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透过“工程赛”明白3D打印

发布时间:2019-01-02 01:06:01 文章来源:未来智讯    
    透过“工程赛”明白3D打印作者: 耿瑶 刘传杰 陈威   2016年5月27~29日,“2016中国工程机器人大赛暨国际公开赛”在山东日照成功举办。2013以来,新投入的3D打印比赛项目,经过新加坡国际赛、法国国际赛的积累,在和各个国家、地区充分交流后,2015年做为正式比赛项目,这也是目前唯一的3D打印项目的国际比赛。
  一种新兴的的技能――3D打印
  1.什么是3D打印
  3D打印即快速成型技能的一种,1986年由查克?赫尔(Chuck Hull)发明,它是一种以数字模型文件为基础,运用粉末状金属或塑料等可黏合材料,通过逐层打印的方式来构造物体的技能,实际上是利用光固化和纸层叠等技能的最新快速成型装置。它与普通打印事务原理基本相同,打印机内装有液体或粉末等“打印材料”,与电脑连接后,通过电脑抑制把“打印材料”一层层叠加起来,最后把计算机上的蓝图形成实物。
  通俗地说,3D打印机是能够“打印”出真实的3D物体的一种设备,比如打印一个机器人、打印玩具车,打印各种模型,甚至是食物等。之所以通俗地称其为“打印机”是参照了普通打印机的技能原理,因为分层加工的过程与喷墨打印十分相似。
  3D打印常常是选取数字技能材料打印机来实现的。常在模具制造、工业设计等领域被用于制造模型,后逐步用于一些产品的直接制造,已经有使用这种技能打印而成的零部件。该技能在珠宝、鞋类、工业设计、建筑、工程和施工(AEC)、汽车,航空航天、牙科和医疗家当、教育、地理信息系统、土木工程、枪支以及其他领域都有所应用。
  2.3D打印中的诸多技能
  3D打印存在着许多不同的技能。它们的不同之处在于以可用的材料的方式,并以不同层构建创建部件。3D打印常用材料有尼龙玻纤、聚乳酸、ABS树脂、耐用性尼龙材料、石膏材料、铝材料、钛合金、不锈钢、镀银、镀金、橡胶类材料等。
  3.3D打印过程
  本次工程赛中展示“打印”出的三维产品其过程是:先通过计算机建模软件建模,再将建成的三维模型“分区”成逐层的截面,即切片,从而教导打印机逐层打印。
  ①三维设计
  通过goSCAN之类的专业3D扫描仪或是Kinect之类的DIY扫描设备获取对象的三维数据,并且以数字化方式生成三维模型。也能够使用Blender、SketchUp、AutoCAD等三维建模软件从零起初建立三维数字化模型,或是直接使用其他人已做好的3D模型。
  ②分层切割
  由于描述方式的差异,3D打印机并不能直接操作3D模型。当3D模型输入到电脑中以后,需要通过打印机配备的专业软件来进一步处理,即将模型切分成一层层的薄片,每个薄片的厚度由喷涂材料的属性和打印机的规格决定。
  ③打印喷涂
  由打印机将打印耗材逐层喷涂或熔结到三维空间中,根据事务原理的不同,有多种实现方式。对照流行的做法是先喷一层胶水,然后在上面撒一层粉末,如此重复;或是通过高能激光融化合金材料,一层一层地熔结成模型。整个过程根据模型大小、复杂程度、打印材质和工艺耗时几分钟到数天不等。
  ④后期处理
  模型打印完成后一般都会有毛刺或是粗糙的截面。这时需要对模型进行后期加工,如固化处理、剥离、修整、上色等,才能最后完成所需要的模型的制作。
  4.3D打印的应用
  ①航天科技
  2015年11月10日,中国航天科技集团公司211厂选取激光选区熔化成形技能,完成了国内首个钛合金叶轮的生产制造,并顺利通过试验考核,实现了复杂结构件的快速研制。这一技能的突破,验证了“3D打印”金属结构件在超高速旋转条件下应用的技能可行性,为火箭发动机系统的快速研制提供了新的技能途径。
  2016年6月1日,全球第一架3D打印飞机THOR问世,在柏林舍内费尔德机场的国际航空航天博览会空中客车展台上,THOR博得了全世界的瞩目。迷你飞机Thor在四周各式各样的巨型喷气式飞机当中显得特别矮小――空中客车(Airbus)公司出品的这一微型飞机是全球首架3D打印飞机。去年11月,THOR在德国北部城市汉堡完成了首次试飞。
  没有窗户,重量惟有21kg,长度不到4m,这家名叫THOR的飞机――THOR是“Test of High-tech Objectives in Reality”(现实中高科技指标试验)的缩写――看起来就像一个大型的白色飞机模型。
  ②医学领域
  医学的道具、模型、用品等材料都能够通过3D打印来获得。利用3D打印的技能,可将计算机的影像数据信息变成实体结构,用于医学教学和手术的模拟。传统的医学教学模型制作的方法时间长,且搬运过程也容易损坏,使用3D打印技能,能够有效来削减制作的时间,根据需要随时的来制作,并降低搬运损坏的风险。目前,3D打印医学模型已获得了较好的技能支持,具备一定的打印速度,能使用多种材质进行打印,应用程度高,有着很好的应用前景。
  2016年5月6日,全球首发金属3D打印人体植入物――人工椎体诞生并获CFDA注册核准,标志着在3D打印植入物领域,我国已居世界领先水平,中国制造将造福更多患者。而产品国产化后也将打破国外产品对高端市场的垄断,大幅降低价格,为患者节约大笔医疗支出,对推动整个3D打印家当链的发展具有里程碑式意义。
  ③汽车行业
  2016年6月21日,OFweek3D打印网讯,自动驾驶汽车制造商洛克汽车公司与国际商业机器股份有限公司(IBM)的沃森超级计算机平台合作,成功打造了一款搭载沃森人工智能系统的3D打印自动驾驶小型巴士“奥利”,并且已筹备好加入使用。洛克汽车公司生产的“奥利”可于几小时内在“微型工场”中按具体要求“打印”完成,且最多可载12人。乘客需乘车时能够通过手机应用操作,与使用优步类似。
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