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3D打印技能以及应用趋势

发布时间:2019-01-10 01:06:01 文章来源:未来智讯    
    3D打印技能以及应用趋势作者: 刘金畅   摘要:在近来的一段时间内,3D打印技能在诸多个领域当中,例如工业产品制造,尤其是数字产品模型制造方面的应用已经越来越受到人们的关注和喜爱。3D打印技能实际上便是一种以数字的样子从三维立体的实物高速构造物理对象的相当流行的制造技能。该技能在医疗行业、骨骼制造、文物制造、工业制造、汽车零件制造、航空航天以及国防、教育、地理信息系统等领域都有着较为广泛的应用。众多研讨者认为这项技能将引领制造业发展的新趋势,甚至被誉为 2012 年 10 大发明之一。随着 3D 打印技能的高速发展,3D打印技能已经慢慢地和各个领域有着越来越多的交叉,成为各个领域未来发展的强有力助推器。桌面级的3D打印设备已经起初快速发展,慢慢的变得成熟且加以应用,全球工业分析公司(Global Industry Analysis Inc)的研讨汇报预测2018年全球3D打印市场将达到29.9亿美元。
  关键词:3D打印;教育应用;模式构建
  中图分类号:TP37 文献标识码:A 文章编号:1009-3044(2014)34-8315-02
  3D打印技能发展了短短数年,在国内外已经取得了长足的发展,只是在3D打印教学当中却和其发展势头不匹配。该文在研讨3D打印技能原理的基础上,详细的明白了3D打印技能对于教育的意义,同时构建了基于3D打印技能的教学应用模式,争取为更深层次明白3D打印技能在教学中的应用给出具有较高价值的参考。到目前为止,3D打印技能已经被认为是即将到来的第三次工业革命的推动性技能之一,已经得到了全球多家研讨机构和知名公司的认可。该文详细介绍了 3D打印技能的诸多优势,例如数字制造、降维制造、堆积制造、直接制造和快速制造等优点,随后具体提出了光固化成形、材料喷射、粘结剂喷射、熔融沉积制造、选择性激光烧结、片层压和定向能量沉积这七类 3D打印工艺。对这七类3D打印技能的世界商业化情形以及应用的领域进行了详细的介绍,随后根据目前的3D打印技能的现状对其的发展的明天做了详细的展望。最终得出的结论:3D打印技能是一项革命性的新技能,可能会引发第三次工业革命,其必将深刻的改变传统行业,我们有理由相信,短期内必将促进行业更好的走高科技发展之路。
  1 3D打印技能与3D打印机
  3D打印技能和我们熟知的3D印刷虽然看着只差一个字,给人的感觉仿佛差不多,但实质上却差之千里。3D印刷仅仅是将一章图片划分为角度相异的红、蓝两张图片,随之把上述的两张图片根据特定的视差距离套印在一同,然后采取带有滤光效果的眼镜来看出3D的视觉效果,也能够把图片按照一定的方式处理之后,不经过加工印刷在与传统认识不同的光栅板的上面,采取这样的方式就能够有3D视觉效果的一种特殊的印刷手段。相比而言,3D打印技能则是指选择三维喷墨打印的技能,利用分层加工和叠加成形彼此融合的思绪,每一层都进行打印来强化材料来得到3D的实体,它的事务原理可以分成两个大类:
  1.1 基于三维打印技能的3D打印机
  选取先进的三维打印技能的3D打印机最初会从储备原料的地方向外部提供一小局部的原材料粉末,这局部原材料在加工的时候被加工成相当薄的一层,随后打印头会在需要加工的指标的局部推送一种不常见的黏合药品。在这个时候,上述的原材料粉末遇到黏合剂会发生急速集合并牢固地站在一同,相比之下未能遇到黏合剂的粉末就会跟之前的粉末状态一致。上述的加工工序在每一层循环,每一层的加工完毕后,加工平台就会自动降落一点,加工的时间和精度以及形状是由切片完全确定的,直到打印出真实的物体。在整个工序都完成之后仅仅需要清除残留的外层粉末就能够轻易得到之前想要得到的立体的物体。
  1.2 基于熔融沉积制造技能的3D打印机
  基于熔融沉积制造技能的3D打印机的事务原理是先在3D打印机的抑制软件中导入由CAD生成的实物数据,经处理生成支撑材料和热喷头的运动路径。下一步便是热喷头会在电脑的精确抑制下按照三维物体的截面轮廓的参数在平面上做事先规划好的特殊的运动,同时热塑性丝状材料由供丝机构送至热喷头,并在喷头中加热和熔化成半液态后挤压出,并喷涂在相应的事务平台上。喷涂热塑性材料快速冷却后在平台上变成一层厚度约0.1 mm的轮廓薄片,变成了一个3D打印截面。将这个作业过程不时循环,承载事务台高度随之不时降低,利用这样的办法来得到需要的物体。
  2 3D打印技能的应用需求
  和我们熟知的机械加工技能有着很大的差别,3D打印技能的精髓是一层层的类似于打印一张张纸最终叠加而成的三维物体, 每一层的增加原料来得到三维物体的高新技能,又被全球多位专家叫做高速成型技能,也叫做增材制造技能(AM, Additive Manufacturing)。3D打印技能能够在级大地强化制作效率以及设备精密的程度,且在欧美等发达国家已经得到了更好的发展, 3D打印技能已经初步变成了规模,能够打印的材料种类相当丰富,以生物细胞为材料甚至都可打印出人体的各种形状的器官,或者用钢铁镍钛等金属也能够打印飞机零件等; 以沙子为材料可打印建筑;以玻璃为材料可打印玻璃制品;以金属为材料可打印机械零件等。到如今为止, 3D打印技能已经为国内外诸多的领域做出了突出的贡献,为技能创新提供了良好的平台。
  到如今为止3D打印技能已经可以成功地打印很多类型的材料,已经可以逐渐地应用到全球各行各业当中,能够说应用3D打印的领域数不胜数。若仅仅考虑到客户得应用目的,需要使用的材料也不尽相同。3D打印机以其优异的特性,在市场上有着不可替代的位置,且该技能开发时间不长,能够有很大的潜力等待全球的科研技能事务者们进行开发。
  2.1 工业应用
  著名的“空气单车”是位于美丽的布里斯托尔的著名公司选择的3D打印机,利用3D打印技能制造出了全球首辆打印自行车。这辆特殊的自行车使用的材料其硬度和韧性都能够跟普通自行车的材料相媲美,然而它却是一种特殊的尼龙材料,密度要远远小于金属材料。更有趣的是,“空气单车”无论是车轮、链条还是轴承都是一次打印出来的,无需原来先制造零件再将零件组装在一同的总装流程,打印结束后,自行车就可以活动自如。这台自行车的制造工艺就跟日常打印书本一样容易,同时,3D打印机以其优异的自身优势,能够打印出空间不相连的三维立体的物体。   2.2 3D打印技能在教育中的作用
  3D打印技能发展到如今,已经取得了令人瞩目的进步,在众多的领域内都取得了辉煌的成绩。对于教育行业,它的价值就在于它能够得到对事物更直观更理性的研讨机会,而偏偏是这种机会在从前能够说是一个不可能完成的任务。对于 3D 打印技能能够轻易地打印三维立体的物体这种神奇的特性来说,对其的研讨为学习活动的开展提供了新的可能。下面分辨从教师和学习者视角分析 3D 打印技能在教育的角色中扮演助推器角色。教师在教学过程中利用 3D 打印制作的教学用具,能够扩展学习者的感觉和知觉增强触觉体验,补救常态课堂直接经验不足的劣势。同时,教师也将隐性知识和认知结构显性化,使学习资料由抽象化转形成为具体化,具体化转形成为形象化,视觉复杂化转形成为认知大略化。这一就可以强化学生的思绪使之更加清晰,强化学生的逻辑思想以及理解能力,从而从根本上实现了教师教学改革,也使得学生的学习效率成倍提升。
  2.3 医学应用
  对于医学方面,选择3D打印技能将双光子聚合物以及生物功能材料组合生成的成毛细血管,在有着极佳的的弹性以及人体相容性意外,也能够在替换坏死的血管方面有着对照大的应用潜力。3D打印也能够和人造器官相联合,能够在药物研发中削减动物的必要死亡,对生态环境也有着巨大的积极作用。
  2.4 日常生活应用
  “3D食物打印机”是由美国纽约康奈尔大学开发的专门用于制造食物的设备。这部“3D食物打印机”选择了一种事务模式,这种模式与我们平凡打印机的事务原理有异曲同工之妙,将原材料和配料放入容器内(与打印机的墨盒相似)中,一旦选择了所需的食谱,利用其自带的的CAD软件就能够将美食“3D打印”出来。从这个方面来说,这种革命性的烹饪方式代表着他们可以创作之前从来不曾想象的菜,菜品的数量也将爆炸式增长。使用“3D食物打印机”来打印食物,可以最大程度地削减从原材料一直到成品之间的步骤,从而降低了一系列的成本。
  3 3D打印技能的发展趋势
  随着3D打印技能从无到有从弱到强,其做大做强之后成本的快速降落已经导致了3D打印技能已经真正的走进了市场,蓬勃发展,速度惊人,已经成为全社会共同关心的全新领域。应用3D打印技能打印的模型、医疗骨骼甚至是装潢用品等的应用,都在相当大的范围内上唤起了社会的关注。
  在我国首个研发3D打印的学者是华中科技大学快速制造中心主任史玉升预计,在他的眼中,在即将到来的10年内,只需要在电脑上点击打印,先进的3D打印机就能一步步地制造出我们需要的模型。目前局部铸造企业已经着手开发选择性激光烧结3D打印机的事情,希望把复杂铸件的生产周期缩短两个半月,效率提高89%。图1为3D打印出的装潢品。
  社会每天都在发展, 3D打印技能多年来持续有新的突破,其制造的速度越来越快、尺寸在也越来越大,质量也越来越好。在过去,一个零件往往需要几百甚至上千个图纸来对其描述,而应用了3D打印技能,一张图就能够精确描述一个零件。因此,3D打印技能,能够从根本上改变制造业的发展和设计人员的思想。
  4 结论
  3D打印技能是一种新兴的高科技技能, 由其独特的运作模式和巨大的作用,教育领域将是未来 3D 打印技能的下一个的重要市场。该文通过分析3D打印原理和3D打印技能在教育中的作用构建了基于3D 打印技能的教学应用模式,这样能够为后续实际应用和深入的研讨打下良好的铺垫。只管 3D 打印技能在教育领域具有辽阔的发展前景,然而目前其在教育机构的推广和普及仍面临着巨大挑战。例如:3D 打印机仍然不是一个经济的选择,可制作原材料稀少,制作成本居高不下等。这也将成为全球学者们未来的重点研讨的课题和方向。我们有理由相信,3D打印技能一定会淘汰传统生产线,生产效率高出几十倍,与此同时所需原材料用量只占传统所需的几分之一。
  参考文献:
  [1] 杰里米・里夫金.第三次工业革命[M].张体伟,孙豫宁,译.北京: 中信出版社,2012.
  [2] 刘燕华,王文涛.第三次工业革命与可持续发展[J].中国人口资源与环境,2013,23(4):3-7.
  [3] 王忠宏,李扬帆,张曼茵.中国3D打印家当的现状及发展思绪[J].经济纵横,2013(1):91-93.
  [4] 李小丽,马剑雄,李萍,等.3D打印技能及应用趋势[J].自动化仪表,2014(1):32-34.
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