以它还有一个名字叫增材制造,意思是采用材料逐渐累加的方法,制造实体零件。
传统方式是先做好胚,再弄掉多余的材料,留下来的材料就是需要的形状。如果检查到问题,需要再开模具修改;而3D打印是用一点一点材料堆积,你可以迅速见到成品。
 
3. 3D打印的技术实现
     3D打印技术应用到工业化生产。3D打印需要用到的其实不是实物,而是数字模型。假如你想把眼前的实物用3D打印出来,那么,你必须通电脑建模,或者用3D扫描仪,将实物数字化,即3D模型,最快十五分钟就可以打印出东西。目前3D打印技术分为FDM、DLP/SLA、SLS

FDM 熔融堆积成型工艺
      FDM 技术相比DLP和SLS技术来说比较简单,因此受众群体多,也比较容易走进家庭。利用热塑性材料受到挤压成为半熔融状态的细丝,由沉积在层层堆栈基础上的方式,从3D CAD资料直接建构原型。FDM技术的优势在于机械结构简单,设计容易,制造成本、维护成本和材料成本低,对环境无污染,因此FDM也是在家用的桌面级3D打印机中使用得最多的技术。是相对传统的打印方式,不用激光,成本较低,不过精度不高,打印速度非常慢。这是大家最容易接触到的方式,一般用在教育市场。
 
    

SLS立激光烧结成型工艺

       SLS 是用相对高科技的粉末,在激光照射高温条件下粉末融化。在工作台上铺上一层薄粉,激光束在该层截面上扫描,使温度升至融化点,从而实现烧结粘合,不断重复铺粉、烧结,并打磨、烘干处理,直至模型成型。其实3D打印就是一遍又一遍的2D打印,如果你把一个物体切得很薄,你会发现每一片都是一个形状,如果把所有形状合在一起,得到了一个三维结构物体。所以我们用激光的方式画出图形。SLS成型件对环境(温度、湿度和化学腐蚀)的抵抗能力类似于热塑性材料;而SLA 成型件的抵抗能力则比较差,例如,用环氧基树脂成型的SLA工件易被湿气和化学品侵蚀,在38℃以上的环境中会软化而翘曲变形,但成型精度较高。
 
SLA立体光固化成型工艺
      SLA是一种光固化的技术,目前在中国相对比较发达。“立体光固化成型”,是激光束在液态树脂表面勾画出物体的第一层形状,然后制作平台下降一定的距离(0.05-0.025mm之间),再让固化层浸入液态树脂中,如此反复。使用的树脂是光敏树脂,激光束照射后会形成固态,成型模型速度快,精度高。
 
DLP立体光固化成型工艺
      DLP数字光处理,被称为激光成型技术。DLP 3D打印技术同SLA3D打印成型技术有诸多相似之处。如果把生产比喻成用铅笔画一个圆,那 SLA 的技术相当于一层一层地描绘,而 DLP 相当于直接盖印章。我们所追求的量产化有两点是非常重要的,一是效率,二是材料成本。有一种3D打印机可以做到比传统制造快百倍的打印速度,即连面技术,目前深圳一家光棱科技已经研发出。一个镂空的球用传统FDM 3D打印打印要2-5个小时,最快也要1一个小时,而用最新连面技术打印只需要10分钟左右,打印速度令人惊叹,这款3D打印一旦面市,对传统工艺的冲击还是很大的。
  
 4. 3D打印对制造业和传统工艺的影响

 3D打印能释放无穷想象力,将很多以往的虚拟构想变成现实,包括如下:

 1)定制化
     以牙科为例,每个人的牙齿是不一样的,但3D打印能解决定制化生产与批量生产之间的矛盾,批量生产定制化的种植牙、牙套等等。

 2)实时
     因为3D打印的速度快,设计师上午设计一版产品,中午就能让领导看到成品,下午六点再设计一版,第二天早晨又能看到成品,极大地加速了新产品的开发速度。如果不是特别复杂,3D打印3小时可以出成品,而传统打样每次都要4-6周的时间,所以也提升了工业设计的整体速度。

  3)无污染
     由于生产的原材料都是环保的,所以整个生产流程也就是无污染生产。既无废气废水污染,也没有边角料浪费。

  4)数据化
     当数字化牙科发展成熟后,对医生的技术要求就大大降低。病人在医院里只需要用仪器扫描两分钟,就能知道牙齿所有问题的原因以及解决方案。

     3D技术让医生们得到更直观的训练参考
     另外,3D打印还能做牙齿矫形,打印个性化定制的透明牙套。究竟整形的时候,牙齿的移动方向是往左还是往前?移动多少毫米?以往的牙科手术单纯依靠医生的个人经验,而数字化牙科增加了手术的稳定性,并降低了医生的技术门槛。

  5)快速
     与传统工业工艺相比,3D打印不需要人力、运输等前期准备,仅需要机器和原料,就能快速投入生产。

   6)自动化
     可以说虚拟想象与实物之间只差了一台3D打印机。3D打印的一键生产省去了很多人力成本和人为失误。
     不管3D打印是颠覆制造业还是取代传统工艺,总之,3D打印对我们的影响非常大,也让更多的人变得更有意义,我们期待未来3D打印变得越来越好。



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