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浅谈3D打印技能及发展状况

发布时间:2018-12-22 01:06:01 文章来源:未来智讯    
    浅谈3D打印技能及发展状况作者: 卢学燕   摘要:3D打印技能是一种快速成型的新兴技能,随着其应用范围的不时扩大,备受社会关注。文章简要介绍了3D打印技能的观念,原理及其在应用方面的限制因素,对照了国内外发展优势,并举例说明其实际应用。
  关键词:3D打印;发展;限制因素;实际应用
  前言:3D打印技能如今已被各位所熟知,其独特的技能与应用也让人惊叹,有人坦言,其影响可与60年代的数控技能及80年代的特种加工技能媲美,它将成为像互联网一样推动第三次家当革命。
  1 3D打印技能概括
  1.13D打印技能定义
  3D打印有两种定义,狭义指“MIT开发的以粉末为基础的制造技能”。广义上指所有的增材制造技能(Additive Manufacturing),添加性制造技能有很多种,MIT开发的3D打印技能不过其中一种。添加性技能有:a.以高分子聚合反应为基本原理:激光立体印刷术(Stereolithography, SLA), 高分子打印技能(Polymer Printing), 高分子喷射技能(Polymer Jetting), 数字化光照加工技能(Digital Lighting Processing), 微型立体印刷术(Micro Stereolithography)。b. 以烧结和熔化为基本原理:选择性激光烧结技能(Selective Laser Sintering, SLS,), 选择性激光熔化技能(Selective Laser Melting, SLM), 电子束熔化技能(Electron Beam Melting, EBM)。c.以粉末-粘合剂为基本原理:三维打印技能(Three Dimensional Printing, 3DP)d.熔融沉积造型技能(Fused Deposition Modeling, FDM)e.层压制造技能(Layer Laminate Manufacturing, LLM)f.气溶胶打印技能(Aerosolprinting)g.生物绘图技能(Bioplotter)。每一种添加性制造技能的具体原理都不一样,然而主要都是"分层制造、逐层叠加"的思维制作完成物品。
  1.23D打印技能的起源
  3D打印技能出如今20世纪90年代中期,1986年,Charles Hull开发了第一台商业3D印刷机。1993年,麻省理工学院获3D印刷技能专利。2005年,市场上首个高清晰彩色3D打印机Spectrum Z510由ZCorp公司研制成功。中国称3D打印是上上世纪的思维,上世纪的产品,这个世纪的市场。
  2 3D打印技能的原理
  3D打印机的原理与普通打印机的一样,区别是其使用的打印材料-“墨水”为真实的材料。3D打印整个过程能够看做一个 “积分”过程,对物体在电脑建模,把不准则的物体划分成厚度为无限小的薄片,薄片的厚度及平面方向的分别率以像素每英寸或微米计算,一般为100微米,也有局部打印机能够打印出16微米薄的一层。切片后,利用电脑建模中每一层的三维坐标,用“积分”的方法打印物体。每一层的打印过程分为两步,最初喷洒特殊胶水,胶水液滴本身很小,且不易扩散。然后是喷洒“墨水滴”,其直径常常为50到100微米,粉末遇到胶水会迅速固化黏结,而没有胶水的区域仍保持松散状态,这样不时交替,慢慢的这个物体就一层一层的成长起来了。完成后,要处理掉物品周围沾满的粉末,这是能够循环利用的,再涂上增强硬度的胶水,制作完成。3D打印常常选取数字技能材料打印机。STL文件格式是设计软件和打印机之间协作的标准文件格式。一个STL文件使用三角面来近似模拟物体的表面,三角面越小其生成的表面分别率越高。PLY是一种通过扫描产生的三维文件的扫描器,其生成的VRML或者WRL文件经常被用作全彩打印的输入文件。
  3 3D打印技能限制因素
  3D打印目前也有很多的限制因素,其限制因素有材料限制;机器的限制:对于运动物体的3D打印技能还不是很成熟;知识产权的忧虑:对于一些创意物体,很容易仿造;道德的忧虑:和克隆技能一样,人们担心打印出身物器官和活体组织;花费昂贵:目前3D打印机的售价还是挺贵的,普及大众还有困难;能看而不能用:以3D打印制造的手机为例,其无法加上电子元件,且无法量产,即使量产,也会一摔而碎;整个行业没有标准,难以变成家当链;后续意料之外的工序很多:3d打印并不如媒体所说是打印完毕就能直接使用的神器。后期或许还需经打磨,烧结,组装,切割等后续事务,这些过程常常需要大量的手工事务,在弯曲的表面可能会对照粗糙的像图像上的锯齿一样。必须经过打磨,才能变成分别率较高的产品。由于种种限制,专家所说的关于3D打印时第三次家当革命不过个噱头,对于技能的完善还有需提高。
  4 国内外发展状况对照
  我国3D打印与欧洲不在同一水平,国内有些专家的乐观有些盲目。
  最初,在欧洲,在科技创新,人才基础,工艺技能,家当基础以及原材料对比,其3D打印行业技能确实比我们成熟。其次从家当规模来说,普遍比国内大,一旦3D打印市场启动,我们会远远落后于他们。然而,值得庆幸的是2012年10月以来,国内率先成立了中国3D打印技能家当联盟,“小而散”的场合正得到改变,而欧洲基本上还是各自独立,未变成阵营,这是我们的机会。
  5 实例分析3D打印技能的应用
  随着人们对3D技能的研讨,其应用范围越来越广:
  a.医疗行业
  对医疗行业,一位83岁的老人因患有慢性的骨头感染,因此换上了由3D打印机“打印”出来的下颚骨,这是世界上首位使用3D打印产品做人体骨骼的案例。随着技能的发展,2012年11月,苏格兰科学家利用人体细胞首次用3D打印机打印出人造肝脏组织。可是,目前还不能制造能够移植的肾脏。
  b.建筑设计
  14年8月21日,中国上海10幢3D打印的小屋面世。这是经一台大型的3D打印机打印,打印机高6.6米、宽10米、长32米,选取一种经过特殊玻璃纤维强化处理的混凝土材料,强度和使用年限大大高于钢筋混凝土的特殊“油墨”。10幢小屋的建筑过程仅花费24小时,造价还便宜50%。
  c.产品模型
  在机器人大赛竞赛现场,也可见用3D打印的机器人模型,3打印技能对于自创机器人的外形按照发明者的要求完美的打印出来,我们再也不必担心自己有好的想法 ,而因在外加工昂贵的费用无法实现。产品模型打印也包括3D人像打印,依靠先进的3D人体扫描仪对人物的满身进行扫描,经电脑建模后打印,做出逼真的人物3D模型。
  d.海军舰艇
  2014年7月1日,美国海军试验了利用3D打印等先进制造技能快速制造舰艇零件,希望借此提升执行任务速度并降低成本。
  除以上所述,3D打印还在航天科技,食品加工等方面也有应用。
  归纳:众所周知,3D打印机为低碳、环保、节能、高科技的行业,其原理也相当大略,在制造成本和制造周期上都有着极大的优势,还能在材料上循环利用,因此其发展前景很好。
  参考文献:
  [1]oa161商务办公网.3D打印机技能详解及未来的发展.
  作者简介:卢学燕(1991.5~),女,甘肃省临夏回族自治州,西北师范大学,2011级本科生,研讨方向:电子信息工程
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