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第三次工业革命与当代中国:3D打印重组世界

2013-11-08 00:02
seele_jin
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  3D打印(3D Printing)技术,又称“添加制造”(Additive Manufacturing)技术。根据美国材料与试验协会(ASTM)2009年成立的添加制造技术子委员会F42公布的定义,“添加制造”技术是“一种与传统的材料去除加工方法相反的,基于三维数字模型的,通常采用逐层制造方式将材料结合起来的工艺,同义词包括添加成型、添加工艺、添加技术、添加分层制造、分层制造,以及无模成型”。不过,为与现下流行的“3D”概念相契合,人们又为该技术起了一个更通俗的名字——“3D打印”,其内容涵盖了产品生命周期前端的“快速原型”(Rapid Prototyping)、全生产周期的“快速制造”(Rapid Manufacturing),以及其他所有添加工艺、技术、系统类别和应用。“3D打印”和“添加制造”这两种称谓,均表示同一概念。自1984年Charles Hull制作出第一台3D打印机以来,3D打印技术历经了近30年的发展,正逐步成为最有生命力的先进制造技术之一,其主要特点有:

  第一,设计制造一体化。由三维模型直接驱动,在一定程度上实现了设计、制造的一体化,这是三维打印技术的一个最显著特点。

  第二,高度柔性。添加制造技术不受零件的形状和结构的任何约束,使复杂模型的直接制造成为可能。

  第三,缩短新产品的研制周期,降低研发成本。三维打印技术可以自动、直接、快速、精确地将设计思想转换成真实的产品模型,从而可以对正处于设计阶段的产品做出快速评价、修改及功能试验,这样既有效地缩短了产品的研发周期,又降低了经济损耗。

  3D打印原理:

  所谓3D打印,即快速成型技术的一种,它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黏合材料,通过逐层打印的方式来构造物体的技术。3D打印通常是采用数字技术材料打印机来实现的。这一成型过程不再需要传统的刀具、夹具和机床就可以打造出任意形状。它可以自动、快速、直接和精确地将计算机中的设计转化为模型。

  3D打印机采用分层加工,迭加成型方式来“造型”,会将设计品分为若干薄层,每次用原材料生成一个薄层,再通过逐层叠加获得3D实体。这一点它与喷墨打印机工作方法十分类似,3D打印是一层一层地印,而喷墨打印机是一条直线一条直线地喷,通过若干直线的叠加形成图像。它通过对计算机中三维软件的识别,进行STL(三角网格格式)转换,再结合切层软件确定摆放方位和切层路径,并进行切层工作和相关支撑材料的构造。

  最后使用喷头将固态的线型成型材料加热成半熔融状态之后挤出来,和支撑材料自下而上,一次一层的构铸成最终实体。简单地说,可以理解为软件把物体分成若干个横截面,而三维打印机将这些横截面一次一层的沉淀、堆积,最终形成我们所需的实体。

  3D打印简史:

  1986年,Charles Hull开发了第一台商业3D印刷机。

  1993年,麻省理工学院获3D印刷技术专利。

  1995年,美国ZCorp公司从麻省理工学院获得唯一授权并开始开发3D打印机。

  2005年,市场上首个高清晰彩色3D打印机Spectrum Z510由ZCorp公司研制成功。

  2010年11月,世界上第一辆由3D打印机打印而成的汽车Urbee问世。

  2011年6月6日,发布了全球第一款3D打印的比基尼。

  2011年7月,英国研究人员开发出世界上第一台3D巧克力打印机。

  2011年8月,南安普敦大学工程师开发出世界上第一架3D打印的飞机。

  2012年11月,苏格兰科学家利用人体细胞首次用3D打印机打印出人造肝脏组织。

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