文档介绍：深度揭秘 神奇的3D打印机
2013年5月
神奇
3D打印的概念早在几十年前就已提出。上世纪70年代,随着3D辅助设计的兴起,设计师能在电脑软件中看到虚拟的三维物体,但要将这些物体用粘土、木头或是金属做成模型却非常不易,可以用费时费力费钱来形容。3D打印的出现,使平面变成立体的过程一下简单了很多,设计师的任何改动都可在几个小时后或一夜之间重新打印出来,而不用花上几周时间等着工厂把新模型制造出来,这样可以大大缩短制作周期、降低制作成本。而随着科技的不断进步,更多材料的产品被打印出来,人们才发现原来还可以这么玩。
《经济学人》杂志曾评价:“伟大发明所能带来的影响,在当时那个年代都是难以预测的,1750年的蒸汽机如此,1450年的印刷术如此,1950年的晶体管也是如此。而今,我们仍然无法预测,3D打印将在漫长的时光里如何改变这个世界。”
3D打印机究竟为何物
3D打印机,即快速成形技术的一种机器,它是一种数字模型文件为基础,运用粉末状金属或塑料等可粘合材料,通过逐层打印的方式来构造物体的技术。过去其常在模具制造、工业设计等领域被用于制造模型,现正逐渐用于一些产品的直接制造,意味着这项技术正在普及。
机器的上半部分是个半透明的罩子,有一排控制按钮,旁边是一台电脑。掀起罩子,左边立着四盒不同颜色的墨水,右边的工作区摆放研磨得很细的石膏粉末。工作时,这些粉末会一层层地被液态连接体也就是特殊胶水粘合,按照不同的横截面图案固化,一层层叠加,感觉像是在做蛋糕那样创建三维实体。
基本原理与现有技术
其实3D打印机原理很简单,每一层的打印过程分为两步,首先在需要成型的区域喷洒一层特殊胶水,胶水液滴本身很小,且不易扩散。然后是喷洒一层均匀的粉末,粉末遇到胶水会迅速固化黏结,而没有胶水的区域仍保持松散状态。这样在一层胶水一层粉末的交替下,实体模型将会被打印成型。完成后,要处理掉物品周围沾满的粉末,这是可以循环利用的,再涂上增强硬度的胶水。
眼下3D打印机有两种类型,一种是堆叠法,一种是烧结。原理基本都是多层分片打印,而堆叠和烧结只是成型技术的区别。堆叠只能成型塑料、硅之类的材质,对固化反应速度有要求,而烧结可以利用激光的高温对金属粉末进行处理加工出金属材质的东西出来,实体可通过打磨、钻孔、电镀等方式进一步加工。所以3D打印机和普通打印机,最大的区别是“墨水”。
现有的3D打印技术能够实现600dpi分辨率,,想完美地展现头发丝还是很困难的,但是做小零件、模型绰绰有余。技术的发展和粉末很有关系,材料越细,每一层就更薄,做出来的东西精度就越高。
3D打印为何能火
新的三个有关3D打印的报道很吓人,一个是打印房子,另一个打印飞机,三是打印***。其实在欧美,注重创造力的发达国家,3D打印技术已经成功商用,尤其是消费电子业、航空业和汽车制造业。它们不光可以离开传统的大规模机床来制造小数量的部件,而且可以用不同方法来制造,比如单个制作喷气式飞机上的空气动力导管,而不再需要很多不同的元件来组装它。
用发展的眼光来看,3D打印首先会影响的是模具行业。即便在国内制造行业不景气的今天,模具行业仍然风景独好,一方面是对技术要求高,另一方面是市场有需求,在产品大规模生产之前,必须要进行多次打样和修改。3D打印机的出现,其实是消灭了模具反复打造的流程,能直接从计算机图形数据中生成任何形状的零件,极大地缩短产品的研制周期,大幅减少成本投入,对于一些复杂而精细的造型,3D打印机表示毫无压力。
3D打印应用广泛
医疗行业
最近,一位83岁的老人由于患有慢性的骨头感染,因此换上了由3D打印机“打印”出来的下颚骨,这是世界上首位使用3D打印产品做人体骨骼的案例。随着技术的发展,甚至可以打印出具有活性的人体组织等。
科学研究
美国德雷塞尔大学的研究人员通过对化石进行3D扫描,利用3D打印技术做出了适合研究的3D模型,不但保留了原化石所有的外在特征,同时还做了比例缩减,更适合研究。
产品模型
比如微软的3D模型打印车间,在产品设计出来之后,通过3D打印机打印出来模型,能够让设计制造部门更好的改良产品,打造出更出色的产品。
建筑设计
在建筑业里,工程师和设计师们已经接受了用3D打印机打印的建筑模型,这种方法快速、成本低、环保,同时制作精美。完全合乎设计者的要求,同时又能节省大量材料。
3D打印应用广泛
制造业
制造业也需要很多3D打印产品,因为3D打印无论是在成本、速度和精确度上都要比传统制造好很多。而3D打印技术本身非常适合大规模生产,所以制造业利用3D技术能带来很多好处,甚至连质量控制都不再是个问题。
食品产业
没错,就是“打印”食品。研究人员已经开始尝试打印巧克力了。或许在不久的将来,很多看起来一模一样的食品就是用食品3D打