三維打印（快速成形技術(shù)）

三維打印（快速成形技術(shù)）

三維打印 （快速成形技術(shù)） 次瀏覽 | 2022.07.23 15:33:22 更新 來源 ：互聯(lián)網(wǎng) 精選百科 本文由作者推薦 三維打印快速成形技術(shù)

三維印刷即快速成形技術(shù)的一種，它是一種數(shù)字模型文件為基礎(chǔ)，運用粉末狀金屬或塑料等可粘合材料，通過逐層打印的方式來構(gòu)造物體的技術(shù)。過去其常在模具制造、工業(yè)設(shè)計等領(lǐng)域被用于制造模型，現(xiàn)正逐漸用于一些產(chǎn)品的直接制造。特別是一些高價值應(yīng)用（比如髖關(guān)節(jié)或牙齒，或一些飛機零部件）已經(jīng)有使用這種技術(shù)打印而成的零部件。“三維打印”意味著這項技術(shù)的普及。

中文名

三維打印

外文名

Three Dimension Printing

屬于

快速成形技術(shù)

基礎(chǔ)

數(shù)字模型文件

別稱

3DP,TDP

簡介

別稱：

ThreeDimensionPrinting3DP三維打印

Three-DimensionalPrintingTDP快速成型機

三維打印通常是采用數(shù)字技術(shù)材料打印機來實現(xiàn)。這種打印機的產(chǎn)量以及銷量在二十一世紀以來就已經(jīng)得到了極大的增長，其價格也正逐年下降。

該技術(shù)珠寶，鞋類，工業(yè)設(shè)計，建筑，工程和施工（AEC），汽車，航空航天，牙科和醫(yī)療產(chǎn)業(yè)，教育，地理信息系統(tǒng)，土木工程，槍支以及其他領(lǐng)域都有所應(yīng)用。

粉末材料選擇性燒結(jié)

小型快速成型機

3DP工藝是美國麻省理工學院EmanualSachs等人1989年研制的。已被美國的Soligen公司以DSPC（DirectShellProductionCasting）名義商品化，用以制造鑄造用的陶瓷殼體和芯子。

3DP分類：

（1）三維噴涂粘接成型機

（2）噴墨式三位打印

三維噴涂粘接原理：

3DP工藝與SLS工藝類似，采用粉末材料成形，如陶瓷粉末，金屬粉末。所不同的是材料粉末不是通過燒結(jié)連接起來的，而是通過噴頭用粘接劑(如硅膠)將零件的截面“印刷”在材料粉末上面(如圖)。

用粘接劑粘接的零件強度較低，還須后處理。先燒掉粘接劑，然后在高溫下滲入金屬，使零件致密化。提高強度。

三維噴涂粘接特點:

適合成型小件；

工件的表面不夠光潔，需要對整個截面進行掃描粘接，成型時間較長；

采用多個噴頭。

代表公司：ZCorporation

原理三維設(shè)計

三維打印的設(shè)計過程是：先通過計算機輔助設(shè)計（CAD）或計算機動畫建模軟件建模，再將建成的三維模型“分區(qū)”成逐層的截面，從而指導打印機逐層打印。

設(shè)計軟件和打印機之間協(xié)作的標準文件格式是STL文件格式。一個STL文件使用三角面來近似模擬物體的表面。三角面越小其生成的表面分辨率越高。PLY是一種通過掃描產(chǎn)生的三維文件的掃描器，其生成的VRML或者WRL文件經(jīng)常被用作全彩打印的輸入文件。

打印過程

打印機通過讀取文件中的橫截面信息，用液體狀、粉狀或片狀的材料將這些截面逐層地打印出來，再將各層截面以各種方式粘合起來從而制造出一個實體。這種技術(shù)的特點在于其幾乎可以造出任何形狀的物品。

打印機打出的截面的厚度（即Z方向）以及平面方向即X-Y方向的分辨率是以dpi（像素每英寸）或者微米來計算的。一般的厚度為100微米，即0.1毫米，也有部分打印機如ObjetConnex系列還有三維Systems'ProJet系列可以打印出16微米薄的一層。而平面方向則可以打印出跟激光打印機相近的分辨率。打印出來的“墨水滴”的直徑通常為50到100個微米。用傳統(tǒng)方法制造出一個模型通常需要數(shù)小時到數(shù)天，根據(jù)模型的尺寸以及復(fù)雜程度而定。而用三維打印的技術(shù)則可以將時間縮短為數(shù)個小時，當然其是由打印機的性能以及模型的尺寸和復(fù)雜程度而定的。

傳統(tǒng)的制造技術(shù)如注塑法可以以較低的成本大量制造聚合物產(chǎn)品，而三維打印技術(shù)則可以以更快，更有彈性以及更低成本的辦法生產(chǎn)數(shù)量相對較少的產(chǎn)品。一個桌面尺寸的三維打印機就可以滿足設(shè)計者或概念開發(fā)小組制造模型的需要。

完成

三維打印機的分辨率對大多數(shù)應(yīng)用來說已經(jīng)足夠（在彎曲的表面可能會比較粗糙，像圖像上的鋸齒一樣），要獲得更高分辨率的物品可以通過如下方法：先用當前的三維打印機打出稍大一點的物體，再稍微經(jīng)過表面打磨即可得到表面光滑的“高分辨率”物品。

有些技術(shù)可以同時使用多種材料進行打印。有些技術(shù)在打印的過程中還會用到支撐物，比如在打印出一些有倒掛狀的物體時就需要用到一些易于除去的東西（如可溶的東西）作為支撐物。

技術(shù)

許多相互競爭的技術(shù)是可用的。它們的不同之處在于以不同層構(gòu)建創(chuàng)建部件，并且以可用的材料的方式。一些方法利用熔化或軟化可塑性材料的方法來制造打印的“墨水”，例如：混合沉積建模（fuddepositionmodeling，F(xiàn)DM）等，還有一些技術(shù)是用液體材料作為打印的“墨水”的，例如：立體平板印刷（stereolithography，SLA）、分層實體制造（laminatedobjectmanufacturing，LOM）。每種技術(shù)都有各自的優(yōu)缺點，因而一些公司會提供多種打印機以供選擇。一般來說，主要的考慮因素是打印的速度和成本，三維打印機的價格，物體原型的成本，還有材料以及色彩的選擇和成本。

可以直接打印金屬的打印機價格昂貴。有時候人們會先使用普通的三維打印機來制作模具，然后用這些模具制作金屬部件。

操作前期準備

1.先開啟Z-corp前處理軟件將需要打印的S.T.L.檔案輸入

2.操作時必須佩帶手套及口罩

3.檢查廢料瓶及粉末回收箱是否有足夠空間

4.用工具將粉末內(nèi)的空氣帶走

5.用力將粉末擠實

6.啟動掃粉器將粉末鋪平

7.用蒸餾水洗凈噴墨頭制造原型

制造原型

8.按Online將打印機及計算器連接

9.打印機會根據(jù)分層出來的2D圖像進行噴墨打印

后期處理

10.打印完成后將粉末取走將原件小心地取出，并用毛帚將粉末清除

11.將原件放置于清粉器，用風槍將多余的粉末吹走

12.風槍壓力應(yīng)調(diào)較至大概2–3bar大氣壓力

13.將原件放置于抽氣室中進行膠水滲透程

市場潛力

行業(yè)咨詢公司“沃勒斯協(xié)會”提供的數(shù)據(jù)顯示，三維打印技術(shù)的市場銷售額已達17億美元，且有望在2015年前升至37億美元。

作為三維打印技術(shù)的發(fā)明者和領(lǐng)頭羊，“三維系統(tǒng)”公司2012年收益2.3億美元，比前年增長四成多。

公司設(shè)計的一款新型打印機“立方體”（Cube）定于2012年五月上市，其工作原理和“饒舌男”類似，應(yīng)用程序則借鑒蘋果公司產(chǎn)品，更方便顧客操作。

它的自帶程序里已預(yù)先裝載大量物品設(shè)計圖，比如棋子、首飾、廚具等，顧客無須學習復(fù)雜的三維設(shè)計軟件，便可直接打印所需物品。

此外，“立方體”還支持無線網(wǎng)絡(luò)鏈接，顧客能從網(wǎng)站付費下載更多物品設(shè)計圖：一只玩具大象收費4.99美元，一枚戒指10美元，一把剃須刀15美元。

總部設(shè)在紐約的Shapeways公司是“三維系統(tǒng)”的有力競爭對手。這家公司走的市場路線與購物網(wǎng)站“亞馬遜”類似：顧客通過網(wǎng)站上傳自己設(shè)計的產(chǎn)品圖，或訂購現(xiàn)有的設(shè)計圖，公司則按圖打印產(chǎn)品，送貨上門。

在Shapeways的網(wǎng)站上，既有標價760美元的珊瑚造型臺燈，也有只賣幾美元的小飾品，還有一些僅三維打印技術(shù)才能制造出的稀奇玩意兒，例如類似俄羅斯套娃但不能打開的“套球”。

Shapeways公司首席執(zhí)行官彼得·魏馬爾肖森說，他們每個月售出大約10萬件產(chǎn)品，其中最受歡迎的是珠寶首飾、蘋果手機套和玩具火車。

應(yīng)用場景

醫(yī)療行業(yè)。一位83歲的老人由于患有慢性的骨頭感染，因此換上了由3D打印機“打印”出來的下顎骨，這是世界上首位使用3D打印產(chǎn)品做人體骨骼的案例。

科學研究。美國德雷塞爾大學的研究人員通過對化石進行3D掃描，利用3D打印技術(shù)做出了適合研究的3D模型，不但保留了原化石所有的外在特征，同時還做了比例縮減，更適合研究。

產(chǎn)品原型。比如微軟的3D模型打印車間，在產(chǎn)品設(shè)計出來之后，通過3D打印機打印出來模型，能夠讓設(shè)計制造部門更好的改良產(chǎn)品，打造出更出色的產(chǎn)品。

文物保護。博物館里常常會用很多復(fù)雜的替代品來保護原始作品不受環(huán)境或意外事件的傷害，同時復(fù)制品也能將藝術(shù)或文物的影響更多更遠的人。史密森尼博物館就因為原始的托馬斯·杰弗遜要放在弗吉尼亞州展覽，所以博物館用了一個巨大的3D打印替代品放在了原來雕塑的位置。

建筑設(shè)計。在建筑業(yè)里，工程師和設(shè)計師們已經(jīng)接受了用3D打印機打印的建筑模型，這種方法快速、成本低、環(huán)保，同時制作精美。完全合乎設(shè)計者的要求，同時又能節(jié)省大量材料。

制造業(yè)。制造業(yè)也需要很多3D打印產(chǎn)品，因為3D打印無論是在成本、速度和精確度上都要比傳統(tǒng)制造好很多。而3D打印技術(shù)本身非常適合大規(guī)模生產(chǎn)，所以制造業(yè)利用3D技術(shù)能帶來很多好處，甚至連質(zhì)量控制都不再是個問題。

食品產(chǎn)業(yè)。沒錯，就是“打印”食品。研究人員已經(jīng)開始嘗試打印巧克力了。或許在不久的將來，很多看起來一模一樣的食品就是用食品3D打印機“打印”出來的。當然，到那時可能人工制作的食品會貴很多倍。

汽車制造業(yè)。不是說你的車是3D打印機打印出來的（當然或許有一天這也有可能），而是說汽車行業(yè)在進行安全性測試等工作時，會將一些非關(guān)鍵部件用3D打印的產(chǎn)品替代，在追求效率的同時降低成本。

配件、飾品。這是最廣闊的一個市場。在未來不管是你的個性筆筒，還是有你半身浮雕的手機外殼，抑或是你和愛人擁有的世界上獨一無二的戒指，都有可能是通過3D打印機打印出來的。甚至不用等到未來，就可以實現(xiàn)。

案例?3D打印頭蓋骨

2014年8月28日，46歲的周至農(nóng)民胡師傅在自家蓋房子時，從3層樓墜落后砸到一堆木頭上，左腦蓋被撞碎，在當?shù)蒯t(yī)院手術(shù)后，胡師傅雖然性命無損，但左腦蓋凹陷，在別人眼里成了個“半頭人”。

除了面容異于常人，事故還傷了胡師傅的視力和語言功能。醫(yī)生為幫其恢復(fù)形象，采用3D打印技術(shù)輔助設(shè)計缺損顱骨外形，設(shè)計了鈦金屬網(wǎng)重建缺損顱眶骨，制作出缺損的左“腦蓋”，最終實現(xiàn)左右對稱。

醫(yī)生稱手術(shù)約需5至10小時，除了用鈦網(wǎng)支撐起左邊腦蓋外，還需要從腿部取肌肉進行填補。手術(shù)后，胡師傅的容貌將恢復(fù)，至于語言功能還得術(shù)后看恢復(fù)情況。

汽車行業(yè)

2013年上半年，一臺名為URBEE2的小車誕生了。其實它的前身URBEE早在2010年就推出了，只不過當時由于各種問題只停留在了概念階段。URBEE2則是一款真正意義上量產(chǎn)的車型。URBEE2是一款搭載混合動力的三輪車，由車身后置的獨輪驅(qū)動。在城市中行駛時，URBEE2由電力驅(qū)動，內(nèi)置7.6KWH電量，兩個前輪由一對36伏特的電動馬達驅(qū)動，可提供6KW的巡航動力，最高動力12KW。電力驅(qū)動行駛里程可達64公里。當電力不足時，則切換到內(nèi)燃機來驅(qū)動發(fā)電機給電池供電。

參考資料