3d打印技術(shù),是以計算機三維設計模型為藍本,通過軟件分層離散和數(shù)控成型系統(tǒng),利用激光束、熱熔噴嘴等方式將金屬粉末、陶瓷粉末、塑料、細胞組織等特殊材料進行逐層堆積黏結(jié),最終疊加成型,制造出實體產(chǎn)品。與傳統(tǒng)制造業(yè)通過模具、車銑等機械加工方式對原材料進行定型、切削以最終生產(chǎn)成品不同,3d打印將三維實體變?yōu)槿舾蓚€二維平面,通過對材料處理并逐層疊加進行生產(chǎn),大大降低了制造的復雜度。這種數(shù)字化制造模式不需要復雜的工藝、不需要龐大的機床、不需要眾多的人力,直接從計算機圖形數(shù)據(jù)中便可生成任何形狀的零件,使生產(chǎn)制造得以向更廣的生產(chǎn)人群范圍延伸。
我們?nèi)粘I钪惺褂玫钠胀ù蛴C可以打印電腦設計的平面物品,而所謂的3d打印機與普通打印機工作原理基本相同,只是打印材料有些不同,普通打印機的打印材料是墨水和紙張,而3d打印機內(nèi)裝有金屬、陶瓷、塑料、砂等不同的“打印材料”,是實實在在的原材料,打印機與電腦連接后,通過電腦控制可以把“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。通俗地說,3d打印機是可以“打印”出真實的3d物體的一種設備,比如打印一個機器人、打印玩具車,打印各種模型,甚至是食物等等。之所以通俗地稱其為“打印機”是參照了普通打印機的技術(shù)原理,因為分層加工的過程與噴墨打印十分相似。這項打印技術(shù)稱為3d立體打印技術(shù)。
3d打印的技術(shù)主要包括sla、fdm、sls、lom等工藝,下面我們簡單介紹三種主流技術(shù):
1、立體光刻造型技術(shù)(sla):網(wǎng)友們可以想象一下把一根黃瓜切成很薄的薄片再拼成一整根。先由軟件把3d的數(shù)字模型,“切”成若干個平面,這就形成了很多個剖面,在工作的時候,有一個可以舉升的平臺,這個平臺周圍有一個液體槽,槽里面充滿了可以紫外線照射固化的液體,紫外線激光會從底層做起,固化最底層的,然后平臺下移,固化下一層,如此往復,直到最終成型。
其優(yōu)點是精度高,可以表現(xiàn)準確的表面和平滑的效果,精度可以達到每層厚度0.05毫米到0.15毫米。缺點則為可以使用的材料有限,并且不能多色成型。
2、熔融沉積成型技術(shù),同樣是需要把3d的模型薄片化,但是成型的原理不一樣。學過高等數(shù)學的朋友都知道積分,熔融沉積成型技術(shù),就是把材料用高溫熔化成液態(tài),然后通過噴嘴擠壓出一個個很小的球狀顆粒,這些顆粒在噴出后立即固化,通過這些顆粒在立體空間的排列組合形成實物。
這種技術(shù)成型精度更高、成型實物強度更高、可以彩色成型,但是成型后表面粗糙。
3、選擇性激光燒結(jié)(簡稱sls)不同材料的粉末為原料
sls工藝又稱為選擇性激光燒結(jié),由美國德克薩斯大學奧斯汀分校的c.r. dechard于1989年研制成功。sls工藝是利用粉末狀材料成形的。將材料粉末鋪灑在已成形零件的上表面,并刮平;用高強度的co2激光器在剛鋪的新層上掃描出零件截面;材料粉末在高強度的激光照射下被燒結(jié)在一起,得到零件的截面,并與下面已成形的部分粘接;當一層截面燒結(jié)完后,鋪上新的一層材料粉末,選擇地燒結(jié)下層截面。
在3d打印技術(shù)可以打印器官、汽車、飛機的今天,它還在創(chuàng)造無限的可能。著名的《經(jīng)濟學人》最近描述了3d打印技術(shù)的前景是一種新型的生產(chǎn)方式,能夠促成新的工業(yè)革命。其擁有廣闊的市場前景。
首先3d打印技術(shù)可以加工傳統(tǒng)方法難以制造的零件。過去傳統(tǒng)的制造方法就是一個毛坯,把不需要的地方切除掉,是多維加工的,或者采用磨具,把金屬和塑料融化灌進去得到這樣的零件,這樣對復雜的零部件來說加工起來非常困難。立體打印技術(shù)對于復雜零部件而言具有極大的優(yōu)勢,立體打印技術(shù)可以打印非常復雜的東西。
其次實現(xiàn)了首件的凈型成形,這樣后期輔助加工量大大減小,避免了委外加工的數(shù)據(jù)泄密和時間跨度,尤其適合一些高保密性的行業(yè),如軍工、核電領(lǐng)域。再次由于制造準備和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的時間大幅減少,使得單件試制、小批量出產(chǎn)的周期和成本降低,特別適合新產(chǎn)品的開發(fā)和單件小批量零件的出產(chǎn)。
這些速度快、高易用性等優(yōu)勢使得3d打印成為一種潮流,并且在很多領(lǐng)域得到了應用。如今3d打印機已經(jīng)在建筑設計、醫(yī)療輔助、工業(yè)模型、復雜結(jié)構(gòu)、零配件、動漫模型等領(lǐng)域都已經(jīng)有了一定程度的應用。尤其在飛機、核電和火電等使用重型機械、高端精密機械的行業(yè),3d打印技術(shù)“打印”的產(chǎn)品是自然無縫連接的,結(jié)構(gòu)之間的穩(wěn)固性和連接強度要遠遠高于傳統(tǒng)方法。
事實上,3d打印技術(shù)要成為主流的生產(chǎn)制造技術(shù)還尚需時日。
3d打印機目前的實際使用仍屬于快速成型范疇,即為企業(yè)在生產(chǎn)正式的產(chǎn)品前提供產(chǎn)品原型的制造,業(yè)內(nèi)也將這類原型稱作手板。據(jù)統(tǒng)計,3d打印機生產(chǎn)的產(chǎn)品中80%依舊是產(chǎn)品原型,僅有20%是最終產(chǎn)品。雖然3d打印機技術(shù)近年來已取得不小的進步,比如材料增多、打印機和原材料價格逐漸下降,但從目前看,依舊是一項年輕的技術(shù),在沒有變得更加成熟和廉價前,并不會被企業(yè)大規(guī)模采用。