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个性化、小型化、节约化的3D打印

发布时间:2018-12-06 01:06:01 文章来源:未来智讯    
    个性化、小型化、节约化的3D打印作者:未知   3 D打印,又称增材制造(Additive Manufacturing,AM)技艺,是选取质料逐步累加的要领制造实体零件的技艺,是一种“自下而上”的制造要领。与传统上对原质料进行切削的减材制造要领正相背,3D打印技艺运用粉末状金属或塑料等可黏合质料,议决一层又一层的多层打印体式格局,像砖头砌墙一样,一层一层地机关物品。
  其实,3D打印背面的技艺其实并不鲜美,早在二十年前,它就起点以“急剧成型技艺”这一名称应用于汽车、航空航天模子设计中。为安在呈现多年后才忽然燃起3D打印的存眷高潮?3D打印正在变化什么,将来还能变化什么?仅仅是一次观念高潮,照旧真的将带来一场出产体式格局厘革?
  什么是3D打印
  3D打印技艺,因此谋略机三维设计模子为底本,议决软件分层分离和数控成型体系,行使激光束、热熔喷嘴等体式格局将金属粉末、陶瓷粉末、塑料、细胞组织等特殊质料进行逐层堆积黏结,最后叠加成型,制造出实体产物。与传统制造业议决模具、车铣等机器加工体式格局对原质料进行定型、切削以最后出产出制品各异,3D打印将三维实体变为若干个二维平面,议决对质料处置并逐层叠加进行出产,大大贬低了制造的纷乱度。这种数字化制造模式不必要纷乱的工艺、不必要巨大的机床、不必要繁多的人力,直接从谋略机图形数据中便可天生任何形状的零件,使出产制造得以向更广的出产人群局限延长。
  技艺上风与贸易价值
  3D打印出格适合于传统要领无法加工的极度纷乱几何布局。尺寸越小、形状布局越纷乱,增材制造的上风越较着。对付出产批量小于10万件的小型纷乱塑料件,SLS等增材制造技艺比注塑模具更具上风。3D打印也很是适合于小量量纷乱零件或个性化产物的急剧制造。今朝,3D打印已胜利应用于航空航天体系,如空间站、微型卫星、F-18战斗机、波音787飞机和个性化牙齿矫正器与助听器等等。BMW等公司行使3D打印急剧制造装调东西使汽车装置的精度、速率和人造美学水平都获得显著提高。
  3D打印的一个关头上风在于不必要任何工模具等硬件就可急剧制造出任何个性化零部件,从而显著变化了传统的以工模具为中心的集结制造模式。增材制造必要很少的人力,不再依靠廉价劳动力,能够兑现境内制造。
  对付3D打印,一个出格好的应用便是种种设备备件的出产与制造。对付已经停产的零部件,能够行使逆向工程技艺急剧获得响应的三维CAD模子,然后行使增材制造急剧制造出所需的备件。这种应用正在逐年大幅添加,由于对付数十年前交错的汽车、飞机、国防及其他设备而言,异国CAD图纸和响应工模具,甚至设备供应商有可能已经倒闭,有关设备备件已无法得到,在此环境下增材制造不失为一种很是抱负的技艺手腕。
   3D打印带来的影响
  1.分布式制造模式将为第三次工业革命拉开序幕
  规模经济是如今制造业的典型特性,可是资源的制约、成本的升迁使得规模经济愈发的不较着。而实际中,分布式则成为新兴模式的代表,从分布式能源到云谋略,从工业机械人到3D打印,这些都是分布式的具体应用,而议决分布式之后从头组合的规模经济升迁了资源行使率,贬低了成本开销,能够说是下一次工业革命的基本形态。3D打印模式是个别化的最佳体现,也是制造业能够选取的出产体式格局,丢弃了工场大规模制造的相仿体例,具有个性化、小型化、节约化的特点。跟着3D打印技艺的日臻完善,适用性不息提高,可以逐渐代替一局部现有出产体式格局时,第三次工业革命的序幕就被拉开。但不克不及忽视的是,要变化现有的出产模式进来第三次工业革命,还必要相当长的一段时间。
  2.推动中国财产布局调解步调
  在全球财产分工协作中,中国被界说为“制造者”而不是产物的“设计者”,更不是有关高端品牌的“拥有者”。低端制造在技艺不息成长的今天面对成本上升、利润菲薄的庞大压力,是以中国务必要实行财产布局调解来旋转倒霉场面。
  3D打印被誉为打开第三次工业革命的严重构成局部,是高端制造业兑现的严重手腕之一。财产布局调解已经在国度层面获得崇尚,而实操层面因为各地域环境各异,进展迟钝。3D打印技艺的不息老练,可以加快中国财产布局调解的步调,升迁制造业程度。
  3.变化传统制造业,成为将来新的经济增进点
  今朝,3D打印技艺已在工业设计、模具制造等诸多范畴获得普遍应用,也正朝着积攒品制造、功能零部件制造、组织与布局一体化制造等范畴加快成长,显现出辽阔的应用远景。这意味着一些制造业能够远隔低成本劳动力集合地,重返更亲近积攒者的处所,这些改变都在各异水平上变化了经济模式,成为将来新的经济增进点。3D打印带来的影响是倾覆性的,可是兑现老练财产化的指标还必要较永劫间去征服技艺、经济、社会层面的各种挑衅。
  大家都成“缔造者”
  正如风靡全球的发生于上世纪70年月末、80年月初的“小我谋略”(PC,personal computing)一样,3D打印催生的“小我制造”(PM,personal manufacturing)模式现在合法其时。
  纵然高端大型3D打印设备销量呈较快的增进,然而“小我”3D打印设备销量则出现爆发式的增进态势。这种爆发式的增进态势引起了很多投资者和公司的强烈存眷,他们正起点着手规划若何进来3D打印市场。不难想象,基于增材制造的小我制造模式将在将来获得普遍的推广与应用。与二维打印一样,增材制造或三维打印将来将供给三个条理的创业模式:工场级另外批量制造、本地供应商的打印服务和家庭情况供给的打印服务。
  3D打印使设计职员或创业职员不必要传统的厂房等根本办法就能够起点发卖产物,是一种全新的制造模式。不必要投资商供给开动本钱来购置大型设备和工模具,立异型人才就可以缔造和发卖唯一无二的产物。基于3D打印创业的市场窒碍是很小的,胜利与否关头在于是否具有议决社交网络缔造市场潮水的才力,而不是争夺危害本钱的才力;具有立异意识的创业职员在这方面始终据有先机。   应用范畴普遍
  1.水兵舰艇
  2014年7月1日,美国水兵试验了行使增材制造等进步前辈制造技艺急剧制造舰艇零件,但愿借此升迁执行义务速率并贬低成本。2014年6月24日至6月26日,美水兵在作战批示体系举止中开展了一系列“打印舰艇”钻研会,并在此时期向水手及其他有关职员先容了增材制造技艺。美国水兵致力于将来在这方面培训水手。选取3D打印及其他进步前辈制造要领,可以显著升迁执行义务速率及预备状况,贬低成本,幸免从天下各地采购舰船配件。
  美国水兵作战舰队后勤科副科长Phil Cullom表现,思虑到成本及水兵后勤及供应链现存的缝隙,以及面对的资源约束,进步前辈制造与3D打印的应用越来越广,他们假想了一个由技艺纯熟的水手支撑的进步前辈制造商的全球网络,找出问题并制造产物。
  2.航天科技
  2014年9月尾,NASA完成首台成像千里镜,全部元件基本所有议决3D打印制造。NASA也是以成为首家实验使用3D打印制造整台仪器的单元。这款太空千里镜功能齐备,其50.8毫米的摄像头使其可以放进立方体卫星(CubeSat,一款微型卫星)傍边。据明白,这款太空千里镜的外管、外挡板及光学镜架所有作为零丁的布局直接打印而成,惟有镜面和镜头尚未兑现。该仪器于2015年开展震荡和热真空测试。这款长50.8毫米的千里镜将所有由铝和钛制成,并且只需议决3D打印制造4个零件即可,比拟而言,传统制造要领所需的零件数是3D打印的5-10倍。此外,在3D打印的千里镜中,可将用来削减千里镜中杂散光的仪器挡板做成带有角度的样式,这是传统制作要领在一个零件中所无法兑现的。
  2014年8月31日,美国宇航局的工程师们完成了3D打印火箭喷射器的测试,本项切磋在于提高火箭动员机某个组件的本能,因为喷射器内液态氧讲理态氢一同夹杂反响,这里的燃烧温度可到达6000华氏度,大约为3315摄氏度,可发生2万磅的推力,约为9吨摆布,验证了3D打印在火箭动员机制造上的可行性。本项测试事情位于阿拉巴马亨茨维尔的美国宇航局马歇尔太空遨游飞翔中心,这里拥有较为完善的火箭动员机测试前提,工程师可验证3D打印部件在焚烧情况中的本能。制造火箭动员机的喷射器必要精度较高的加工技艺,若是使用增材制造技艺,就能够贬低制造上的纷乱水平,在谋略机中设立喷射器的三维图像,打印的质料为金属粉末和激光,在较高的温度下,金属粉末可被从头塑造成我们必要的样子。火箭动员机中的喷射器内有数十个喷射元件,要交错巨细相似的元件必要必然的加工精度,该技艺测试胜利后将用于制造RS-25动员机,其作为美国宇航局将来太空放射体系的首要动力,该火箭可运载宇航员逾越近地轨道,进来更遥远的深空。马歇尔中心的工程部主任克里斯以为3D打印在火箭动员机喷射器上应用不过第一步,我们的目的在于测试3D打印部件若何能彻底变化火箭的设计与制造,并提高体系的本能,更严重的是能够俭省时间和成本,不太轻易呈现阻碍。本次测试中,两具火箭喷射器进行了焚烧,每次5秒,设计职员创建的纷乱几何流体模子许可氧气和氢气充分夹杂,压力为每平方英寸1400磅。
  2014年10月11日,英国一个发热友团队用增材制造技艺制出了一枚火箭,他们还筹备让这个天下上第一个打印出来的火箭起飞。该团队在其伦敦的办公室向媒体先容这个天下上第一枚用3D打印制造出的火箭。团队队长海恩斯说,有了3D打印,要制造出高度纷乱的形状并不坚苦。就算要修改设计原型,只要在谋略机帮助设计的软件上做出修改,打印机将会做出相对的调解。这比之前的传统制造体式格局利便很多。既然美国宇航局已经在使用3D打印制造火箭的零件,3D打印的远景是十分光明的。据先容,这个名为“低轨道氦帮助导航”的工程项目由一家德国数据剖析公司赞助。打印出的这枚火箭重3公斤,高度相当于一般成年人身高,是该团队用4年时间、花了6000英镑制造出来的。等一笔1.5万英镑的资助确定之后,他们将在新墨西哥州的美国航天港放射该火箭。一个装满氦的巨型气球将把火箭升迁到20000米高空,装配在火箭里的全球定位体系将开动火箭引擎,火箭喷射速率将到达每小时1610公里。之后,火箭上的主动驾驶体系将指引火箭回返地球,而里头的摄像机将把整个过程拍摄下来。
  3.医学范畴
  3D打印头盖骨。2014年8月28日,46岁的周至农人胡师傅在自家盖屋子时,从3层楼坠落伍砸到一堆木头上,左脑盖被撞碎,在本地病院手术后,胡师傅虽然人命无损,但左脑盖凹下,在别人眼里成了个“半头人”。除了面貌异于凡人,事故还伤了胡师傅的目力和说话功能。大夫为帮其收复形象,选取3D打印技艺帮助设计缺损颅骨外形,设计了钛金属网重修缺损颅眶骨,制作有缺损的左“脑盖”,最后兑现摆布对称。
  3D打印脊椎植入人体。2014年8月,北京大学切磋团队胜利地为一名12岁男孩植入了3D打印脊椎,这属全球首例。据明白,这位小男孩的脊椎在一次踢足球受伤之后长出了一颗恶性肿瘤,大夫不得不选择移除掉肿瘤地点的脊椎。只是,此次的手术比力特殊的是,大夫并未选取传统的脊椎移植手术,而是实验进步前辈的3D打印技艺。切磋职员表现,这莳植入物能够跟现有骨骼很是好地联合起来,并且还能收缩病人的病愈时间。因为植入的3D脊椎能够很好地跟四周的骨骼联合在一同,以是它并不必要太多的“锚定”。此外,切磋职员还在上面建立了微孔洞,它能辅助骨骼在合金之间生长,换言之,植入进去的3D打印脊椎将跟原脊柱紧紧地生长在一同,这也意味着将来不会产生松动的环境。
  3D打印手掌治疗残疾。2014年10月,大夫和科学家们使用3D打印技艺为英国苏格兰一名5岁女童装上手掌。这名女童名为海莉・弗雷泽,出身时左臂就有残疾,异国手掌,惟有手段。在大夫和科学家的合作下,为她设计了专用假肢并胜利安装。
  3D打印心脏。2014年10月13日,纽约长老会病院的大夫埃米尔・巴查博士使用3D打印的心脏救活一名2周大婴儿。这名婴儿患有天赋性心脏缺陷,它会在心脏内部制造“大量的洞”。在畴昔,这种类型的手术必要停掉心脏,将其开启并进行窥察,然后在很短的时间内来决意接下来应该做什么。但有了3D打印技艺之后,巴查大夫就能够在手术之前制作出心脏的模子,从而使他的团队能够对其进行查抄,然后决意在手术傍边到底应该做什么。这名婴儿原本必要进行3-4次手术,而如今一次就够了,这名原本被以为寿命有限的婴儿将能够过上正常的糊口。巴查大夫说,他使用了婴儿的MRI数据和3D打印技艺制作了这个心脏模子。整个制作过程共花费了数千美元,只是他预计制作价格会在将来贬低。   4.衡宇修建
  2014年8月,10幢3D打印修建在上海张江高新青浦园区内交付使用,作为本地动迁工程的办公用房。这些“打印”的修建墙体是用修建废物制成的特殊“油墨”,按照电脑设计的图纸和方案,经一台大型3D打印机层层叠加喷绘而成,10幢小屋的修建过程仅花费24小时。
  2014年9月5日,天下各地的修建师们正在为打造全球首款3D打印衡宇而比赛。3D打印衡宇在住房包容才力和衡宇定制方面具有意义深远的突破。
  在荷兰首都阿姆斯特丹,一个修建师团队已经起点制造全球首栋3D打印衡宇,并且选取的修建质料是可再生的生物基质料。这栋修建名为“运河室庐(Canal House)”,由13间衡宇构成。这个项目位于阿姆斯特丹北部运河的一块空位上,有望3年内落成。在建中的“运河室庐”已经成了公共博物馆,美国总统奥巴马曾经到那里观光。荷兰DUS修建师汉斯・韦尔默朗(Hans Vermeulen)在接管采访时表现,他们的首要指标是“可以供给定制的衡宇。”
  5.汽车行业
  2014年10月29日,在芝加哥举办的国际制造技艺博览会上,美国亚利桑那州的Local Motors汽车公司现场演示天下上第一款3D打印电动汽车的制造过程。这款电动汽车名为“Strati”,整个制造过程仅用了45个小时。Strati选取一体成型车身,最大速率可到达每小时40英里(约合每小时64公里),一次充电可行驶120到150英里(约合190到240公里)。Strati惟有49个零部件,动力传动体系、悬架、电池、轮胎、车轮、线路、电动马达和挡风玻璃选取传统技艺制造,包罗底盘、仪表板、座椅和车身在内的余下部件均由3D打印机打印,所用质料为碳纤维加强热塑性塑料。Strati的车身一体成型,由3D打印机打印,共有212层碳纤维加强热塑性塑料。辛辛那提公司认真供给制造Strati使用的大幅面增材制造3D打印机,可以打印3英尺×5英尺×10英尺(约合90厘米×152厘米×305厘米)的零部件。纵然汽车的座椅、轮胎等可改换部件仍以传统体式格局制造,但用3D制造这些零件的筹划已经提上日程。制造该轿车的车间里有一架超大的3D打印机,能打印长3米、宽1.5米、高1米的大型零件,而通俗的3D打印机只可打印25立方厘米巨细的工具。
  6.电子行业
  2014年11月10日,全天下首款3D打印的条记本电脑已起点预售了,它能使任何人在本身的客堂里打印本身的设备,价格仅为传统产物的一半。这款条记本电脑名为Pi-Top,将到2015年5月才会正式推出。可是,议决口耳相传,它如今已在两周内累计得到了7.6万英镑的预订单。
  可是,积攒者务必起首拥有一台3D打印机。该打印机的价格仅为215美元,惟有大型咖啡机巨细。Pi-Top套件的售价仅为180英镑,它包罗一个模板,能够将纸片厚的薄塑料片叠加熔化,从而“打印”出条记本电脑的外壳。该套件还包罗一个显示屏和一台Raspberry Pi卡片式电脑――它惟有一张名誉卡巨细。你只需将这个显示屏和卡片式电脑插入外壳中,就能够拼装一台条记本电脑了。
  Pi-Top具有一般条记本电脑的全部功能,它的发明者但愿它被用来教小孩拆解和拼装条记本电脑,从而学到电脑的有关常识。这个创意来自于23岁的牛津大学工程学切磋生莱恩・邓伍迪(Ryan Dunwoody)和27岁的自学电脑编程的法学切磋生杰西・洛扎诺(Jesse Lozano)。“除了用这个条记本电脑输入文字外,你还可以用它来领会显示屏是若何事情的,电池是若何充电的,以及它是若何在电池和主电源之间进行切换的。”邓伍迪说。“若是它的某个部位破碎,你可以立刻进行修复。许多家长筹备购置它,由于他们以为它能够用来教孩童们领会他们日常使用的设备背面的技艺原理。”
  7.服装范畴
  据英国猎奇网站“wired”报道,英国Nervous System设计事情室将Kinematics软件及手工折纸技艺融入3D打印技艺,最大限度地使3D塑料裙子质地切近通俗布料,胜利开脱塑料的坚硬感和重量,使裙子贴身又有形。
  据Nervous System设计事情室先容,设计师用谋略机帮助设计(CAD)替换传统的制衣要领。设计师先将模特的3D图置入CAD中,然后凭据要制作的衣服,行使Kinematics软件将模特分成巨细纷歧的三角形内嵌棋盘格子。设计师能够议决调解三角形的巨细和数目变化衣服的质地和重量。调解中意后,电脑步骤就把这些格子拼接成一件衣服,将其压到最薄,一般来说,制品的重量会比刚起点削减85%。打印过程平日必要持续两天,衣服出来后,技艺职员会将上面有余的尘屑扫去,一条大度的镂空连衣裙就大功乐成了。
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