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  • 3D打印机


    发布时间:2015-04-15   浏览次数: 1598 次


  •        3D打印机:打印一切

         

           房子、器官、汽车、衣服、机器人……你能想象这些东西都可以打印出来吗?3D打印的概念起源于19世纪末的美国,近几年逐渐大热,中国物联网校企联盟称它为“上上个世纪的思想,上个世纪的技术,这个世纪的市场”。此前,部件设计完全依赖于生产工艺能否实现,而3D打印机的出现,将颠覆这一生产思路,任何复杂形状的设计均可以通过3D打印机来实现。


           发展年表
          

            3D打印思想起源于19世纪末的美国,并在20世纪80年代得以发展和推广。3D打印是科技融合体模型中最新的高“维度”的体现之一,中国物联网校企联盟把它称作“上上个世纪的思想,上个世纪的技术,这个世纪的市场”。
           19世纪末,美国研究出了的照相雕塑和地貌成形技术,随后产生了打印技术的3D打印核心制造思想。
           20世纪80年代以前,三维打印机数量很少,大多集中在“科学怪人”和电子产品爱好者手中。主要用来打印像珠宝、玩具、工具、厨房用品之类的东西。甚至有汽车专家打印出了汽车零部件,然后根据塑料模型去订制真正市面上买到的零部件。
           1979年,美国科学家RF Housholder获得类似“快速成型”技术的专利,但没有被商业化。
           20世纪80年代已有雏形,其学名为“快速成型”。20世纪80年代中期,SLS被在美国得克萨斯州大学奥斯汀分校的卡尔Deckard博士开发出来并获得专利,项目由DARPA赞助的。
           到20世纪80年代后期,美国科学家发明了一种可打印出三维效果的打印机,并已将其成功推向市场,3D打印技术发展成熟并被广泛应用。普通打印机能打印一些报告等平面纸张资料。而这种最新发明的打印机,它不仅使立体物品的造价降低,且激发了人们的想象力。未来3D打印机的应用将会更加广泛。
           1995年,麻省理工创造了“三维打印”一词,当时的毕业生Jim Bredt和Tim Anderson修改了喷墨打印机方案,变为把约束溶剂挤压到粉末床的解决方案,而不是把墨水挤压在纸张上的方案。
           2003年以来三维打印机的销售逐渐扩大,价格也开始下降。


           技术原理
          

           3D打印机又称三维打印机,是一种累积制造技术,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,运用特殊蜡材、粉末状金属或塑料等可粘合材料,通过打印一层层的粘合材料来制造三维的物体。现阶段三维打印机被用来制造产品。逐层打印的方式来构造物体的技术。3D打印机的原理是把数据和原料放进3D打印机中,机器会按照程序把产品一层层造出来。
           3D打印机堆叠薄层的形式有多种多样。3D打印机与传统打印机最大的区别在于它使用的“墨水”是实实在在的原材料,堆叠薄层的形式有多种多样,可用于打印的介质种类多样,从繁多的塑料到金属、陶瓷以及橡胶类物质。有些打印机还能结合不同介质,令打印出来的物体一头坚硬而另 一头柔软。
           1、有些3D打印机使用“喷墨”的方式。即使用打印机喷头将一层极薄的液态塑料物质 喷涂在铸模托盘上,此涂层然后被置于紫外线下进行处理。之后铸模托盘下降极小的距离,以供下一层堆叠上来。
           2、还有的使用一种叫做“熔积成型”的技术,整个流程是在喷头内熔化塑料,然后通过沉积塑料纤维的方式才形成薄层。
      3、还有一些系统使用一种叫做“激光烧结”的技术,以粉末微粒作为打印介质。粉末微粒被喷撒在铸模托盘上形成一层极薄的粉末层,熔铸成指定形状,然后由喷出的液态粘合剂进行固化。
           4、有的则是利用真空中的电子流熔化粉末微粒,当遇到包含孔洞及悬臂这样的复杂结构时,介质中就需要加入凝胶剂或其他物质以提供支撑或用来占据空间。这部分粉末不会被熔铸,最后只需用水或气流冲洗掉支 撑物便可形成孔隙。


           主要特点
          

           3D打印带来了世界性制造业革命,以前是部件设计完全依赖于生产工艺能否实现,而3D打印机的出现,将会颠覆这一生产思路,这使得企业在生产部件的时候不再考虑生产工艺问题,任何复杂形状的设计均可以通过3D打印机来实现。
           3D打印无需机械加工或模具,就能直接从计算机图形数据中生成任何形状的物体, 从而极大地所缩短了产品的生产周期,提高了生产率。尽管仍有待完善,但3D打印技术市场潜力巨大,势必成为未来制造业的众多突破技术之一。
           3D打印使得人们可以在一些电子产品商店购买到这类打印机,工厂也在进行直接销售。科学家们表示,三维打印机的使用范围还很有限,不过在未来的某一天人们一定可以通过3D打印机打印出更实用的物品。
           3D打印技术对美国太空总署的太空探索任务来说至关重要,国际空间站现有的三成以上的备用部件都可由这台3D打印机制造。这台设备将使用聚合物和其他材料,利用挤压增量制造技术逐层制造物品。3D打印实验是美国太空总署未来重点研究项目之一,3D打印零部件和工具将增强太空任务的可靠性和安全性,同时由于不必从地球运输,可降低太空任务成本。


           应用领域

           

           3d打印技术可用于珠宝,鞋类,工业设计,建筑,工程和施工(AEC),汽车,航空航天,牙科和医疗产业,教育,地理信息系统,土木工程,和许多其他领域。常常在模具制造、工业设计等领域被用于制造模型或者用于一些产品的直接制造,意味着这项技术正在普及。通过3D打印机也可以打印出食物,是3D打印机未来的发展方向。


           医疗行业

           骨骼打印

           

           将来外科医生们或许就将可以在手术中现场利用打印设备打印出各种尺寸的骨骼用于临床使用。这种神奇的3D打印机已经被制造出来了,而用于替代真实人体骨骼的打印材料则正在紧锣密鼓地测试之中。

           在实验室测试中,这种骨骼替代打印材料已经被证明可以支持人体骨骼细胞在其中生长,并且其有效性也已经在老鼠和兔子身上得到了验证。未来数年内,打印出的质量更好的骨骼替代品或将帮助外科手术医师进行骨骼损伤的修复,用于牙医诊所,甚至帮助骨质疏松症患者恢复健康。
           3D打印技术迅速兴起,成为炙手可热的新型产业,它可以打印的立体产品种类正迅速增加。为了打印骨骼材料,博斯和她的同事们使用了一台商业销售的ProMetal 3D打印机进行测试。这种3D打印机最初的设计目的是为了打印金属件。它会逐层喷洒塑料胶粒在一层粉末基底之上并逐层成型。每一层的厚度仅相当于人的头发丝宽度的一半。
           这种骨骼支架的主要材料成分是磷酸钙,其中还额外添加了硅和锌以便增强其强度。当它被植入人体内之后可以暂时起到骨骼的支撑作用,并在此过程中帮助正常骨骼细胞生长发育并由此修复之前的损伤,随后这种材料可以在人体内自然溶解。
           科学家们花费4年时间才找出这种材料的合适配方,其中涉及化学,材料学,生物学和工艺科学的诸多学科。



           文物行业

          

           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。

           博物馆里常常会用很多复杂的替代品来保护原始作品不受环境或意外事件的伤害,同时复制品也能将艺术或文物的影响传递给更多更远的人。史密森尼博物馆就因为原始的托马斯·杰弗逊像要放在弗吉尼亚州展览,所以博物馆用了一个巨大的3D打印替代品放在了原来雕塑的位置。



           建筑领域
           

           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。
           兰海牙核安全峰会在2014年3月24日到25日举行,各国国家元首皆出席此次峰会,忙里偷闲各国元首也会参加一些有趣的聚会或活动,如前天晚间习近平主席携夫人彭丽媛女士参加的荷兰国王举行的国宴,与此同时前来与会的美国总统奥巴马先生却在DUS公司的3D打印展览馆,参观全球最大的3D打印建筑物。
           该3D打印展览馆目前正在利用3D打印技术准备打印全球最大的3D打印房屋,该公司使用名为KamerMaker的3D打印机,高达6米可安置在废弃集装箱内。KamerMaker的功能与桌面3D打印机相似,可在连续层次中挤压出热塑料。它还可以用来打印较小物件,比如板凳。