3D打印是什么?

“在这个瞬息万变的时代,我们必须勇于迈出更大的步伐,抛弃不是面向未来的事物。我们需要利用增材制造等技术的核心价值,用全新的方式来思考和做事,才能产生有深远意义的影响。” Materialise公司的首席执行官兼创始人Fried Vancraen说。

未来的事物,想必机便是其中的一个。

图片来源:OFweek维科网

从现有的3D技术对部分行业的影响来看,未来3D打印将会给整个社会的各行各业带来的巨大影响。

将跨越虚拟世界与实体世界的鸿沟,将想象中的实物变成现实,将现实里的实物变成数字世界里的“0”和“1”。

届时,3D打印技术的快速、可靠等优势会得到充分的体现。

我们来设想未来的一个场景:

无论是现在还是未来,早上起床永远都是一件困难的事情。

你挣扎着坐起来,闭着眼睛把衣服一件件地套到自己的身上,突然你儿子的呼喊声让你清醒了很多。

“我的足球鞋呢?鞋呢?爸你看到了没?”

“我没看到,问你妈看到了没?” 你慵懒的回答道,然后你就走进卫生间开始洗漱。

刚把牙膏涂在牙刷上就听到你儿子又叫你,你无奈的走出卫生间。

经过沟通,你知道了你儿子的足球鞋被你妻子给丢掉了。

于是,你启动家里的3D打印机,让你儿子快速查看集中足球鞋的设计。

很多家公司在网上出售他们的设计,你儿子筛选了很长时间。终于在你的催促下,你儿子选择了一款他想要的设计,还要求在鞋面上添加一个他喜爱的LOGO。

你用3D打印机的扫描件扫描了你儿子的脚部,扫描仪的显示屏上出现了脚部的大小、穿鞋人的偏好等很多参数。

你把扫描结果发给了客服,片刻后你就收到了鞋子的模型,同时你在网上向对方支付了498元。

之后经过一些简单的操作,3D打印机开始打印。其发光的屏幕上,设计参数像电影字幕那样滚动。

新的足球鞋在10分钟后制作完成了,崭新的鞋子让你儿子爱不释手,看着鞋子表面的LOGO,你儿子露出了满意的笑容。

无论是自己上班还是儿子上学,都不会因为这件事情有太多的干扰。

儿子穿着鞋,你跟他说:“我在你这个年龄的时候,如果在互联网上订购东西,仅需要24小时就可以送货上门。”

“哇!”你儿子感叹了一下,“那过去的生活太不容易了!

听了儿子的话,你忽然想到了从前的日子。

是啊,太不容易了,别说买一双鞋了,有的时候因为买个早餐都会迟到,受到老师或者领导的责罚,如果故事能成为现实那该多好啊!

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也许,你觉得这样的故事离我们的生活还是太过遥远,你可能偶尔听过一些关于某个实验室对3D打印的研究资讯,或者了解到某个大型企业使用3D打印制造某种产品。

但其实,随着3D打印技术的不断发展,3D打印机已不再是设计师和科学家的专属机器,它已经逐渐从工厂和实验室里走出来,走进人们生活的方方面面。

现如今的家用3D打印机已经可以实现一些新颖奇特的小物品,比如:儿子的作业本、餐桌上的花瓶、床头灯上的灯罩、书房里精致的书签。

家用3D打印机如开篇故事里描述的那样,在提高人们生活、工作质量的同时,也带来了很多乐趣和喜悦,这是传统制造工艺远不及的一点。

此外,3D打印机在私人定制方面的优势会彻底碾压传统的制造工艺。

如果你的父亲佩戴助听器,3D打印就可以使用光学扫描数据,捕捉你父亲内耳的精确形状,实现定制生产。

如果你想给朋友送一个与众不同的礼物,那3D打印机无疑是最好的选择。为礼品注入科技、古风、浪漫等所有你想要的个性化元素,实现个性化定制。

如果你去朋友家做客,看到朋友家的一个物品非常精致,你非常喜爱,但是朋友告诉你这是限量版而且他也很喜欢这个物品。那么此时你就可以使用3D打印机打印一个出来,然后带回家。既不用朋友忍痛割爱,你也不用为这个物品而惋惜。

与传统的制造相比,除了以上的优势外,3D打印机在各方面都完全胜于传统的制造工艺。

比如,3D打印机采用层层分割、累计成型的方法可以克服产品的复杂性,无论是多么复杂的产品都可以通过3D打印机直接实现。而且还不用拼装,节省了大量的人力和物力,尤其是对大型产品(如汽车)。

但是目前,由于技术发展所限,家用3D打印机的价格非常高,拥有一台家用3D打印机对于很多家庭来说还是一件困难的事情。

不过,随着技术的普及,现在网上已经有很多3D打印机DIY的视频或帖子。

DIY其实就是“Do It Yourself”的英文缩写,翻译成中文意思是自己动手制作。

DIY最初兴起于电脑的拼装,多用于电脑爱好者,后来渐渐地演变成为一种流行生活方式。

3D打印机在DIY方面可以低至几百块钱,是很多爱好者不二的选择。

此外,在这方面也有很多相关的教科书,比如:2017年机械工业出版社出版的《3D打印超简单:不会建模也能玩转》和《3D打印机轻松DIY(第2版)》,前者的作者是柯秉光,后者的作者是张统、宋闯。

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在未来,3D打印必将波及和影响各行各业的工作模式。

如果你是一位中学历史老师,当你带着用3D打印机打印出来的凯旋门或者卢浮宫来讲述法国历史,这堂课一定会令你的学生们印象深刻。

如果你是一位研究员,3D打印机可以帮你实现任何你想要的零部件,在此基础上进行实验,将起到事半功倍的作用。

如果你是一位牙医,你可以利用3D打印机精准的打印出一颗牙齿,与患者的匹配度基本上能高达100%,无论是对患者还是对你自己,这都是极大的优势。

未来,机器必然可以制造机器,而3D打印机便是其中可以制造机器的智能机器。仅凭这一点,3D打印机在未来就会有巨大的潜力,说它是未来事物名副其实。

正如Fried所说:“增材制造带来的影响不仅局限于它可以制造的产品,更是它带来的无限可能。”

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一场突如其来的疫情,虽然使得各行各业纷纷陷入危机,但是,有一个行业却又异军突起,那就是3D打印行业。

据美国空军第388战斗机联队4月7日发布的消息称,自该部队部署地希尔空军基地所在的犹他州暴发新冠肺炎疫情以来,该部队就在尽最大努力做好自我防护工作,而不是依靠外界提供防护物资,因为医疗工作者和急救人员更需要这些防疫物品。虽然这个创意不错,但可惜生产效率实在不高,45小时造只了4个……

那么,3D打印到底是什么呢?为什么制作效率这么低?

疫情期间,利用3D打印技术建造的隔离屋在全国多地投入使用。一家捐赠隔离屋的企业表示,捐助湖北的隔离屋一天能打100个,且去年收到巴基斯坦的订单。

去年收到巴铁3D打印订单 隔离屋捐助湖北第二天即可入住

“这次我们给湖北咸宁中心医院捐了15套3D打印的隔离屋,黄石1套,山东东营2套,日照2套。反映挺好的,我们拉过去他们第2天就用上了,”盈创建筑科技董事长马义和说,“我们有一批巴基斯坦客户,他们去年向我们订购了5000个3D打印售货亭。”

对于3D打印建筑,马义和自信地表示:“我们工厂的员工公寓和办公楼,5、6层楼,几万平米,都是我们自己打的。我们在海外为迪拜政府也打了14个办公室,这个房子也获得了吉尼斯世界纪录。只要用人、用混凝土去造的建筑,像是道路、桥梁、房建,现在都可以用这种办法来实现了。”

3d打印技术,是一种以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。3d打印机则出现在上世纪90年代中期,即一种利用光固化和纸层叠等技术的快速成型装置。它与普通打印机工作原理基本相同,打印机内装有液体或粉末等“印材料”,与电脑连接后,通过电脑控制把“打印材料”一层层叠加起来,最终把计算机上的蓝图变成实物。如今这一技术在多个领域得到应用,人们用它来制造服装、建筑模型、汽车、巧克力甜品等。

3D打印的历史及其发展通过加法工艺进行3D打印的最早记录是1981年的日本发明家小玉英夫(Hideo Kodama)。他发明了一种产品,该产品使用紫外线来硬化聚合物并产生固体物体。这是立体光刻(SLA)的垫脚石。

查尔斯·赫尔(Charles Hull)发明了立体光刻技术,该工艺类似于3D打印,该工艺使用技术来创建较小版本的对象,以便在花费时间和金钱来创建实际产品之前就可以对其进行测试。逐层打印对象,用溶剂冲洗,然后用紫外线硬化。该过程使用计算机辅助设计(CAD)创建3D模型。

选择性激光烧结(SLS)是另一种更高级的3D打印形式。它使用增材制造和粉末聚合物(通常是尼龙)来创建对象。SLS使用激光将粉末逐层熔合在一起,形成比SLA能够形成的形状更复杂的形状。

由Scott Crump开发的熔融沉积建模(FDM)是当今最常见的3D打印形式。它被称为“台式3D打印机”,因为它是该技术最常用的形式。为了形成物体,打印机将热塑性电缆加热成液体形式,然后逐层挤出。

3D打印将会大范围应用

从技术方面来看,熔融沉积成型(FDM)是3D打印发展的核心技术,最初是采用普通的加热棒,通过打印头挤出后固化成型。发展至今,已经出现了多射流熔融、激光烧结熔融技术、EBM电子束熔融等多种先进的熔融技术,使得3D打印可以采用更多的材料。

在3D打印材料方面,从过去只是塑料成型到现在的树脂、石墨、陶瓷、金属以及有机生物材料,新型材料技术的不断突破,进一步扩大了3D打印的应用范围。

随着熔融技术和材料的发展,3D打印扩展到各个领域已经不是问题。目前来说,在离散制造业中,汽车和航空航天行业是3D打印最大应用市场,汽车厂商开始利用3D打印技术制造汽车零部件,它代替了冲压机、注塑机等设备。3D打印可以支持更多的定制化服务,帮助航空制造商实现发动机叶片到座椅的个性化制造。

此外,预计医疗行业未来几年将进一步发展,例如打印生物组织、器官、骨骼等物体,医疗保健提供商预计将增加3D打印的支出,复合年增长率预计为19.5%。除了工业和医疗方向,3D打印还有应用于售后零件、建筑设计方面,3D打印隐藏的巨大空间很快会释放出来。

在3D打印材料方面,从过去只是塑料成型到现在的树脂、石墨、陶瓷、金属以及有机生物材料,新型材料技术的不断突破,进一步扩大了3D打印的应用范围。

随着熔融技术和材料的发展,3D打印扩展到各个领域已经不是问题。目前来说,在离散制造业中,汽车和航空航天行业是3D打印最大应用市场,汽车厂商开始利用3D打印技术制造汽车零部件,它代替了冲压机、注塑机等设备。3D打印可以支持更多的定制化服务,帮助航空制造商实现发动机叶片到座椅的个性化制造。

此外,预计医疗行业未来几年将进一步发展,例如打印生物组织、器官、骨骼等物体,医疗保健提供商预计将增加3D打印的支出,复合年增长率预计为19.5%。除了工业和医疗方向,3D打印还有应用于售后零件、建筑设计方面,3D打印隐藏的巨大空间很快会释放出来。

3d打印技术的魅力在于它不需要在工厂操作,桌面打印机可以打印出小物品,3d打印技术产品而且,人们可以将其放在办公室一角、商店甚至房子里;而自行车车架、汽车方向盘甚至飞机零件等大物品,则需要更大的打印机和更大的放置空间。

关于什么是3d打印技术的问题总结,不过现在3d打印技术还不够成熟,材料特定、造价高昂,打印出来的还都处于模型阶段,也就是说真正用于生活应用的还并不多,但3d打印技术的前景很好,未来将有可能得到普及,进入我们的生活。

传统模具生产时间长,成本高。但是将3D打印技术与传统的模具制造技术相结合,可以大大缩短模具制造的开发周期,提高生产率,这也是解决模具设计与制造薄弱环节的有效途径。

近几年,人们对3D打印技术在医学领域的应用较多。以医学影像数据为基础,利用3D打印技术制作人体器官模型,对外科手术有极大的应用价值。

在不久前,利用3d打印机成功打印出了航天发动机的重要零部件,与传统技术想必3d打印机打印出来的产品让成本缩减30%周期缩短40%,这将是航天领域的新征程。

3D打印技术用于汽车可以在数小时或数天之内制作出概念模型,复杂结构一次成型,满足装配拆卸在传统制造工艺复杂结构件一直是生产技术瓶颈,但是如果使用3D打印技术,这完全不是问题,只要有选料讲究的3D打印就可完美解决问题。

3D打印技术在国内教育的应用法方面应该是普及率最高的,众多院校都在探索3D打印技术与教学,开办3D打印特色课程,激发3D打印技术在教育方面的应用。随着3D打印在教育领域的发展,社会对3D打印的认知程度越来越高,相信在未来,3D打印技术将在教育领域得到广泛应用。

其实,3D打印技术的应用远不止上述5个领域,如果你还有其他看法和观点,欢迎和我们沟通讨论。

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