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3D打印技能的发展及应用

发布时间:2018-12-19 01:06:01 文章来源:未来智讯    
    3D打印技能的发展及应用作者:未知   【摘 要】3D打印是通过三维绘图软件建模,并逐层打印的方式来实现三维立体成型的快速成型技能。本文针对3D打印的特点、应用领域及前景进行了综合分析,介绍了3D打印相比传统制造业来说的优势、缺点,3D打印在目前行业中的需求情况,并对其未来的前景进行展望。
  【关键词】3D打印;快速成型;优势;不足;应用领域
  3D打印作为材料成型(快速成型)领域中的一种新兴技能,正在快速的走进人们的生活,并且在未几的将来它会像互联网技能一样改变人们的生活。3D打印技能被誉为“第三次工业革命”,已经引起全世界的广泛关注。
  1 3D打印概括
  3D打印(3 Dimensional Printing,3维打印)的学名叫增材制造(material additive manufacturing)是快速成型技能中的一种,是指将材料一次性熔聚成型的快速制造技能,它以数字模型文件为基础,运用粉末状金属或塑料等可粘合材料,通过逐层打印并叠加不同形状的连续层方式来构造三维的任何物体[1]。
  2 3D打印的特点
  3D打印作为一种新兴的技能,与传动的制造技能相比具有以下特点:
  2.1 应用优势
  2.1.1 制造工艺大略
  传统的制造业中,无论哪种成型工艺都离不开模具,而且制造工艺纷繁复杂,3D打印借助CAD绘图软件,将图形转换成实体,不但省去了模具的制作,还大大削减了成型工艺的步骤,使得成型形成了一件大略的事,而且3D打印把三维降成二维,打印的过程大略,能够打印形状复杂的物件,便于实现个性化设计。
  2.1.2 精度高
  对于目前的技能来说,3D打印能够将零件的精度抑制在0.3mm以下,这完全能够满足大局部零件的加工要求。对于精度要求较高的零件,能够大大削减加工余量,节约成本的同时也缩短了加工时间。3D打印还选取了自上而下的堆叠形式,变成自然无缝对接,结构之间的稳固性和强度要远远高于传统成型方法。
  2.1.3 打印材料的多样性
  一台3D打印机对应的打印系统常常能够打印不同的材料,比如金属、塑料、石料等。截至 2011 年年底,著名的3D打印成型公司― Objet公司的3D打印材料就已经达到了65 种之多[2],这也是3D打印广泛应用在各领域的重要原因之一。
  2.2 不足
  2.2.1 成本高
  3D打印的价格是导致3D打印技能得不到大规模应用的主要因素之一。对于国内市场来说,很多东西比如3D打印设备上的主要零部件和材料都需要依靠进口,而且后期的技能维护的成本也很高。以北京隆源自动成型系统有限公司为例,其售价100多万元的3D打印设备需要进口的有10万元的激光器、20万元的光学振镜和近2万元的抑制电路。另外,该公司每年还得支付十几万元的软件服务费给欧洲的一家公司[3],所以从成本上来说3D打印短时间内还无法替代传统制造业。
  2.2.2 打印材料的局限性
  3D打印的材料是限制3D打印技能广泛应用的关键因素。3D打印材料目前已研发使用的有工程塑料、光敏树脂、橡胶、金属、陶瓷等,由于3D打印设备打印原理的特殊性,所以与普通的打印材料相比3D打印材料的形态一般为粉末状、丝状、层片状、液体状,再加上3D打印技能的特殊性,要求材料的本能也比一般材料本能要求高,所以需要对这些材料进行单独研讨。虽然有一局部3D打印材料已研讨出来并应用,但相对照国外来说我国对于3D打印材料的研发以及生产企业很少,很多材料特别是金属材料基本上全部依靠进口,这无形之中提高了3D打印的成本。
  2.2.3 操作技术的限制
  3D打印技能的第一步是要绘制出零件的三维图,通过转换软件转换成相应的格式后,才能送入打印机打印,所以操作者要求具备熟练的三维绘图软件的操作,然而根据目前的情形,可以熟练掌握三维绘图软件的人对照少,这有成为限制3D打印发展的又一个重要因素。
  2.2.4 3D打印机本身的限制
  3D打印机的大小决定着3D打印零件的大小,现现在应用的3D打印机都是中小型的,所以对于一些大型零件来说是无法实现3D打印的。另外3D打印无法实现薄壁件的打印,这些因素也限制着3D打印技能的发展。
  3 3D打印的应用
  3D打印近年来取得了很大的发展,它的出现对于传统制造业有很大的攻击作用,使得很多工程师和制造厂商甚至学校都转换了视角。著名的《经济学人》杂志描述3D打印的前景是一种新型的生产方式,可以促成新的工业革命[4]。可以得到如此高的评价并不但因为3D打印是一种新起的技能,而是由于其应用领域之广,基本上覆盖了我们生活的方方面面。从美国专门从事3D打印技能咨询服务的Wohlers Associates在2012年度汇报中能够看出分3D打印技能在消费电子(个性化消费)、汽车、医疗、航空航天等领域已经有了一定的市场需求[5]。其中在医疗特别是医学牙科以及航空航天业的发展最快,当然随着3D打印技能的不时发展,打印速度更快、打印精度更高,打印材料更多,那么3D打印技能将会被运用到越来越多的领域中来。3D打印在各应用领域的家当化规模及应用类型见图1所示。
  4 结束语
  3D打印是一个相当有前景的新兴家当,随着三维绘图软件的不时创新与发展,3D打印技能将会影响着我们生活的方方面面。3D打印技能的兴起对我们来说是机遇也是挑战,不管国内还是国外,我们都有很多的技能丞待解决,比如说打印速度、精度、打印材料、打印设备的大小以及如何实现设计软件与生产软件的无缝对接等。惟有做好这几方面的创新及改善才能为3D打印的普及提供条件。
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  [1]3D打印将带来制造业的革命[J].尚普咨询,2013(5).
  [2]王灿才.3D打印的发展现状分析[J].丝网印刷,2012(9).
  [3]邓超.没长大的3D打印[J].创业家,2012(12).
  [4]余冬梅.3D打印:技能和应用[J].金属世界,2013(60.
  [5]Wohlers Associates Inc.Wohlers report 2012[R].2012.
  [6]杨永强,叶梓恒,王迪,等.3D打印设备国内家当化可行性分析[J].新材料家当,2013(8).
  [责任编辑:田吉捷]
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