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    3D打印技術

    3D打印技術,是一種以數字模型文件為基礎,運用粉末狀金屬或塑料等可粘合材料,通過逐層打印的方式來構造物體的技術。它無需機械加工或任何模具,就能直接從計算機圖形數據中生成任何形狀的零件,從而極大地縮短產品的研制周期,提高生產率和降低生產成本。燈罩、身體器官、珠寶、根據球員腳型定制的足球靴、賽車零件、固態電池以及為個人定制的手機、小提琴等都可以用該技術制造出來。

    簡介

    3D打印技術,是一種以數字模型文件為基礎,運用粉末狀金屬或塑料等可粘合材料,通過逐層打印的方式來構造物體的技術。3D打印機則出現在上世紀90年代中期,即一種利用光固化和紙層疊等技術的快速成型裝置。它與普通打印機工作原理基本相同,打印機內裝有液體或粉末等“印材料”,與電腦連接后,通過電腦控制把“打印材料”一層層疊加起來,最終把計算機上的藍圖變成實物。如今這一技術在多個領域得到應用,人們用它來制造服裝、建筑模型、汽車、巧克力甜品等。

    過程原理

    每一層的打印過程分為兩步,首先在需要成型的區域噴灑一層特殊膠水,膠水液滴本身很小,且不易擴散。然后是噴灑一層均勻的粉末,粉末遇到膠水會迅速固化黏結,而沒有膠水的區域仍保持松散狀態。這樣在一層膠水一層粉末的交替下,實體模型將會被“打印”成型,打印完畢后只要掃除松散的粉末即可“刨”出模型,而剩余粉末還可循環利用。 3D打印過程 打印耗材由傳統的墨水、紙張轉變為膠水、粉末,當然膠水和粉末都是經過處理的特殊材料,不僅對固化反應速度有要求,對于模型強度以及“打印”分辨率都有直接影響。

    3D打印技術能夠實現600dpi分辨率,每層厚度只有0.01毫米,即使模型表面有文字或圖片也能夠清晰打印。受到噴打印原理的限制,打印速度勢必不會很快,較先進的產品可以實現每小時25毫米高度的垂直速率,相比早期產品有10倍提升,而且可以利用有色膠水實現彩色打印,色彩深度高達24位。 由于打印精度高,打印出的模型品質自然不錯。除了可以表現出外形曲線上的設計,結構以及運動部件也不在話下。如果用來打印機械裝配圖,齒輪、軸承、拉桿等都可以正常活動,而腔體、溝槽等形態特征位置準確,甚至可以滿足裝配要求,打印出的實體還可通過打磨、鉆孔、電鍍等方式進一步加工。同時粉末材料不限于砂型材料,還有彈性伸縮、高性能復合、熔模鑄造等其它材料可供選擇。 優點 三維打印技術的魅力在于它不需要在工廠操作,桌面打印機可以打印出小物品,而且,人們可以將其放在辦公室一角、商店甚至房子里;而自行車車架、汽車方向盤甚至飛機零件等大物品,則需要更大的打印機和更大的放置空間。

    3D打印技術最突出的優點是無需機械加工或任何模具,就能直接從計算機圖形數據中生成任何形狀的零件,從而極大地縮短產品的研制周期,提高生產率和降低生產成本。 與傳統技術相比,三維打印技術還擁有如下優勢:通過摒棄生產線而降低了成本;大幅減少了材料浪費;而且,它還可以制造出傳統生產技術無法制造出的外形,讓人們可以更有效地設計出飛機機翼或熱交換器;另外,在具有良好設計概念和設計過程的情況下,三維打印技術還可以簡化生產制造過程,快速有效又廉價地生產出單個物品。 三維打印技術還有其他重要的優點。大多數金屬和塑料零件為了生產而設計,這就意味著它們會非常笨重,并且含有與制造有關但與其功能無關的剩余物。三維打印技術不是這樣的。在三維打印技術中,原材料只為生產所需要的產品”,借用三維打印技術,他的團隊生產出的零件更加精細輕盈。當材料沒有了生產限制后,就能以最優化的方式來實現其功能,因此,與機器制造出的零件相比,打印出來的產品的重量要輕60%,并且同樣堅固。

    應用發展

    人們已經使用該技術打印出了燈罩、身體器官、珠寶、根據球員腳型定制的足球靴、賽車零件、固態電池以及為個人定制的手機、小提琴等,有些人甚至使用該技術制造出了機械設備。比如,美國麻省理工學院(MIT)的博士生彼得?施密特就打印出了一個類似于祖父輩使用的鐘表的物品。在進行了幾次嘗試之后,他最終用打印機打印出了塑料鐘表,將其掛在墻上,結果,鐘開始滴答滴答地走動。 三維打印機的應用領域也在隨著技術進步而不斷擴展。美國科學家已經研發出了能打印皮膚、軟骨、骨頭和身體其他器官的三維“生物打印機”。人們還使用三維打印機來制造雕塑并修復雕塑,制造由塑料和聚合物制成的三維物體并打印出了實品。 三維打印技術排除了使用工具加工、機械加工和手工加工,而且改動技術細節的效率極高。在英國,相同的技術被戈登?默里設計公司用來幫助制造前衛的T.25型城市“生態汽車”,這款汽車已于2010年7月面世。 隸屬于歐洲宇航防務集團(EADS)的一個科研小組正致力于利用此技術打印出飛機的整個機翼。截止2011年3月研究者已使用該技術制造出了飛機起落架的支架和其他飛機零件,其打印出的支架同一只鞋子的大小一樣。 孔華威:醫療產業里面聽的比較多,用的最多的不是醫療產業,而是設計行業。因如今很多建筑公司達標都是用手工制作的沙盤,做不了很漂亮的設計。而用3D打印技術做出來的沙盤很漂亮。再有,我們看到的鞋類皮鞋的設計和鼠標之類的手柄的設計,往往都是電子消費類的設計,這類設計往往有很多。一個鼠標或者是一個手柄里面大概有幾十個這樣的模具,這個模具往往設計師是獨立操作的,獨立操作的時候要等到把模具做出來,做出來之后組裝起來最后看看好不好,這樣的成本非常高,用3D打印技術就可以到下班的時候把設計弄完,晚上自己打印。第二天就可以把它裝起來,好就可以做,這個是將來大量應用的。

    醫療行業大家是想象的比較豐富,比如說骨頭是不是打印一條或者是怎么樣。如今國內已經有很多人已經在用3D打印了,比如說很多透明牙套,原來我們校正牙齒用的不銹鋼這類的金屬,而如今已經有一種新的透明的塑料牙齒套件,這種東西套在牙齒上,你看不出來,這個校正套是3D打印打出來的。 醫療領域里面當然很多,因為材料的緣故不可能打出很多東西,醫療領域不得不發展,因為醫療領域的骨頭就一根,不會說這個骨頭可以做一千萬根,不可能批量生產,所以必須用3D打印。但是有材料的限制,剛才說的牙齒就是這樣的,每個人的牙齒完全不一樣,因為牙齒必須給我用,給別人沒用,這就是醫療行業不得不發展的東西。當然也會去做更多進一步的,因為隨著打印材料的變化以及打印精度的變化,可以做一些血管,還有呼吸道的一些產品,這些產品可以做通用部件的,這樣就可能發展起來更快了 現今,將3D打印技術成熟應用的就是3D照相館項目了,國內主要城市均出現了他們的身影,不過投資額較高。

    現狀

    如今三維打印技術的精度約為0.1毫米,而且打印機本身的售價偏高,不過,隨著技術的進步和成本的降低,一臺普通三維打印機的成本有望比1985年的激光打印機還要低。 但生物三維打印機也面臨著諸多挑戰,其中之一是其打印出的物體如何與身體其他器官尤其是大的組織更好地結合,因為任何打印出來的器官或身體組織都需要同身體的血管相連,而這可能非常難實現。一旦克服了這個技術障礙,在未來幾十年內,生物打印技術將成為一項標準技術。 現在3D打印技術還不夠成熟,材料特定、造價高昂,打印出來的還都處于模型階段,也就是說真正用于生活應用的還并不多,但3D打印技術的前景很好,未來將有可能得到普及,進入我們的生活。

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