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3D打印技能简介与展望

发布时间:2018-12-30 01:06:01 文章来源:未来智讯    
    3D打印技能简介与展望作者:未知   摘 要 本文介绍了3D打印技能的原理,归纳了典型的3D打印技能,重点分析了其与传统制造技能相比的优势,3D打印技能目前存在的问题,并对3D打印技能进行了展望。
  关键词 3D打印技能 传统制造技能
  中图分类号:TP751 文献标识码:A
  0引言
  1986年3D打印技能诞生,但直到20世纪90年代才被关注,应用也主要局限在制造业、航空业等领域,当时叫“快速成型”技能。直到2010年11月,世界上第一辆由3D打印机打印而成的汽车urbee问世,3D打印才引起广泛关注。
  1 3D打印技能的观念和原理
  3D(3D Printing)打印技能又称“增材制造”诞生于20世纪80年代后期,源自美国研讨照相雕塑和地貌成型技能,是一种与传统材料去除加工方法相反,基于三维数字模型的,运用粉末状金属或塑料等可粘合材料选取逐层制造方式将材料联合起来的工艺。目前应用较多的3D打印技能主要包括光固化立体印刷(SLA)、熔融沉积制造(FDM)、选择性激光烧结(SLS)和三维喷印(3DP)等。1986年,charles hull生产出第一台SLA-250打印机并创立了3D System公司。同年,Scott Crump发明了另外一种3D打印技能-熔融沉积制造(FDM,Fused Depositiong),并成立了Stratasys公司。这两家公司已成为全球两大主要的3D打印技能设备制造商。
  1.1光固化立体印刷(SLA)
  该技能以光敏树脂为打印材料,通过计算机抑制紫外激光的运动,沿着零件各分层截面对液体光敏树脂逐点扫描,被扫描的光敏树脂薄层产生聚合而固化,而未被扫描到的光敏树脂仍保持液态。当一层固化完毕,事务台移动一个层片厚度的距离,然后在上一层已经固化的树脂表面再覆盖一层新的液态树脂,用以进行再一次的扫描固化。新固化的一层牢固地粘合在前一层上,如此循环来去,直到整个零件原型制造完毕。
  1.2熔融沉积制造(FDM)
  该技能把丝状的热熔性材料(ABS树脂、尼龙、蜡等)加热熔化到半流体态,在计算机的抑制下,根据截面轮廓信息,喷头将半流态的材料挤压出来,凝固后变成轮廓的薄层。一层完毕后,事务台降落一个分层厚度的高度再成型下一层,进行固化。这样层层堆积黏结,自上而下变成一个零件的总体造型。FDM成型的零件强度好,易于装配。
  1.3选择性激光烧结(SLS)
  预先在事务台上铺设塑料、蜡、陶瓷、金属或其复合物的粉末,激光束在计算机抑制下,通过扫描器以一定的速度和能量密度按层进行二维数据扫描;固化后事务台降落一个分层厚度,再次铺粉,起初一个新的循环,通过层层堆积获得实体零件。该技能工艺大略、打印材料选择范围广。
  1.4三维喷印(3DP)
  是一种利用微滴喷射技能的打印技能,通过喷射黏结剂将成型材料黏结,周而复始地送粉、铺粉和喷射黏结剂,最后完成一个三维粉体的黏结,从而生产制成品。
  2 3D打印技能与传统制造技能相比的优势
  (1)个性化定制产品。3D打印最大优势在于拓展了设计人员的想象空间,发挥设计者的想象力和创造力。3D打印技能使消费者能根据自己的需求,量身定制产品。
  (2)提高生产效率。3D打印机通过电子制图、数据传输、激光扫描、材料熔化等一系列技能,使特定金属粉或其他材料熔化,并按照电子模型图一层层重新叠加起来,最后把电子模型图形成实物。大大缩短样品制作时间,且能够“打印”造型复杂的产品。
  (3)降低生产成本。3D打印技能对于生产者来说,能够在目的地精准打印,省去了物流,配送、上货等的费用,生产成本大幅降低。
  (4)工艺水平的重大改进。在零部件的连接方面,传统的焊接和零部件加固的方法,使得部件之间的连接相当耗费工时,而且牢固性还有待提高。使用3D打印技能,无缝连接将是最大亮点,结构之间的稳固性和连接强度也将得到很大的提高。
  3 3D打印技能目前存在的局限性
  (1)成本高。3D打印仍是相当昂贵的技能,打印所需材料的研发难度大,导致3D打印技能制造成本较高,目前此项技能主要用于产品的研发阶段,制造模型的精度尚不能令人如意。
  (2)在规模化生产方面尚不具备优势。目前3D打印技能尚不具备取代传统制造业的条件,在批量制造等方面,传统制造方法更胜一筹。
  (3)自动化抑制系统水平有待提高。3D打印技能的发展,依托于信息技能、精密机械以及材料科学多学科的尖端技能。目前的自动化抑制水平还不能很好地为3D打印技能服务。
  (4)使用的打印材料对照单一。如今真正利用3D打印的材料为金属粉末和塑料、陶瓷颗粒,种类对照少,材料的研发是此项技能的一大瓶颈。
  4 3D打印技能的展望
  英国《经济学人》有人刊文认为,3D打印技能将于其他数字化生产模式一同,推动第三次工业革命的实现。目前,3D打印技能已广泛应用于航空航天、汽车制造、军事、地理、艺术品制造、教育、医疗和体育领域,特别是在汽车制造领域,已经是一项必备的重要技能。相信随着社会的不时发展和科学技能的进步,3D打印技能将极大地改变已有的传统加工制造业,它将在更加广泛的领域中得到应用。
  参考文献
  [1] 孙晓林.3D打印技能的应用[J].机电产品开发与创新,2013,26(4).
  [2] 王雪莹.3D打印技能与家当的发展前景及前景分析[J].中国高新技能企业,2012(26):3-5.
  [3] 贾王坤.浅析3D打印技能[J].科技展望,2014(3).
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