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3D打印技术(英语:3D printing),又称积层制造(Additive Manufacturing,AM),也称三维打印技术,是指通过可以“打印”出真实物体的3D打印机,采用分层加工、迭加成形的方式逐层增加材料来生成3D实体。3D打印技术最突出的优点是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,从而极大地缩短产品的研制周期,提高生产率和降低生产成本。该技术在珠宝、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、枪支以及其他领域都有所应用。

3d打印技术_3D打印技术 -简介


桌面上的3D打印机

3D打印技术又称积层制造(AdditiveManufacturing,AM),属于快速成形技术的一种,它是一种数字模型文件为基础直接制造几乎任意形状三维实体的技术。3D打印运用粉末状金属或塑料等可粘合材料,通过逐层堆叠累积的方式来构造物体,即“层造形法”。3D打印与传统的机械加工技术


3D打印咖啡桌不同,后者通常采用切削或钻孔技术(即减材工艺)实现。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。特别是一些高价值应用(比如髋关节或牙齿,或一些飞机零部件)已经有使用这种技术打印而成的零部件,意味着“3D打印”这项技术的普及。

3D打印通常是采用数字技术材料打印机来实现。这种打印机的产量以及销量在二十一世纪以来就已经得到了极大的增长,其价格也正逐年下降。

该技术在珠宝,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,枪支以及其他领域都有所应用。

3d打印技术_3D打印技术 -历史


3D打印超级跑车长久以来科学家和技术工作者一直有着一个复制技术的设想,但直到20世纪80年代,3D打印的概念才算真正开始实现。1982年,日本名古屋市工业研究所首次公开实现实体模型的印制。但直到2010年代才出现商业的3D打印机。然而,最常被冠以发明“现代”3D打印机的人是查尔斯・W・赫尔(ChuckHull)。自21世纪初,3D打印机销量大增,进而价格也明显下降。根据总部位于美国的全球知名的从事3D打印行业研究的咨询机构WohlersAssociates,Inc统计,2012年3D打印机及其服务市场达到了22亿美元,比2011年增长了29%。2015年增长了46%。

3d打印技术_3D打印技术 -术语

“增材制造”(Additivemanufacturing)用来指通过层层叠加制造实体的技术。制造出的实体可用于从试制(即快速原型)到最终产品的规模化生产(即快速制造)整个生命周期内任何地方。

3d打印技术_3D打印技术 -一般原理

三维设计


3D打印技术

3D打印的设计过程是:先通过计算机辅助设计(CAD)或计算机动画建模软件建模,再将建成的三维模型“分区”成逐层的截面,从而指导打印机逐层打印。

设计软件和打印机之间协作的标准文件格式是STL文件格式。一个STL文件使用三角面来大致模拟物体的表面。三角面越小其生成的表面分辨率越高。PLY是一种通过扫描来产生三维文件的扫描器,其生成的VRML或者WRL文件经常被用作全彩打印的输入文件。

打印过程


Stratasys机器

打印机通过读取文件中的横截面信息,用液体状、粉状或片状的材料将这些截面逐层地打印出来,再将各层截面以各种方式粘合起来从而制造出一个实体。这种技术的特点在于其几乎可以造出任何形状的物品。

打印机打出的截面的厚度(即Z方向)以及平面方


3D打印机器人向即X-Y方向的分辨率是以dpi(像素每英寸)或者微米来计算的。一般的厚度为100微米,即0.1毫米,也有部分打印机如ObjetConnex系列还有3DSystems'ProJet系列可以打印出16微米薄的一层。而平面方向则可以打印出跟激光打印机相近的分辨率。打印出来的“墨水滴”的直径通常为50到100个微米。用传统方法制造出一个模型通常需要数小时到数天,根据模型的尺寸以及复杂程度而定。而用3D打印的技术则可以将时间缩短为数个小时,当然其是由打印机的性能以及模型的尺寸和复杂程度而定的。

传统的制造技术如注塑法可以以较低的成本大量制造聚合物产品,而3D打印技术则可以以更快,更有弹性以及更低成本的办法生产数量相对较少的产品。一个桌面尺寸的3D打印机就可以满足设计者或概念开发小组制造模型的需要。

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表面


3D打印搭建房目前3D打印机的分辨率对大多数应用来说已经足够(在弯曲的表面可能会比较粗糙,像图像上的锯齿一样),要获得更高分辨率的物品可以通过如下方法:先用当前的3D打印机打出稍大一点的物体,再稍微经过表面打磨即可得到表面光滑的“高分辨率”物品。

有些技术可以同时使用多种材料进行打印。有些技术在打印的过程中还会用到支撑物,比如在打印出一些有倒挂状的物体时就需要用到一些易于除去的东西(如可溶的东西)作为支撑物。

3d打印技术_3D打印技术 -技术


首款3D打印车试行在存在着许多不同的技术。它们的不同之处在于以可用的材料的方式,并以不同层构建创建部件。有些技术利用熔化或软化可塑性材料的方法来制造打印的“墨水”,例如:选择性激光烧结(selectivelasersintering,SLS)和熔融沉积式(fuseddepositionmodeling,FDM),还有一些技术是用液体材料作为打印的“墨水”的,例如:立体平板印刷(stereolithography,SLA)、分层实体制造(laminatedobjectmanufacturing,LOM)。每种技术都有各自的优缺点,因而一些公司会提供多种打印机以供选择。一般来说,主要的考虑因素是打印的速度和成本,3D打印机的价格,物体原型的成本,还有材料以及色彩的选择和成本。

可以直接打印金属的打印机价格昂贵。有时候人们会先使用普通的3D打印机来制作模具,然后用这些模具制作金属部件。
累积技术基本材料选择性激光烧结(selective laser sintering,SLS)热塑性塑料、金属粉末、陶瓷粉末直接金属激光烧结(Direct metal laser sintering,DMLS)几乎任何合金熔融沉积式(fused deposition modeling,FDM)热塑性塑料,共晶系统金属、可食用材料立体平版印刷(stereolithography,SLA)光硬化树脂(photopolymer)数字光处理(DLP)液态树脂熔丝制造(Fused Filament Fabrication,FFF)聚乳酸(PLA)、ABS树脂融化压模式(Melted and Extrusion Modeling,MEM)金属线、塑料线分层实体制造(laminated object manufacturing,LOM)纸、金属膜、塑料薄膜电子束熔化成型(Electron beam melting,EBM)钛合金选择性热烧结(Selective heat sintering,SHS)Thermoplastic powder粉末层喷头3D打印(en:Powdger bed and inkjet head 3d printin,PP)石膏

3d打印技术_3D打印技术 -限制因素

材料的限制


3D打印迷幻眼镜模拟药物带来幻觉虽然高端工业印刷可以实现塑料、某些金属或者陶瓷打印,但无法实现打印的材料都是比较昂贵和稀缺的。另外,打印机也还没有达到成熟的水平,无法支持日常生活中所接触到的各种各样的材料。

研究者们在多材料打印上已经取得了一定的进展,但除非这些进展达到成熟并有效,否则材料依然会是3D打印的一大障碍。

机器的限制


法国6岁男孩装3D打印假手3D打印技术在重建物体的几何形状和机能上已经获得了一定的水平,几乎任何静态的形状都可以被打印出来,但是那些运动的物体和它们的清晰度就难以实现了。这个困难对于制造商来说也许是可以解决的,但是3D打印技术想要进入普通家庭,每个人都能随意打印想要的东西,那么机器的限制就必须得到解决才行。

知识产权的忧虑

在过去的几十年里,音乐、电


3D打印探测车影和电视产业中对知识产权的关注变得越来越多。3D打印技术也会涉及到这一问题,因为现实中的很多东西都会得到更加广泛的传播。人们可以随意复制任何东西,并且数量不限。如何制定3D打印的法律法规用来保护知识产权,也是我们面临的问题之一,否则就会出现泛滥的现象。

道德的挑战

道德是底线。什么样的东西会违反道德规律是很难界定的,如果有人打印出生物器官和活体组织,在不久的将来会遇到极大的道德挑战。

花费的承担


煎饼3D打印机3D打印技术需要承担的花费是高昂的。第一台3D打印机的售价为1万5。如果想要普及到大众,降价是必须的,但又会与成本形成冲突。

每一种新技术诞生初期都会面临着这些类似的障碍,但相信找到合理的解决方案3D打印技术的发展将会更加迅速,就如同任何渲染软件一样,不断地更新才能达到最终的完善。

3d打印技术_3D打印技术 -打印机

家用打印机

欧宇航局3D打印的月球基地模型

有一些机构以及公司正在努力开发一般家庭负担得起的3D打印机,其中有许多是相关的。这项工作的推动,并有针对性地DIY/发烧友/早期采用者社区的学术和黑客社区的链接。

RepRap3D打印机是一个在桌面类的运行时间最长的项目。RepRap项目的目的是产生一个自由和开放源码软件(FOSS)的3D打印机,其规格在GNU通用公共许可证下发布的,并可以打印自己的部分(打印件),以创造更多的机器。截至2010年11月,RepRap可以打印塑料件,并要求电机,电子和一些金属支撑棒来完成。打印印刷电路板,以及金属部件的设备正在研究中。一些公司和个人出售部分创建不同的RepRap设计,开始于2012年的价格约

  

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简介 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。同时,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

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