3D打印現(xiàn)階段的發(fā)展優(yōu)勢(shì)

武雪偉

摘要：今年6月，第二屆世界3D打印技術(shù)產(chǎn)業(yè)大會(huì)暨2014世界3D打印技術(shù)博覽會(huì)將在青島舉行，那些昔日里只能在腦子里幻想的高科技也將轉(zhuǎn)眼成為現(xiàn)實(shí)。3D打印技術(shù)的出現(xiàn)，真是賺足了民眾的眼球，這種技術(shù)不僅在各大文化創(chuàng)意展覽中頻頻出鏡，在大學(xué)生競(jìng)賽中也是節(jié)節(jié)開花。

關(guān)鍵詞： 3D打?。粌?yōu)勢(shì)；問題13D打印及原理

3D打印技術(shù)(3DPrinting)有多個(gè)稱呼，在學(xué)術(shù)上被稱為快速成型技術(shù)，在制造工藝的技術(shù)上又被叫做增材制造。它是一種以3D設(shè)計(jì)模型文件為基礎(chǔ)，運(yùn)用不同的打印技術(shù)、方式使特定的材料通過逐層堆疊、疊加的方式來制造物體的技術(shù)。它涉及激光技術(shù)、數(shù)控技術(shù)、CAD、逆向工程技術(shù)、分層制造技術(shù)、機(jī)械工程、材料科學(xué)等不同領(lǐng)域。

3D打印原理是整個(gè)制造過程可以作為一個(gè)"積分"的過程，就是根據(jù)所要建造部件的立體形態(tài)，每次制做一個(gè)具有一定微小厚度和特定形狀的橫截面，然后再把它們逐層粘結(jié)起來，就得到了所需制造的立體的零件。每個(gè)截面數(shù)據(jù)相當(dāng)于醫(yī)學(xué)上的一張CT像片。

2常用的3D打印技術(shù)

SLA技術(shù)：即立體光固化成型法。以特定強(qiáng)度與波長的激光聚焦到光固化材料表面，使其由點(diǎn)到線，由線到面序列凝固，完成一個(gè)層面的繪圖作業(yè)，然后升降臺(tái)在垂直方向移動(dòng)一個(gè)層片的高度，再固化另一個(gè)層面。這樣層層疊加構(gòu)成一個(gè)三維實(shí)體。SLA是最早實(shí)用化的快速成形技術(shù)，采用液態(tài)光敏樹脂原料。

FDM技術(shù)：也即熔絲堆積成型法，這種方法要求使用絲狀材料為原料，在計(jì)算機(jī)控制下利用電加熱將絲材加熱至略高于熔化溫度(約比熔點(diǎn)高1℃)，噴頭作x-y平面運(yùn)動(dòng)，將熔融的材料均勻涂覆在工作臺(tái)上，冷卻后形成一層截面，一層成形后，噴頭上移一層高度，進(jìn)行下一層涂覆，這樣逐層堆積形成三維工件。

SLS技術(shù)：這方法的整個(gè)工藝裝置由粉末缸和成型缸組成，工作時(shí)粉末缸活塞(送粉活塞)上升，由鋪粉輥將粉末在成型缸活塞(工作活塞)上均勻鋪上一層，計(jì)算機(jī)根據(jù)原型的切片模型控制激光束的二維掃描軌跡，有選擇地?zé)Y(jié)固體粉末材料以形成零件的一個(gè)層面。粉末完成一層后，工作活塞下降一個(gè)層厚，鋪粉系統(tǒng)鋪上新粉?？刂萍す馐賿呙锜Y(jié)新層。如此循環(huán)往復(fù)，層層疊加，直到三維零件成型。最后，將未燒結(jié)的粉末回收到粉末缸中，并取出成型件。對(duì)于金屬粉末激光燒結(jié)，在燒結(jié)之前，整個(gè)工作臺(tái)被加熱至一定溫度，可減少成型中的熱變形，并利于層與層之間的結(jié)合。

33D打印的優(yōu)勢(shì)

3.1 制造復(fù)雜物和產(chǎn)品多樣化相對(duì)傳統(tǒng)成本相差不大

對(duì)3D打印機(jī)而言，制造形狀復(fù)雜的物品成本跟簡單的相差不大，制造一個(gè)復(fù)雜形狀的物品并不會(huì)比打印一個(gè)簡單的方塊消耗更多的成本、時(shí)間或技能。且一臺(tái)3D打印機(jī)還可以打印許多形狀，成本相差不大，這改變我們計(jì)算制造成本的方式。

3.2 交付非常短

3D打印機(jī)可以讓企業(yè)可以根據(jù)客戶需求使用3D打印機(jī)制造出特別的或定制的產(chǎn)品，這也能成為新的商業(yè)模式。如果人們所需的物品按需就近生產(chǎn)，交付時(shí)間就會(huì)更大的減少。

3.3 設(shè)計(jì)空間無限制

3D打印機(jī)沒有太多的局限，可以開辟巨大的設(shè)計(jì)空間，甚至可以制作目前可能只存在于自然界的形狀。

3.4 不需要組裝和太多技能

3D打印能使部件一體化成型，可通過分層制造同時(shí)打印一扇門及上面的配套鉸鏈，不需組裝。且3D打印機(jī)可從設(shè)計(jì)文件里獲得各種指示，做復(fù)雜的物品，3D打印機(jī)所需要的操作技能少。能在遠(yuǎn)程環(huán)境或極端情況下為人們提供新的生產(chǎn)方式。

3.5 減少廢棄物

傳統(tǒng)的金屬制造技術(shù)加工金屬時(shí)90%的金屬原材料會(huì)被丟棄在工廠車間里。相比，3D打印機(jī)制造金屬時(shí)產(chǎn)生副產(chǎn)品較少制造金屬時(shí)浪費(fèi)量也減少。隨著打印材料的進(jìn)步，“凈成形”制造可能成為更環(huán)保的加工方式。

3.6 材料無限組合

現(xiàn)今的制造機(jī)器不能輕易地將多種原材料融合在一起，隨著多材料3D打印技術(shù)的發(fā)展，這些將成為可能。以前無法混合的原料混合后將形成新的材料，這些材料色調(diào)種類繁多，具有獨(dú)特的屬性或功能。

3.7 精確的實(shí)體復(fù)制

人們可以將數(shù)字音樂文件無休止地復(fù)制，音頻質(zhì)量不會(huì)下降。將來，3D打印將擴(kuò)展到實(shí)體世界。3D打印和掃描技術(shù)將共同提高數(shù)字和實(shí)體世界之間形態(tài)轉(zhuǎn)換的分辨率，我們可以掃描、編輯和復(fù)制實(shí)體對(duì)象，創(chuàng)建精確的副本或優(yōu)化原件。

4展望未來

3D打印技術(shù)的應(yīng)用范疇正在逐步擴(kuò)大，并且這一趨勢(shì)勢(shì)必延續(xù)到未來。3D打印技術(shù)可以用來制造不特別復(fù)雜的元件，生產(chǎn)頂尖的成品。在制造領(lǐng)域，未來我們很可能看到原型制造迅速發(fā)展、最終取代某些機(jī)床加工生產(chǎn)的時(shí)代來臨。3D打印機(jī)未來最有希望應(yīng)用的領(lǐng)域還有包括耐用消費(fèi)品、醫(yī)療、電氣和電子產(chǎn)品、航空和其他工程元件。隨著材料進(jìn)步及成本降低以及先進(jìn)技術(shù)的發(fā)明及運(yùn)用，我們今天很難想象的一些應(yīng)用也很有可能成為現(xiàn)實(shí)。

[參考文獻(xiàn)]

[1]http://www.3dp.cn/.

[2]http://www.3dpmall.cn/news/20130306/933_1.html.

[3]http://tech.newmaker.com/art_50359.html.