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三維打印(3D printing),即快速成形技術(shù)的一種,它是一種數(shù)字模型文件為基礎(chǔ),運(yùn)用粉末狀金屬或塑料等可粘合材料,通過(guò)逐層打印的方式來(lái)構(gòu)造物體的技術(shù)。過(guò)去其常在模具制造、工業(yè)設(shè)計(jì)等領(lǐng)域被用于制造模型,現(xiàn)正逐漸用于一些產(chǎn)品的直接制造。特別是一些高價(jià)值應(yīng)用(比如髖關(guān)節(jié)或牙齒,或一些飛機(jī)零部件)已經(jīng)有使用這種技術(shù)打印而成的零部件。“三維打印”意味著這項(xiàng)技術(shù)的普及。三維打印通常是采用數(shù)字技術(shù)材料打印機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)。這種打印機(jī)的產(chǎn)量以及銷(xiāo)量在二十一世紀(jì)以來(lái)就已經(jīng)得到了極大的增長(zhǎng),其價(jià)格也正逐年下降。外文名稱(chēng):3D printing
1、3D打印帶來(lái)了世界性制造業(yè)革命,以前是部件設(shè)計(jì)*依賴(lài)于生產(chǎn)工藝能否實(shí)現(xiàn),而3D打印機(jī)的出現(xiàn),將會(huì)顛覆這一生產(chǎn)思路,這使得企業(yè)在生產(chǎn)部件的時(shí)候不再考慮生產(chǎn)工藝問(wèn)題,任何復(fù)雜形狀的設(shè)計(jì)均可以通過(guò)3D打印機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)。
2、3D打印無(wú)需機(jī)械加工或模具,就能直接從計(jì)算機(jī)圖形數(shù)據(jù)中生成任何形狀的物體, 從而極大地所縮短了產(chǎn)品的生產(chǎn)周期,提高了生產(chǎn)率。盡管仍有待完善,但3D打印技術(shù)市場(chǎng)潛力巨大,勢(shì)必成為未來(lái)制造業(yè)的眾多突破技術(shù)之一。
3、3D打印使得人們可以在一些電子產(chǎn)品商店購(gòu)買(mǎi)到這類(lèi)打印機(jī),工廠也在進(jìn)行直接銷(xiāo)售。科學(xué)家們表示,三維打印機(jī)的使用范圍還很有限,不過(guò)在未來(lái)的某一天人們一定可以通過(guò)3D打印機(jī)打印出更實(shí)用的物品。
4、3D打印技術(shù)對(duì)美國(guó)太空總署的太空探索任務(wù)來(lái)說(shuō)至關(guān)重要,國(guó)際空間站現(xiàn)有的三成以上的備用部件都可由這臺(tái)3D打印機(jī)制造。這臺(tái)設(shè)備將使用聚合物和其他材料,利用擠壓增量制造技術(shù)逐層制造物品。3D打印實(shí)驗(yàn)是美國(guó)太空總署未來(lái)重點(diǎn)研究項(xiàng)目之一,3D打印零部件和工具將增強(qiáng)太空任務(wù)的可靠性和安全性,同時(shí)由于不必從地球運(yùn)輸,可降低太空任務(wù)成本。
三維打印通常是采用數(shù)字技術(shù)材料打印機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)的, 3d打印機(jī)打印物使用3D打印機(jī)的流程是:
1、輕點(diǎn)電腦屏幕上的"打印"按鈕,一份數(shù)字文件便被傳送到一臺(tái)噴墨打印機(jī)上,它將一層墨水噴到紙的表面以形成一副二維圖像。
2、而在3D打印時(shí),軟件通過(guò)電腦輔助設(shè)計(jì)技術(shù)(CAD)完成一系列數(shù)字切片,并將這些切片的信息傳送到3D打印機(jī)上,后者會(huì)將連續(xù)的薄型層面堆疊起來(lái),直到一個(gè)固態(tài)物體成型。
先通過(guò)計(jì)算機(jī)建模軟件建模,如果你有現(xiàn)成的模型也可以,比如動(dòng)物模型、人物、 3d打印機(jī)實(shí)際過(guò)程或者微縮建筑等等。
然后通過(guò)SD卡或者USB優(yōu)盤(pán)把它拷貝到3D打印機(jī)中,進(jìn)行打印設(shè)置后,打印機(jī)就可以把它們打印出來(lái),其工作結(jié)構(gòu)分解圖如下。
3D打印機(jī)的工作原理和傳統(tǒng)打印機(jī)基本一樣,都是由控制組件、機(jī)械組件、打印頭、耗材和介質(zhì)等架構(gòu)組成的,打印原理是一樣的。3D打印機(jī)主要是在打印前在電腦上設(shè)計(jì)了一個(gè)完整的三維立體模型,然后再進(jìn)行打印輸出。
3D打印與激光成型技術(shù)一樣,采用了分層加工、疊加成型來(lái)完成3D實(shí)體打印。每一層的打印過(guò)程分為兩步,首先在需要成型的區(qū)域噴灑一層特殊膠水,膠水液滴本身很小,且不易擴(kuò)散。然后是噴灑一層均勻的粉末,粉末遇到膠水會(huì)迅速固化黏結(jié),而沒(méi)有膠水的區(qū)域仍保持松散狀態(tài)。這樣在一層膠水一層粉末的交替下,實(shí)體模型將會(huì)被"打印"成型,打印完畢后只要掃除松散的粉末即可"刨"出模型,而剩余粉末還可循環(huán)利用。
三維打印的設(shè)計(jì)過(guò)程是:先通過(guò)計(jì)算機(jī)建模軟件建模,再將建成的三維模型"分區(qū)"成逐層的截面,即 切片,從而指導(dǎo)打印機(jī)逐層打印。
設(shè)計(jì)軟件和打印機(jī)之間協(xié)作的標(biāo)準(zhǔn)文件格式是STL文件格式。一個(gè)STL文件使用三角面來(lái)近似模擬物體的表面。三角面越小其生成的表面分辨率越高。PLY是一種通過(guò)掃描產(chǎn)生的三維文件的掃描器,其生成的VRML或者WRL文件經(jīng)常被用作全彩打印的輸入文件。
打印機(jī)通過(guò)讀取文件中的橫截面信息,用液體狀、粉狀或片狀的材料將這些截面逐層地打印出來(lái),再將各層截面以各種方式粘合起來(lái)從而制造出一個(gè)實(shí)體。這種技術(shù)的特點(diǎn)在于其幾乎可以造出任何形狀的物品。
打印機(jī)打出的截面的厚度(即Z方向)以及平面方向即X-Y方向的分辨率是以dpi(像素每英寸)或者微米來(lái)計(jì)算的。一般的厚度為100微米,即0.1毫米,也有部分打印機(jī)如Objet Connex 系列還有三維 Systems' ProJet 系列可以打印出16微米薄的一層。而平面方向則可以打印出跟激光打印機(jī)相近的分辨率。打印出來(lái)的"墨水滴"的直徑通常為50到100個(gè)微米。 用傳統(tǒng)方法制造出一個(gè)模型通常需要數(shù)小時(shí)到數(shù)天,根據(jù)模型的尺寸以及復(fù)雜程度而定。而用三維打印的技術(shù)則可以將時(shí)間縮短為數(shù)個(gè)小時(shí),當(dāng)然其是由打印機(jī)的性能以及模型的尺寸和復(fù)雜程度而定的。
傳統(tǒng)的制造技術(shù)如注塑法可以以較低的成本大量制造聚合物產(chǎn)品,而三維打印技術(shù)則可以以更快,更有彈性以及更低成本的辦法生產(chǎn)數(shù)量相對(duì)較少的產(chǎn)品。一個(gè)桌面尺寸的三維打印機(jī)就可以滿足設(shè)計(jì)者或概念開(kāi)發(fā)小組制造模型的需要。
3d打印機(jī)打印成品三維打印機(jī)的分辨率對(duì)大多數(shù)應(yīng)用來(lái)說(shuō)已經(jīng)足夠(在彎曲的表面可能會(huì)比較粗糙,像圖像上的鋸齒一樣),要獲得更高分辨率的物品可以通過(guò)如下方法:先用當(dāng)前的三維打印機(jī)打出稍大一點(diǎn)的物體,再稍微經(jīng)過(guò)表面打磨即可得到表面光滑的"高分辨率"物品。
有些技術(shù)可以同時(shí)使用多種材料進(jìn)行打印。有些技術(shù)在打印的過(guò)程中還會(huì)用到支撐物,比如在打印出一些有倒掛狀的物體時(shí)就需要用到一些易于除去的東西(如可溶的東西)作為支撐物。
3D打印機(jī)又稱(chēng)三維打印機(jī),是一種累積制造技術(shù),即快速成形技術(shù)的一種機(jī)器,它是一種數(shù)字模型文件為基礎(chǔ),運(yùn)用特殊蠟材、粉末狀金屬或塑料等可粘合材料,通過(guò)打印一層層的粘合材料來(lái)制造三維的物體。現(xiàn)階段三維打印機(jī)被用來(lái)制造產(chǎn)品。逐層打印的方式來(lái)構(gòu)造物體的技術(shù)。3D打印機(jī)的原理是把數(shù)據(jù)和原料放進(jìn)3D打印機(jī)中,機(jī)器會(huì)按照程序把產(chǎn)品一層層造出來(lái)。
3D打印機(jī)堆疊薄層的形式有多種多樣。3D打印機(jī)與傳統(tǒng)打印機(jī)大的區(qū)別在于它使用的"墨水"是實(shí)實(shí)在在的原材料,堆疊薄層的形式有多種多樣,可用于打印的介質(zhì)種類(lèi)多樣,從繁多的塑料到金屬、陶瓷以及橡膠類(lèi)物質(zhì)。有些打印機(jī)還能結(jié)合不同介質(zhì),令打印出來(lái)的物體一頭堅(jiān)硬而另 一頭柔軟。
1、有些3D打印機(jī)使用"噴墨"的方式。即使用打印機(jī)噴頭將一層極薄的液態(tài)塑料物質(zhì) 噴涂在鑄模托盤(pán)上,此涂層然后被置于紫外線下進(jìn)行處理。之后鑄模托盤(pán)下降極小的距離,以供下一層堆疊上來(lái)。
2、還有的使用一種叫做"熔積成型"的技術(shù),整個(gè)流程是在噴頭內(nèi)熔化塑料,然后通過(guò)沉積塑料纖維的方式才形成薄層。
3、還有一些系統(tǒng)使用一種叫做"激光燒結(jié)"的技術(shù),以粉末微粒作為打印介質(zhì)。粉末微粒被噴撒在鑄模托盤(pán)上形成一層極薄的粉末層,熔鑄成*形狀,然后由噴出的液態(tài)粘合劑進(jìn)行固化。
4、有的則是利用真空中的電子流熔化粉末微粒,當(dāng)遇到包含孔洞及懸臂這樣的復(fù)雜結(jié)構(gòu)時(shí),介質(zhì)中就需要加入凝膠劑或其他物質(zhì)以提供支撐或用來(lái)占據(jù)空間。這部分粉末不會(huì)被熔鑄,后只需用水或氣流沖洗掉支 撐物便可形成孔隙。
3D打印機(jī)擱置時(shí)
(1)平臺(tái)清理
找一塊不掉毛的絨布,在上面加上一點(diǎn)點(diǎn)外用酒精或者一些丙酮指甲油清洗劑,輕輕的擦拭,就可將平臺(tái)清理干凈了。
(2)噴嘴內(nèi)殘料清理
先預(yù)熱噴頭到220℃左右,然后用鑷子慢慢將里面的廢絲拔出來(lái),或者拆下噴嘴進(jìn)行*清理。
(3)其他清理
將3D打印機(jī)機(jī)箱下面的垃圾收拾干凈,給缺油的部件做好潤(rùn)滑,用干凈的布將電機(jī)、絲桿等組件上面的油污擦拭干凈。
做好以上幾點(diǎn)清理后,將機(jī)器遮蓋好后便可長(zhǎng)期存放。設(shè)備日常使用過(guò)程中,養(yǎng)成良好的保養(yǎng)習(xí)慣可延長(zhǎng)它的使用時(shí)間。
主要技術(shù)
選擇性激光燒結(jié)、直接金屬激光燒結(jié)、熔融沉積成型、立體平版印刷、數(shù)字光處理、熔絲制造、電子束熔化成型、選擇性熱燒結(jié)、粉末層噴頭三維打印等等。
技術(shù)
熔融沉積快速成型(Fused Deposition Modeling,F(xiàn)DM)
光固化成型(Stereolithigraphy Apparatus,SLA)
三維粉末粘接(Three Dimensional Printing and Gluing,3DP)
選擇性激光燒結(jié)(Selecting Laser Sintering,SLS)
參考資料編輯區(qū)域