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全角度分析:3D打印九大应用领域及发展前景

2014-10-10 08:44
小鱼时代
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   近几年“3D打印”成了超前科技的代言词,火遍全球。其实3D打印并不能算是一项新技术,它早在20世纪80年代便已产生,只是因为成本巨大,在最近几年才进军艺术界和工业界,用以制造假肢、汽车零部件、家具和珠宝等。

  工作原理

  3D打印是添加剂制造技术的一种形式,在添加剂制造技术中三维对象是通过连续的物理层创建出来的。3D打印机相对于其他的添加剂制造技术而言,具有速度快,价格便宜,高易用性等优点。3D打印机就是可以“打印”出真实3D物体的一种设备,功能上与激光成型技术一样,采用分层加工、迭加成形,即通过逐层增加材料来生成3D实体,与传统的去除材料加工技术完全不同。称之为“打印机”是参照了其技术原理,因为分层加工的过程与喷墨打印十分相似。

  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,打印完毕后只要扫除松散的粉末即可“刨”出模型,而剩余粉末还可循环利用。

  打印耗材由传统的墨水、纸张转变为胶水、粉末,当然胶水和粉末都是经过处理的特殊材料,不仅对固化反应速度有要求,对于模型强度以及“打印”分辨率都有直接影响。目前的3D打印技术能够实现600dpi分辨率,每层厚度只有0.01毫米,即使模型表面有文字或图片也能够清晰打印。当然受到喷打印原理的限制,打印速度势必不会很快,目前较先进的产品可以实现每小时25毫米高度的垂直速率,相比早期产品有10倍提升,而且可以利用有色胶水实现彩色打印,色彩深度高达24位。

  由于打印精度高,打印出的模型品质自然不错。除了可以表现出外形曲线上的设计,结构以及运动部件也不在话下。如果用来打印机械装配图,齿轮、轴承、拉杆等都可以正常活动,而腔体、沟槽等形态特征位置准确,甚至可以满足装配要求,打印出的实体还可通过打磨、钻孔、电镀等方式进一步加工。同时粉末材料不限于砂型材料,还有弹性伸缩、高性能复合、熔模铸造等其它材料可供选择。

  发展现状

  3D打印,过去在科研、教学或者制造领域被称为“快速成型技术”。3D打印”这个更为形象的叫法快速被大众接受和普及。随着材料科学的快速发展,快速成型技术正在各个领域均有极大延伸,比如打印建筑物、打印汽车、打印人体器官、打印骨骼,而且我们还可以用3D打印机打印自己设计的衣服。我们首先用扫描仪对自己的身体进行一下扫描,这样就能得到我们身材的尺寸,然后通过CAD对扫描数据进行加工和修改,这样我们就可以自己打印出衣服和裤子。

  目前美国的3D打印技术较为领先,应用范围更广。而在国内中国的3D打印正在快速发展,从工业和制造业应用开始朝个人和小型化方向发展。9月25日,由中国电子信息产业发展研究院、中国医疗器械行业协会、渭南市人民政府联合主办的“3D打印与生物医疗器械产业化推进会”披露,《国家增材制造产业发展推进计划 (2014~2016年)》(征求意见稿)目前已制订完成,有望年内正式出台。

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