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3D打印与北京发展情况

发布时间:2019-01-10 01:06:01 文章来源:未来智讯    
    3D打印与北京发展情况作者: 宋慰祖   摘要:3D打印对现代标准打印提出了修正,它在应用数字技能和计算机技能的基础上,倡导个性化的打印,突破传统纸质的打印,使得打印的模型更加真实和立体。本文重点阐释了3D打印系统的兴起,以及具体的方法和工艺,并对北京地区3D打印的发展做出分析。
  关键词:3D 打印 快速成型 北京
  3D打印又称快速原型制造,主要应用于对立体三维设计产品的验证和手板模型制作上,也可制造一些特殊性、个性化、单件精密产品,如:医用人造关节。因为人体差异各不相同,标准化制造的人工关节无法符合每一个人。用3D打印――快速原型制造技能,就可实现个性化制作。
  3D打印――快速原型制造在国际上起源于上个世纪70年代。90年代初变成商品化,并广泛应用于研发设计机构针对设计的效果验证。以其基于数字技能和计算机技能变成的精准性、快速性、真实性而颇受设计机构和生产企业的青睐。3D打印的出现打破了传统制作模型依赖模型工依据图纸制作每个零部件,然后组装验证的复杂、漫长过程。只需将CAD图纸输入3D打印――快速原型制造设备中,其计算机系统就会作出分析、制定加工程序,制作出于原设计精准相符的整机产品样机,可让设计人员对整机设计作全面验证,也可让客户生产企业真实看到、用到设计的产品。1997年起初设计的美国波音777客机的整机设计验证,就选取了3D打印――快速原型制造。首架模型全部由3D打印完成。
  3D打印――快速原型制造设备的诞生与兴起,主要基于计算机技能和信息化的发展与应用。CAD制图使设计图低数字化。三维扫描、计算机分析等,保证了装备间通信的一致性,而3D打印的原理便是将设计师设计的三维立体产品通过计算机程序运算分析,将其无限细分为事务平面结果。数学原理便是微分,而后以堆积原理将不同层级的二维平面效果堆彻起来反推到了三维立体产品。
  那么目前国际上3D打印发展的怎么样呢?都有哪些3D打印技能呢?
  自上世纪70年代3D打印――快速原型制造技能兴起到90年代广泛应用,到今天的向制造的延伸,3D打印基本有六种类型的产品。
  1、熔丝型
  以高分子塑胶材料为基材,通过加热熔溶方式,将塑胶丝熔化,以特制喷头根据计算机分解的事务图分层喷涂逐渐堆积,由于熔化的塑胶需要一定的固化时间,而产品又是各具造型。所以需要再外部增加一种快凝材料作为支撑的辅料。这种设备制作出的产品,受制于热熔塑胶的分层厚度无法无限降低,因此,出来的产品精度偏低,符合于作一般日用工业品手板模型。1994年深圳生产力中心就购置了这样一台产品用于为中小企业和设计公司的公共服务。
  2、激光烧结型
  以无机粉末,可烧结材料为基材的。3D打印――快速原型制造设备,其原理是设备按转化的二维图形逐层铺洒金属粉、陶瓷粉等,通过激光高能高效烧结,堆砌成型。由于该类设备可对金属等实用材料直接制成产品,上市销售,如人工关节。因其可直接实现产品,而备受企业的关注。
  3、洛姆法(光敏树脂)
  该设备的原理是以光敏树脂为原料,成型在保护液中,逐级提升至空气中,而受光照射而固化成型,是各种方法之中,成型精度高,是高精度塑胶模型制作的最优方式。因为液态成形是无级差变化。正符合3D打印的无线细分,二维平面堆积制作要求。
  4、纸材料堆积法
  以纸作为基础材料,根据计算机将三维产品分解后的二维平面图纸要求,铺一层纸使用激光刻刀,雕刻出平面图形,喷一层胶粘附新的一层纸,再按图雕刻。不时地堆积和粘贴,成型一件产品。由于强度低,精度差,一般该方法应用于设计师的原创创意设计的验证之用,不符合做产品。
  5、蜡熔法
  以蜡为基础材料。类似树脂熔溶法。用加热喷头将蜡熔化。均匀按二维图喷洒,堆积成形。该方法的优势可反复使用。但精度略低,设备价格低。一般用于学校的学生实践。同时,能够制作蜡模精铸的蜡胎。
  6、3D彩打
  这是真正从快速原型制造发展而来的。类似二维打印机原理的三维打印法,材料是树脂,胶水是彩色的。使堆积打印出来的三维立体成品。不但是设计原型,而且色彩也与设计效果相一致。但这种设备因费只可作验证模型,且材料便宜,制作大略,精度降低。一般只用于手板验证模型的制作,用于看外观效果,这类设备价格普遍低,在机商能够低至2000――3000元人民币。
  二、北京3D打印的研发与应用情况
  中国快速原型制造――3D打印系体的研讨起步于二十世纪九十年代,基本与国际发展同步,略迟于美国十年。北京在全国发展中始终处于领先地位。上世纪九十年代中期,北京隆源科技公司就起初开发生产以激光烧结为主的快速原型设备,技能是一批从美国留学归来的创业者。该公司的设备曾为积水潭等医院和北汽公司制作了大量产品。同期清华大学机械系,研制开发了纸基、树脂熔溶等方法的快速原型设备。并销售到制造企业,基本变成了3D打印的研发设计、生产制造、经营销售的体系。在国内居于领先地位,对该产品的业态发展方向、规模进行了很好的实践。
  同时,北京在3D打印――快速原型制造装备的应用上在全国也处于领先地位。归纳国内外经验、快速原型设备现阶段主要用于工业设计结果验证和手板模型制作。小量用于单件特殊产品的制造。因此,使用方式主要是建立快速原型中心式3D打印中心,提供集中的公共服务,而不是普遍企业的必购事务母机。而且各自购置只会增加加入,造成闲置,浪费资源。1996年最早使用快速原型制造设备之一的中国香港全港仅有三台。国内的深圳惟有两台,归纳经验,在北京市科委支持下,于1998年北京工业设计促进中心建成了北京第一个快速原型公共服务平台,与清华大学合作,建立了基于纸基的3D打印服务公司。2006年建设北京D&C工业设计创意家当基地时,以该服务平台为基础,在基地内建立了快速原型制造逆向工程中心。作为重要的制成工业设计发展的公共技能服务平台为电子、数码、工艺美术产品的手板制作,产品制造提供了支撑服务。2012年与上拓公司合作,组建了快速原型――3D打印服务联盟。从设备营销、快速原型制造、协调整合园内外3D打印――快速原型制造资源。变成了规模化经营实体,园内外加盟机构达到40余家,服务中心遍地。北京、浙江、江苏十余个城市。年产值达到3000余万元,初步变成了规模化经营。
  未来3D打印的发展方向是:不时集成新技能,新工艺,提高快速原型制作3D制造的材料适用性;打开生产效率;降低成本;保证精度。使其从以制作手板模型,验证设计的实验用装备、发展成为满足个性化,柔性加工生产的事务母机。
  三、北京发展3D打印的方向
  北京作为全国最早开展自主3D打印设备研发设计的城市,具有较多的研发经验和制造能力。无论从人才基础、家当水平、信息数量、辐射能力都是最优秀的。因此,北京最初应积极整合已有的家当资源、研发队伍,发挥首都优势,完善家当链条,打造中国3D打印装备家当基地。
  二是发挥北京的首都集散优势,建立国际化的3D打印设备的交易平台。汇聚全球优秀产品,面向世界最大的应用市场――中国及亚洲周边国家,变成集实体交易平台和B2B电子商务交易平台。进而促进国内3D打印产品的技能与水平提升。
  三是构建3D打印公共服务平台和家当发展平台。“走出去”开展服务外包;“引进来”让国内外3D打印设备生产企业进京落户,变成家当规模。
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