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什麼是3D列印技術

   3D列印技術原指增材製造(Additive Manufacturing)技術中的一種,現在普遍被用來描述增材製造行業。早在20世紀80年代中期,3D列印技術就已經出現,現今走過近30個年頭。在較長的發展歷程中,3D列印由於技術、經濟等因素的限制,沒有對現有生產模式產生質的改變,而進入2012年之後,隨著美國一系列製造業振興計畫的宣佈,3D列印作為其中製造業振興的新技術而備受關注,由一個冷門的名詞變得家喻戶曉,資本市場也對相關公司看好,推動其股價大漲。

 

什麼是3D列印技術?

  3D列印技術,是以電腦三維設計模型為藍本,通過軟體分層離散和數控成型系統,利用雷射光束、熱熔噴嘴等方式將金屬粉末、陶瓷粉末、塑膠、細胞組織等特殊材料進行逐層堆積黏結,最終疊加成型,製造出實體產品。與傳統製造業通過模具、車銑等機械加工方式對原材料進行定型、切削以最終生產成品不同,3D列印將三維實體變為若干個二維平面,通過對材料處理並逐層疊加進行生產,大大降低了製造的複雜度。這種數位化製造模式不需要複雜的工藝、不需要龐大的機床、不需要眾多的人力,直接從電腦圖形資料中便可生成任何形狀的零件,使生產製造得以向更廣的生產人群範圍延伸。

  我們日常生活中使用的普通印表機可以列印電腦設計的平面物品,而所謂的3D印表機與普通列印機工作原理基本相同,只是列印材料有些不同,普通印表機的列印材料是墨水和紙張,而3D印表機內裝有金屬、陶瓷、塑膠、砂等不同的“列印材料”,是實實在在的原材料,印表機與電腦連接後,通過電腦控制可以把“列印材料”一層層疊加起來,最終把電腦上的藍圖變成實物。通俗地說,3D印表機是可以“列印”出真實的3D物體的一種設備,比如列印一個機器人、列印玩具車,列印各種模型,甚至是食物等等。之所以通俗地稱其為“印表機”是參照了普通印表機的技術原理,因為分層加工的過程與噴墨列印十分相似。這項列印技術稱為3D立體列印技術。

 

3D列印的技術主要包括SLAFDMSLSLOM等工藝,下面我們簡單介紹三種主流技術:

 

1、立體光刻造型技術(SLA):網友們可以想像一下把一根黃瓜切成很薄的薄片再拼成一整根。先由軟體把3D的數位模型,“切”成若干個平面,這就形成了很多個剖面,在工作的時候,有一個可以舉升的平臺,這個平臺周圍有一個液體槽,槽裡面充滿了可以紫外線照射固化的液體,紫外線鐳射會從底層做起,固化最底層的,然後平臺下移,固化下一層,如此往復,直到最終成型。

  其優點是精度高,可以表現準確的表面和平滑的效果,精度可以達到每層厚度0.05毫米到0.15毫米。缺點則為可以使用的材料有限,並且不能多色成型。

 

2、熔融沉積成型技術,同樣是需要把3D的模型薄片化,但是成型的原理不一樣。學過高等數學的朋友都知道積分,熔融沉積成型技術,就是把材料用高溫熔化成液態,然後通過噴嘴擠壓出一個個很小的球狀顆粒,這些顆粒在噴出後立即固化,通過這些顆粒在立體空間的排列組合形成實物。

  這種技術成型精度更高、成型實物強度更高、可以彩色成型,但是成型後表面粗糙。

 

3、選擇性鐳射燒結(簡稱SLS)不同材料的粉末為原料

  SLS工藝又稱為選擇性鐳射燒結,由美國德克薩斯大學奧斯丁分校的C.R. Dechard1989年研製成功。SLS工藝是利用粉末狀材料成形的。將材料粉末鋪灑在已成形零件的上表面,並刮平;用高強度的CO2雷射器在剛鋪的新層上掃描出零件截面;材料粉末在高強度的鐳射照射下被燒結在一起,得到零件的截面,並與下面已成形的部分粘接;當一層截面燒結完後,鋪上新的一層材料粉末,選擇地燒結下層截面。

  

  在3D列印技術可以列印器官、汽車、飛機的今天,它還在創造無限的可能。著名的《經濟學人》最近描述了3D列印技術的前景是一種新型的生產方式,能夠促成新的工業革命。其擁有廣闊的市場前景。

  首先3D列印技術可以加工傳統方法難以製造的零件。過去傳統的製造方法就是一個毛坯,把不需要的地方切除掉,是多維加工的,或者採用磨具,把金屬和塑膠融化灌進去得到這樣的零件,這樣對複雜的零部件來說加工起來非常困難。立體列印技術對於複雜零部件而言具有極大的優勢,立體列印技術可以列印非常複雜的東西。

  其次實現了首件的淨型成形,這樣後期輔助加工量大大減小,避免了委外加工的資料洩密和時間跨度,尤其適合一些高保密性的行業,如軍工、核電領域。再次由於製造準備和資料轉換的時間大幅減少,使得單件試製、小批量出產的週期和成本降低,特別適合新產品的開發和單件小批量零件的出產。

 

  這些速度快、高易用性等優勢使得3D列印成為一種潮流,並且在很多領域得到了應用。如今3D印表機已經在建築設計、醫療輔助、工業模型、複雜結構、零配件、動漫模型等領域都已經有了一定程度的應用。尤其在飛機、核電和火電等使用重型機械、高端精密機械的行業,3D列印技術“列印”的產品是自然無縫連接的,結構之間的穩固性和連接強度要遠遠高於傳統方法。

來源:電氣自動化技術網