快速成型 揭秘3D打印機(jī)

一句話解密3D打印

    3D打印，在專業(yè)領(lǐng)域,，它又有另一個(gè)名稱“快速成型技術(shù)”,。它出現(xiàn)于20世紀(jì)80年代后期,，是基于材料堆積法的一種高新制造技術(shù)。這個(gè)并不新的技術(shù),，為何在這幾年突然火起來呢,？

    工業(yè)級(jí)設(shè)備走入民間

    太爾時(shí)代科技有限公司的市場(chǎng)部經(jīng)理郭嶠認(rèn)為，這主要得益于國(guó)外數(shù)百萬元級(jí)別的工業(yè)級(jí)3D打印設(shè)備,，在這幾年,，轉(zhuǎn)變?yōu)樽烂婕?jí)的設(shè)備。有些3D打印“神器”售價(jià)在1500美元以內(nèi),，甚至更低,，一時(shí)間受到DIY愛好者追捧，他們充分發(fā)揮自己的才智,，打印出各種極具創(chuàng)意的3D物品,，再加上網(wǎng)絡(luò)的發(fā)達(dá)，所以就在過去的兩年間,，關(guān)于3D打印機(jī),，許多“魔幻現(xiàn)實(shí)主義”般的新聞突現(xiàn)在人們眼前。

    2011年3月,，英國(guó)一名科學(xué)家設(shè)計(jì)出一款自行車,，并用打印機(jī)一次成型地打印出車輪、軸承和車軸,，更重要的是它可以騎,，而且其堅(jiān)固程度與鋼鋁材料不相上下；幾乎與此同時(shí),，美國(guó)康奈爾大學(xué)一位教授帶領(lǐng)他的學(xué)生,，在實(shí)驗(yàn)室里用一臺(tái)打印機(jī)，打印出一塊有草莓醬的巧克力蛋糕,；2011年9月,，世界首輛3D打印機(jī)制造的汽車現(xiàn)身加拿大溫尼伯市……

    另外，還有一個(gè)值得注意的原因,，就是國(guó)際上的影響,。美國(guó)為了實(shí)現(xiàn)“制造業(yè)回流”，2011年6月,，奧巴馬宣布一項(xiàng)新政策,，并向3D打印產(chǎn)業(yè)支出5億美元以提升美國(guó)在制造業(yè)上的領(lǐng)先地位；2013年2月,，奧巴馬在國(guó)情咨文演講中表示,，將建設(shè)一個(gè)包含15個(gè)制造創(chuàng)新中心的全國(guó)性網(wǎng)絡(luò)，希望專注于3D打印和基因圖譜等各種新興技術(shù)。

    原理：類似蠶的吐絲結(jié)繭

    對(duì)于3D打印機(jī)的工作原理,，郭嶠打了一個(gè)形象的比喻：蠶吐出很細(xì)的絲,，一層一層把自己包裹起來，就形成了一個(gè)“立體”的繭,。雖然目前材料和工藝不一樣,，但3D打印的基本原理都是根據(jù)要打印的物體形狀，通過一層層地堆積而成,。比如塑料材質(zhì),，就是將塑料加熱后，形成塑料絲,，然后將塑料絲一層一層地堆起來,，就形成了三維物品；還有一種是用激光照射光敏樹脂或者金屬粉末,，形成固體后堆積起來變成三維物品,。

    不管是哪種材料，都是一層一層往上加材料,，而不是像傳統(tǒng)制作工藝“車,、洗、磨”那樣把原料削去,�,！�3D打印是增加你需要的部分，傳統(tǒng)制作工藝是減掉你不需要的部分,，這是兩種不同的方法論,。”

    在北京3D照相館隔壁的北京上拓科技有限公司,，記者也看到了各種不同打印工藝的機(jī)器,，該公司市場(chǎng)營(yíng)銷總監(jiān)邵先生介紹道，由于具體堆疊的形式有多種多樣,，因此產(chǎn)生了多種3D打印工藝,，每種工藝能夠打印的材料類型也不相同，如常見的有SLA（激光固化光敏樹脂成型）,、FDM（熔融擠壓堆積成型）,、3DP(三維噴涂黏結(jié)成型)、SLS（選擇性激光燒結(jié)成型）,、Ployjet（噴墨成型）等，“而這五種主流的3D打印工藝我們這里都有,�,！�

    另外，目前3D打印機(jī)可打印的材料主要有石膏、尼龍,、ABS塑料,、PC、樹脂,、金屬,、陶瓷等，這些原材料都是專門針對(duì)3D打印而研發(fā)的新材料,，并不是普通意義的石膏,、塑料、樹脂,，而原材料的形態(tài)一般有粉末狀,、絲狀、液體狀等,。

    3Done.cn的站長(zhǎng)小彥指出,，不同的技術(shù)有著不同的優(yōu)勢(shì)，同樣適合于不同的領(lǐng)域,。FDM系統(tǒng)構(gòu)造原理和操作簡(jiǎn)單,，因此也是目前民用市場(chǎng)常用的一種3D成型技術(shù)；SLA所用的原料是光敏樹脂,，這種原料遇光就凝固,，特點(diǎn)就是成型速度快，精度非常高,，做出來的東西表面很光滑,，但是這種設(shè)備對(duì)操作要求非常苛刻,，不適合家用,；SLS所用的原料金屬粉末和陶瓷粉末，屬于比較高端的技術(shù),，除了本身的設(shè)備成本,，還需要很多輔助保護(hù)工藝，制造和維護(hù)成本非常高,，一般適合大型制造業(yè),。

    北京3D照相館里打印彩色立體模型，則采用的是3DP技術(shù),，它是在色彩外觀方面,，打印產(chǎn)品最接近成品的3D打印技術(shù)，而3D照相館使用的也是3DP技術(shù)的典型設(shè)備：3DS旗下的ZPrinter 650,，最大可以輸出39萬色,，色彩方面非常豐富,。

    打印帶球的哨子只需40分鐘

    郭嶠認(rèn)為，3D打印最主要的應(yīng)用就是快速把產(chǎn)品推向市場(chǎng),。傳統(tǒng)制作方式下,，拿到設(shè)計(jì)后，要先建模具,，再做實(shí)體,，周期都是以天計(jì)算，而且還不包括模具建錯(cuò)了或者不適合客戶要求等狀況,。而3D打印,，不管模型多復(fù)雜，它所花的時(shí)間,，是以小時(shí)計(jì)算的,，比傳統(tǒng)的方式還是快得多。設(shè)計(jì)的產(chǎn)品打印出來后,，還能快速驗(yàn)證外觀,、功能，這樣就能縮短產(chǎn)品研發(fā)周期,。

    利威爾（香港）有限公司（句容利威爾電器有限公司）的魏宏輝認(rèn)為,，3D打印機(jī)還可以實(shí)現(xiàn)常規(guī)工藝實(shí)現(xiàn)不了的一些結(jié)構(gòu)零件�,！爸灰�三維設(shè)計(jì)軟件能設(shè)計(jì)出來的,，打印機(jī)都可以打印出來，根本不需要進(jìn)行常規(guī)制造工藝的考慮”,。比如傳統(tǒng)工藝中的實(shí)心部分無法做成空心,，但是3D打印機(jī)就可以通過設(shè)置，將里面做成空心,，直接打印出來,，還能節(jié)省很多材料。

    他用自己的設(shè)備驗(yàn)證了這個(gè)優(yōu)勢(shì)：他用3D打印機(jī)打印過一個(gè)帶球的哨子,，按照常規(guī)的工藝,，哨子應(yīng)該分為幾步，先做外殼,，再把球放進(jìn)去,，然后把外殼合起來，最后封起來,。哨子要想做得好看,，吹得響亮，不僅要花上數(shù)天的工夫,，還要有很好的手工活才行,，而通過3D打印機(jī),，只花了40分鐘左右，就做成一個(gè)哨子,，更重要的是，哨子里面的球還在,。

    對(duì)于3D打印機(jī)的工作效率,，上拓科技的邵先生認(rèn)為，在沒有3D數(shù)據(jù)之前無法準(zhǔn)確界定所需要的時(shí)間,，3D打印的時(shí)間取決于3D數(shù)據(jù)的體積和所選擇的打印工藝,。同樣一個(gè)10厘米高的物件，如果是空心的,，那么會(huì)比實(shí)心的更快完成打印,，如果選擇3DP工藝，會(huì)比使用FDM工藝更快完成打印制作,�,！暗�毫無疑問，在小批量生產(chǎn)上,，它肯定比傳統(tǒng)工藝制造速度要快得多,。”上圖的花瓶,，打印出來僅花了6個(gè)小時(shí),。

    主要用于批量生產(chǎn)之前

    由于各種原因，目前,，3D打印技術(shù)在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用主要還是在產(chǎn)品研發(fā)過程中的設(shè)計(jì)驗(yàn)證,，與傳統(tǒng)工藝相結(jié)合是當(dāng)前最多的形式。如在進(jìn)行批量生產(chǎn)之前,，設(shè)計(jì)出產(chǎn)品,，通過3D打印，打印出樣品,，進(jìn)行評(píng)估,，及時(shí)發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)中存在的問題，并對(duì)設(shè)計(jì)的樣品進(jìn)行功能測(cè)試等,，甚至還包括用3D打印技術(shù)進(jìn)行模具制造,，如打印出真空鑄造件和熔模鑄造件的母模、注塑模等,。

    這似乎與那些能夠打印飛機(jī)零件,、巧克力甚至打印汽車的3D打印技術(shù)有著較大的區(qū)別。魏宏輝認(rèn)為,，這源于3D打印機(jī)自身的局限性,，“目前的3D打印機(jī),，精度直接達(dá)到模具成型出來的那種程度，打印機(jī)的價(jià)格都非常昂貴,。民用級(jí)的價(jià)格低,，但是精度不夠。另外,，不同的材質(zhì)需要不同的3D打印機(jī),，也就是說，暫時(shí)沒有一種打印機(jī)能通吃所有材料,�,！�

    但是，這些都沒有阻止他們對(duì)于3D打印技術(shù)的憧憬和向往,，正如邵先生所說,，“我相信隨著3D打印技術(shù)的發(fā)展，將會(huì)有越來越多的新工藝,、新材料,、新裝備的出現(xiàn)，3D打印也將能更好地滿足用戶的所有個(gè)性定制需求,，而在工業(yè)領(lǐng)域則更好地實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)到產(chǎn)品的直接制造,。”而一旦到了那個(gè)時(shí)候,，魏宏輝說“宅男也可以在家開工廠”,；郭嶠說，如果車?yán)锏囊粋�(gè)零件壞了,，廠家就會(huì)把這個(gè)零件的3D數(shù)據(jù)發(fā)給離你最近的打印點(diǎn),，直接打印出零件來安裝上。