自由初学者指南

欢迎来到3DPI的3D打印初学者指南。无论您是3D打印技术的新手,还是只是想填补一些知识空白,我们都很高兴您能来。到目前为止,我们大多数人在某种程度上都听说过3D打印的潜力。但通过这本指南,我们可以深入了解3D打印的历史和现实——流程、材料和应用——以及它可能走向的衡量思想。我们希望你会发现这是最全面的3D打印资源之一,无论你的技能水平是什么,这里将有足够的满足你的需求。

你准备好了吗?让我们开始吧!

3D打印基础知识

《金融时报》和其他来源援引3D打印(也称为附加制造)的说新利18在线娱乐app法,称其规模可能超过互联网。有些人相信这是真的。许多其他人敦促说,这是围绕这一令人兴奋的技术领域存在的非凡宣传的一部分。那么3D打印到底是什么呢?谁通常使用3D打印机?为什么?18luck新利快乐彩

概述

术语3D打印包括大量的过程和技术为不同国家的零部件和产品的生产提供了全方位的能力材料.从本质上讲,所有这些工艺和技术的共同之处在于,在加法过程中,生产是一层一层地进行的,这与涉及减法或模压/铸造过程的传统生产方法形成了对比。应用程序3D打印技术几乎每天都在出现,随着这项技术继续更广泛和深入地渗透到工业、制造商和消费部门,这只会增加。这一技术领域最著名的评论家都认为,到今天为止,我们才刚刚开始看到3D打印的真正潜力。3DPI是一个可靠的3D打印媒体来源,为您带来这个令人兴奋的领域中出现的所有最新新闻、观点、工艺发展和应用。这篇概述文章旨在为3DPI观众提供可靠的3D打印背景知识(技术,工艺和材料),它是什么历史、应用领域和优点

什么是3D打印?

3D打印是一种从三维数字模型制作物理物体的过程,通常是通过在一种材料上连续放置许多薄层。它通过一层一层地添加材料,将数字对象(其CAD表示)转化为物理形式。

3D打印一个物体有几种不同的技术。3D打印带来了两项基本的创新:以数字格式操作物体,以及通过添加材料制造新的形状。

数字

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科技对近代人类历史的影响可能比其他任何领域都要大。想想电灯泡、蒸汽机,或者更晚一些的汽车和飞机,更不用说万维网的兴起了。这些技术在许多方面改善了我们的生活,开辟了新的途径和可能性,但通常需要时间,有时甚至是几十年,才能真正的颠覆性技术变得明显。

人们普遍认为,3D打印或增材制造(AM)具有成为这些技术之一的巨大潜力。新利18在线娱乐app现在,3D打印已经在许多电视频道、主流报纸和在线资源上进行了报道。有人声称3D打印技术将终结我们所知的传统制造业,彻底改变设计,并对我们的日常生活施加地缘政治、经济、社会、人口、环境和安全方面的影响。

3D打印背后最基本、最与众不同的原理是,它是一种增材制造过程。新利18在线娱乐app这确实是关键,因为3D打印是一种完全不同的制造方法,基于先进的技术,在亚毫米尺寸的层次上制造零件。这与任何其他现有的传统制造技术有着根本的不同。

传统的制造业普遍以人力劳动和手工制造为基础,这种意识形态的起源可以追溯到法语单词制造业本身的词源。然而,制造业的世界已经发生了变化,自动化过程,如机械加工、铸造、成型和成型都是(相对)新的、复杂的过程,需要机器、计算机和机器人技术。

然而,这些技术都需要从更大的块中减去材料,无论是实现最终产品本身还是为铸造或成型过程生产工具,这是整个制造过程中的一个严重限制。

对于许多应用来说,传统的设计和生产过程施加了许多不可接受的约束,包括上面提到的昂贵的工具、夹具和对复杂零件装配的需求。此外,减法制造过程,如机械加工,可以导致高达90%的原始块材料被浪费。相比之下,3D打印是一个直接创建对象的过程,根据使用的技术,以各种方式逐层添加材料。简化3D打印背后的意识形态,对于任何仍在尝试理解这个概念(还有很多)的人来说,它可以被比作用乐高积木自动构建东西的过程。

3D打印是一项支持技术,以前所未有的设计自由鼓励和推动创新,同时是一个无需工具的过程,减少了令人望而却步的成本和交货时间。可以专门设计组件,以避免在不增加额外成本的情况下产生复杂几何结构和复杂特征的组装要求。3D打印也正在成为一种节能技术,通过更轻、更强的设计,可以在制造过程本身(使用高达90%的标准材料)和整个产品运行寿命方面提供环保效率。

近年来,3D打印已经超越了工业原型和制造过程,因为这项技术越来越容易被小公司甚至个人使用。由于拥有3D打印机的规模和经济效益,曾经是大型跨国公司的领域,现在更小(性能更差)的3D打印机可以以低于1000美元的价格购买。18luck新利快乐彩

这使得这项技术向更广泛的受众开放,随着各方面的指数级采用率继续快速增长,越来越多的系统、材料、应用、服务和辅助设备正在涌现。

02 -3D打印的历史

最早的3D打印技术最早出现在20世纪80年代后期,当时被称为快速原型(RP)技术。这是因为流程最初被认为是一种快速且成本效益更高的方法,用于在行业内为产品开发创建原型。有趣的是,1980年5月,日本的Kodama博士首次申请了RP技术的专利。对于Kodama博士来说,不幸的是,完整的专利说明书随后没有在申请后一年的截止日期前提交,考虑到他是一名专利律师,这尤其糟糕!然而,实际上,3D打印的起源可以追溯到1986年,当时发布了第一项立体光刻设备(SLA)专利。这项专利属于其中一人查尔斯·赫尔(夹头)他在1983年首次发明了SLA机器。赫尔继续共同创立了3D系统公司-最大和最多产的组织之一,在3D打印领域运营今天。

3D Systems’ first commercial RP system, the SLA-1, was introduced in 1987 and following rigorous testing the first of these system was sold in 1988. As is fairly typical with new technology, while SLA can claim to be the first past the starting post, it was not the only RP technology in development at this time, for, in 1987,卡尔迪卡。他在美国申请了一项选择性激光烧结(SLS)快速成型工艺的专利。该专利于1989年发布,随后SLS被授予DTM公司,该公司随后被3D系统公司收购斯科特嘎吱声作为Stratasys公司的联合创始人之一,他为熔融沉积建模(FDM)申请了一项专利——该专利技术目前仍由Stratasys公司持有,但基于开源RepRap模型的许多入门级机器也在使用该技术。FDM专利于1992年授予Stratasys公司。在欧洲,1989年也见证了德国EOS GmbH的成立汉斯·兰格.在与激光烧结工艺进行了一段时间的磨合后,EOS的研发重点重点放在了激光烧结(LS)工艺上,该工艺一直在不断发展壮大。今天,EOS系统因其用于工业原型和3D打印生产应用的高质量输出而得到世界各地的认可。EOS在1990年出售了第一个“立体声”系统。该公司的直接金属激光烧结(DMLS)工艺源于伊莱克斯芬兰分部的一个初始项目,该部门后来被EOS收购。

其他3D打印技术和工艺也在这几年出现,包括由William Masters申请专利的弹道粒子制造(BPM),由Michael Feygin申请专利的层压物体制造(LOM),固体地面固化(SGC)最初由itchak Pomerantz等人申请专利,而“三维打印”(3DP)最初由Emanuel Sachs等人申请专利。因此,90年代初见证了RP市场上越来越多的竞争公司,但现在只有三家原始公司仍然存在——3D Systems、EOS和Stratasys。

在整个20世纪90年代和21世纪初,大量的新技术继续被引入,仍然完全集中在工业应用上,当它们仍然主要是原型应用程序的过程时,研发也由更先进的技术供应商为特定的工具进行,铸造和直接制造应用。这见证了新术语的出现,分别是快速模具(RT)、快速铸造和快速制造(RM)。

在商业运营方面,桑德斯原型(后来的Solidscape)和ZCorporation成立于1996年,Arcam成立于1997年,Objet Geometries成立于1998年,MCP Technologies(一家已建立的真空铸造OEM)在2000年引入了SLM技术,EnvisionTec成立于2002年,ExOne成立于2005年,是Extrude Hone Corporation的副产品,Sciaky Inc基于其专有的电子束焊接技术,开创了自己的添加剂工艺。这些公司都为西方公司在全球市场的扩张做出了贡献。这个术语也随着制造应用的扩散而发展,所有这些过程的总称是增材制造(AM)。新利18在线娱乐app值得注意的是,在东半球也有许多平行的发展。然而,尽管这些技术本身很重要,并在当地取得了一些成功,但在当时并没有真正影响全球市场。

在21世纪中期,该行业开始显示出明显的多样化迹象,有两个重点领域的定义在今天更加明确。首先是3D打印的高端,仍然是非常昂贵的系统,这些系统面向高价值、高度工程化、复杂零件的零件生产。这项工作仍在进行中,而且还在不断增长,但随着多年的研发和资格认证工作取得成效,其成果才真正开始在航空航天、汽车、医疗和精细珠宝行业的生产应用中显现出来。大量交易仍处于闭门和/或保密协议(NDA)之下。在光谱的另一端,一些3D打印系统制造商正在开发和推进“概念建模器”,正如他们当时所说的那样。具体而言,这些是3D打印机,其重点是改进概念开发和功能原型设计,这是专门开发的办公室和用户友好、经济高效的系统。今天台式机的前奏曲。然而,这些系统仍然非常适合工业应用。18luck新利快乐彩

回头看,这真是暴风雨前的平静。

在低端市场——如今被视为中档的3D打印机——随着打印精度、速度和材料的逐步18luck新利快乐彩改进,价格战开始了。

在2007年,市场看到了3D系统的第一个低于1万美元的系统,但这并没有达到预期的目标。这部分是由于体系本身,但也有其他市场影响。当时的圣杯是得到一台低于5000美元的3D打印机——这被许多业内人士、用户和评论员视为向更广泛的受众开放3D打印技术的关键。在那一年的大部分时间里,备受期待的桌面工厂的到来——许多人预测这将是圣杯的实现——被认为是值得期待的。由于该组织在准备生产的过程中摇摇欲坠,它最终无果而终。2008年,“桌面工厂”及其领导者凯茜·刘易斯(Cathy Lewis)连同IP被3D系统公司收购,几乎消失殆尽。事实证明,2007年确实是3D打印技术普及的转折点——尽管当时很少有人意识到这一点——因为RepRap现象开始生根。博士鲍耶RepRap构思一个开源的概念,自我复制的3 d打印机早在2004年,在接下来的几年里,种子发芽从他的团队在巴斯一些沉重的艰难,尤其是维克奥利弗和里斯•琼斯,谁开发的概念通过3 d打印机使用的工作原型沉积过程。2007年,照片开始展示,这个萌芽的开源3D打印运动开始获得关注。

但直到2009年1月,第一个商用3D打印机——基于RepRap概念的套件形式——才开始出售。这是BfB RapMan 3D打印机。同年4月,Makerbot Industries紧随其后,该公司的创始人大量参与了RepRap的开发,直到他们在大量投资后脱离了开源理念。自2009年以来,许多类似的沉积打印机已经出现了边际独特的卖点(USPs),他们继续这样做。有趣的是,虽然RepRap现象引发了一个全新的商业入门级3D打印机领域,但RepRap社区的精神都是关于3D打印的开源开发,并将商业化拒之门外。18luck新利快乐彩

2012年,可替代的3D打印工艺被引入市场的入门级。B9Creator(使用DLP技术)在6月份首次亮相,随后是Form 1(使用立体平版)在12月份亮相。这两款产品都是通过Kickstarter融资网站推出的,都获得了巨大的成功。

由于市场发散,工业水平的重大进展与能力和应用,2012年增长制造商运动中的意识和摄取的显着提高也是许多不同主流媒体渠道在技术上拾取的年度。2013年是一年大幅增长和合并。最值得注意的动作之一是通过Stratasys获取Makerbot。

被一些人称为第二次、第三次,有时甚至是第四次工业革命,不可否认的是,3D打印对工业部门的影响和3D打印为未来消费者展示的巨大潜力。这种潜力将以何种形式展现在我们面前。

03 - 3D打印技术

任何3D打印过程的起点是3D数字模型,可以使用各种3D软件程序 - 在行业中创建,这是3D CAD,对于制造商和消费者有更简单,更可访问的程序可用 - 或扫描3D扫描仪。然后将模型“切片”成层,从而将设计转换为3D打印机可读的文件。然后根据设计和过程分层由3D打印机处理的材料。如上所述,有许多不同类型的3D印刷技术,以不同的方式处理不同的材料来创建最终对象。现在,功能塑料,金属,陶瓷和沙子都是常规用于工业原型制作和生产应用的。还正在研究3D印刷生物材料和不同类型的食物。一般来说,在市场的进入水平,材料更有限。塑料目前是唯一广泛使用的材料 - 通常是ABS或PLA,但越来越多的替代品,包括尼龙。还有一个越来越多的进入级机器,适用于食品,例如糖和巧克力。

它是如何工作的

不同类型的3D打印机18luck新利快乐彩每一种都采用了不同的技术处理不同的材料以不同的方式。重要的是要理解3D打印最基本的限制之一——就材料和应用而言——是没有“一种解决方案适用于所有”。例如,一些3D打印机加工粉末材料(18luck新利快乐彩尼龙、塑料、陶瓷、金属),利用光/热源将粉末层烧结/熔化/熔合在一起,形成确定的形状。其他的加工聚合物树脂材料,并再次利用光/激光在超薄层固化树脂。喷射微小液滴是另一种3D打印工艺,让人想起2D喷墨打印,但使用的材料比油墨更好,并使用粘合剂固定层。也许最常见和最容易识别的过程是沉积,这是大多数入门级3D打印机使用的过程。18luck新利快乐彩这个过程挤压塑料,通常是PLA或ABS,在长丝形式通过加热挤出机形成层和创造预定的形状。

由于零件可以直接打印出来,因此有可能生产出非常精细和复杂的产品,通常带有内置功能,无需进行组装。

然而,另一个需要强调的重点是,到目前为止,没有一种3D打印流程是即插即用的。在压印之前有许多步骤,一旦部分从打印机上下来,就会有更多的步骤——这些往往被忽视。除了为3D打印设计的现实,这可能是苛刻的,文件准备和转换也可能是耗时和复杂的,特别是在构建过程中需要复杂支持的部件。然而,这些功能的软件不断更新和升级,情况正在改善。此外,一旦离开打印机,许多部件将需要进行精加工操作。对于需要支持的过程来说,移除支持是一个很明显的步骤,但其他包括打磨、喷漆、油漆或其他类型的传统收尾,这些通常都需要手工完成,需要技巧、时间和耐心。

04 - 3D打印流程

有限元

立体光刻(SL)被广泛认为是第一种3D打印工艺;它当然是第一个商业化的。SL是一种基于激光的工艺,使用光聚合物树脂,与激光发生反应并固化,以非常精确的方式形成固体,从而生产非常精确的零件。这是一个复杂的过程,但简单地说,光聚合树脂是装在一个大桶里,里面有一个可移动的平台。根据提供给机器的3D数据(.stl文件),激光束在X-Y轴上穿过树脂的表面,在激光击中表面的地方,树脂精确地硬化。一旦该层完成,缸内的平台下降一小部分(在Z轴),随后的层被激光描出。这一过程将一直持续下去,直到整个对象完成,平台可以从缸中升起以便移除。

由于SL过程的性质,它需要某些部件的支撑结构,特别是那些具有悬垂或底切的部件。这些结构需要手动移除。

在其他后处理步骤方面,很多使用SL 3D打印的物体需要清洗和固化。固化过程包括在类似烤箱的机器中,让零件在强光下完全硬化树脂。

立体平版印刷是公认的最精确的3D打印工艺之一,具有良好的表面光洁度。然而,限制因素包括所需的后处理步骤和材料随时间的稳定性,这可能会变得更脆。

DLP

DLP - 或数字光处理 - 是立体光刻的类似过程,因为它是一种与光聚合物合作的3D打印过程。主要区别是光源。DLP使用更传统的光源,例如电弧灯,具有液晶显示面板或可变形镜装置(DMD),其在单次通过中施加到光聚合物树脂的整个表面上,通常是制造比SL更快。

还喜欢SL,DLP具有具有优异分辨率的高度精确的部件,但其相似性还包括对支持结构和后固化的相同要求。然而,DLP通过SL的一个优点是,只需要一种浅层的树脂来促进该过程,这通常导致较少的浪费和更低的运行成本。

激光烧结/激光熔化

激光烧结和激光熔化是一个可互换的术语,指的是基于激光的3D打印过程,工作与粉末材料。根据输入到机器的X-Y轴的3D数据,激光被追踪到一个紧密压实的粉末材料的粉末床上。当激光与粉末材料的表面相互作用时,它就会烧结或熔合,粒子相互之间形成固体。当每一层完成时,粉床逐渐滴下,在激光下一次通过之前,辊子将粉床表面平滑,以便随后的层被形成并与前一层融合。

建造室是完全密封的,因为它是必要的,以保持一个精确的温度过程中特定的粉状材料的熔点的选择。一旦完成,整个粉末床从机器和多余的粉末可以被删除,留下“打印”部分。这种工艺的关键优势之一是,粉床作为悬垂和底切的过程中支撑结构,因此,用这种工艺可以制造出其他方法无法制造的复杂形状。

然而,在缺点上,由于激光烧结所需的高温,冷却时间可能是相当大的。此外,多孔性一直是该工艺的一个历史问题,虽然在全密度零件方面已经有了显著的改进,但在某些应用中仍然需要使用其他材料来改善力学特性。

激光烧结可以加工塑料和金属材料,尽管金属烧结确实需要更高功率的激光和更高的过程温度。用这种工艺生产的零件比用SL或DLP生产的零件要坚固得多,尽管一般表面光洁度和精度都不如SL或DLP。

挤出/ FDM / FFF

利用热塑性材料挤压的3D打印是最常见和最容易识别的3DP工艺。该工艺最受欢迎的名字是熔融沉积建模(FDM),因为它的寿命很长,但这是一个商标名,由最初开发它的Stratasys公司注册。Stratasys公司的FDM技术早在20世纪90年代早期就出现了,如今是一种工业级3D打印工艺。然而,自2009年以来涌现的入门级3D打印机大量使用了类似的工艺,通常被称为Free18luck新利快乐彩form Fabrication (FFF),但由于Stratasys仍然持有专利,因此采用了更基本的形式。最早的RepRap机器和所有随后的发展-开源和商业-采用挤压方法。然而,后Stratasys对Afinia的专利侵权诉讼市场的入门级终端将如何发展是一个问号,因为所有的机器都有可能成为Stratasys的专利侵权前线。

这个过程是通过熔化塑料长丝,通过加热的挤出机,一层一层地沉积在一个构建平台上,根据提供给打印机的3D数据。每一层都随着沉积而变硬,并与前一层结合。

Stratasys为其FDM工艺开发了一系列专有的工业级材料,适用于一些生产应用。在入门级市场,材料较为有限,但范围正在扩大。入门级FFF 3D打印机最常见的材料是ABS和PLA。18luck新利快乐彩

FDM/FFF过程要求任何具有悬垂几何结构的应用程序的支撑结构。对于FDM来说,这需要第二种水溶性材料,一旦打印完成,支撑结构相对容易被冲走。另外,分离支撑材料也是可能的,可以通过手动将其从部件上撕下来。支持结构(或缺乏支持结构)通常是入门级FFF 3D打印机的一个限制。18luck新利快乐彩然而,随着系统的发展和改进,纳入双挤压头,这已不再是一个问题。

在模型制作方面,Stratasys公司的FDM过程是一个准确可靠的过程,相对于办公室/工作室友好,尽管可能需要大量的后处理。在入门级,正如预期的那样,FFF过程产生的模型精度要低得多,但情况正在不断改善。

对于某些零件的几何形状和层与层之间的粘附可能是一个问题,导致零件不是水密的。同样,使用丙酮进行后处理可以解决这些问题。

喷墨

有两个3D打印过程利用喷射技术。

粘结剂喷射:喷射的材料是一种粘合剂,它被选择性地喷射到零件材料的粉末床中,一次一层地熔化它,从而产生/打印所需的零件。与其他粉床系统一样,一旦完成,一层粉末床逐步下降和辊或叶片抚平粉表面的床上,之前的下一个通过飞机头,随后的粘合剂层与上一层形成和融合。

与SLS一样,此过程的优点在于无需支持,因为粉末床本身就提供了这种功能。此外,可以使用一系列不同的材料,包括陶瓷和食物。这个过程的另一个独特的优点是能够轻松地添加一个可以添加到活页夹中的完整的调色板。

然而,直接从机器产生的零件,不像烧结过程那样坚固,需要后处理以确保耐久性。

材料喷射:一种3D打印工艺,通过多个喷咀(其他喷咀同时喷注支撑材料),将实际的建筑材料(液态或熔融状态)选择性喷射。然而,这些材料往往是液体光聚物,在每一层沉积时都用紫外光进行固化。

该产品的性质允许同时沉积一系列材料,这意味着一个部件可以由多种不同特性和性能的材料生产。材料喷射是一种非常精确的3D打印方法,生产精确的零件,表面非常光滑。

选择性沉积叠层(SDL)

SDL是Mcor Technologies开发和制造的专有3D打印工艺。有一种诱惑,将这一过程与Helisys在20世纪90年代开发的层压对象制造(LOM)过程进行比较,因为在分层和塑造纸张形成最终部分的相似之处。然而,任何相似之处都到此为止。

SDL 3D打印过程使用标准复印纸一层一层地构建零件。每一层新层都用一种粘合剂固定在前一层上,这种粘合剂是根据提供给机器的3D数据选择性地应用的。这意味着在将成为零件的区域沉积的粘合剂密度要高得多,而在作为支撑的周围区域应用的粘合剂密度要低得多,确保相对容易“清除”或移除支撑。

当一张新的纸从送纸机构被送进3D打印机,并放置在选择性地涂在前一层上的粘合剂上后,构建板被移动到一个加热板上并施加压力。这种压力确保了两张纸之间的正粘合。构建板然后返回构建高度,其中可调碳化钨刀片切割一张纸一次,跟踪对象的轮廓创建部分的边缘。当这个切割顺序完成时,3D打印机会沉积下一层粘合剂,以此类推,直到零件完成。

SDL是极少数能够使用CYMK调色板生产全彩色3D打印零件的3D打印工艺之一。因为这些零件是标准纸张,不需要后处理,所以完全安全环保。该工艺不能与其他3D打印工艺竞争的地方是在生产复杂的几何形状和建造尺寸受到原料大小的限制。

循证医学

电子束熔化3D打印技术是由瑞典公司Arcam开发的专利工艺。这种金属印刷方法非常类似于直接金属激光烧结(DMLS)工艺,从金属粉末形成零件。关键的区别在于热源,顾名思义,热源是电子束,而不是激光,因为激光需要在真空条件下进行。

EBM有能力用各种金属合金制造全密度零件,甚至达到医疗级,因此该技术在医疗行业的一系列生产应用中特别成功,特别是在植入物方面。然而,航空航天和汽车等其他高科技部门也将循证医学技术用于制造实践。

05 - 3D打印材料

自3D打印技术早期以来,可用于3D打印的材料已经取得了很大进展。现在有各种不同的材料类型,以不同的状态供应(粉末,长丝,颗粒,颗粒,树脂等)。

目前,特定的材料通常是为特定平台开发的,用于执行特定的应用(例如牙科部门),这些平台的材料性能更适合应用。

然而,现在有太多的专利材料从许多不同的3D打印机供应商涵盖所有这里。相反,本文将以一种更通用的方式来研究最流行的材料类型。还有一些突出的材料。

塑料

尼龙,或聚酰胺,通常以粉末形式使用烧结工艺或以长丝形式使用FDM工艺。它是一种坚固、灵活和耐用的塑料材料,已证明是可靠的3D打印。它是天然的白色,但它可以是彩色的-印刷前或印刷后。这种材料也可以与粉状铝相结合(以粉末形式)来生产另一种常见的用于烧结的3D打印材料——铝化物。

ABS是另一种常用的3D打印塑料,在入门级FDM 3D打印机上以细丝形式广泛使用。18luck新利快乐彩它是一种特别坚固的塑料,有多种颜色。ABS可以从许多非专有来源购买成丝形式,这是它如此受欢迎的另一个原因。

PLA是一种生物可降解的塑料材料,正是出于这个原因,它获得了3D打印的吸引力。它可以以树脂形式用于DLP/SL工艺,也可以以长丝形式用于FDM工艺。它有多种颜色,包括透明的,这已经被证明是3D打印的一个有用的选择。然而,它不像ABS那样耐用或灵活。

LayWood是专门为入门级挤压3D打印机开发的3D打印材料。18luck新利快乐彩它以长丝形式出现,是一种木材/聚合物复合材料(也称为WPC)。

金属

越来越多的金属和金属复合材料被用于工业级3D打印。最常见的两种是铝和钴衍生物。

粉末不锈钢是3D打印中强度最大、因此最常用的金属之一,用于烧结/熔化/EBM工艺。它是天然的银,但可以镀上其他材料,以产生金或青铜的效果。

在过去的几年里,金和银被添加到金属材料的范围内,可以直接3D打印,在珠宝行业的应用很明显。这些都是非常坚固的材料,并以粉末的形式加工。

钛是最坚固的金属材料之一,已经用于3D打印工业应用有一段时间了。它以粉末形式供应,可用于烧结/熔化/循证医学过程。

陶瓷

陶瓷是一种相对较新的材料,可以用于3D打印,并取得了不同程度的成功。这些材料需要特别注意的是,印刷后的陶瓷部件需要经历与任何使用传统生产方法制作的陶瓷部件相同的过程——即烧制和上光。

纸张

标准A4复印机纸是由MCOR技术提供的专有SDL过程采用的3D打印材料。该公司对其他3D打印供应商运营了一个明显不同的商业模式,即机器的资本支出位于中档,但重点是可以在本地购买的易于获得的,经济高效的材料供应.3D用纸制成的印花型号是安全的,环保的,易于可回收的,不需要后处理。

生物材料

目前有大量的研究正在进行,研究3D打印生物材料在医疗(和其他)应用方面的潜力。一些主要机构正在研究活体组织,以期开发包括打印用于移植的人体器官以及用于替代身体部位的外部组织在内的应用。这一领域的其他研究集中在食品的开发上——肉类就是最好的例子。

食物

在过去的几年中,使用挤压机进行3D打印食品物质的实验急剧增加。巧克力是最常见的(也是最受欢迎的)。也有用糖打印的打印机,还有一些用意大利面和肉做的实验。展望未来,人们正在进行研究,利用3D打印技术生产完美平衡的膳食。

其他

最后,Stratasys是一家拥有独特(专有)材料产品的公司,它为Objet Connex 3D打印平台提供数字材料。这一产品意味着标准的Objet 3D打印材料可以在打印过程中以不同和指定的浓度进行组合,以形成具有所需性能的新材料。通过以不同方式组合现有的原始材料,可以实现多达140种不同的数字材料。

06 - 3D打印全局效果

对制造业的全球影响

3D打印已经对产品的制造方式产生了影响——这项技术的性质允许在制造过程的社会、经济、环境和安全影响方面产生新的思维方式,并取得普遍有利的结果。

这种说法背后的一个关键因素是,3D打印有可能使生产更接近终端用户和/或消费者,从而减少当前供应链的限制。3D打印的定制价值和按需生产小批量产品的能力是吸引消费者、减少或消除库存和库存堆积的一种肯定的方式——类似于亚马逊的业务运作方式。

从世界的一个地方到另一个地方运输备件和产品可能会过时,因为备件可能是现场3D打印的。这可能会对未来全球范围内大大小小的企业、军队和消费者的运作和互动产生重大影响。许多人的最终目标是让消费者在家里或社区内操作自己的3D打印机,这样任何(可定制的)产品的数字设计都可以通过互联网下载,并可以发送到打印机,打印机装载正确的材料。目前,关于这是否会成为现实存在一些争论,甚至对它可能发生的时间框架也存在更激烈的争论。

3D打印技术的广泛应用可能会导致一些已经发明的产品的再发明,当然,还有更多的全新产品。今天,以前不可能的形状和几何图形可以用3D打印机创造出来,但这一旅程才刚刚开始。许多人认为,3D打印有极大的潜力注入创新增长,并带回当地制造业。

对全球经济的潜在影响

3D打印技术的使用如果在世界范围内采用,将对全球经济产生潜在影响。生产和分销从目前的模式转变为基于按需、现场、定制的本地化生产模式,可能会减少出口国和进口国之间的不平衡。

3D打印将有潜力创造新的行业和全新的职业,比如那些与3D打印机生产相关的行业。18luck新利快乐彩围绕3D打印的专业服务有机会,从新形式的产品设计师、打印机操作员、材料供应商,一直到知识产权法律纠纷和和解。对于许多知识产权持有者来说,盗版是当前与3D打印相关的一个问题。

3D打印对发展中国家的影响是一把双刃剑。积极影响的一个例子是通过回收和其他当地材料降低制造成本,但制造业工作岗位的流失可能对许多发展中国家造成严重冲击,这需要时间来克服。

发达国家或许将从3D打印中受益最大,因为在这些国家,日益老龄化的社会和人口老龄化的变化一直是生产和劳动力方面的一个担忧。此外,3D打印在医疗方面的益处将很好地迎合日益老龄化的西方社会。

07 - 3D打印的好处和价值

3D打印,无论是在工业,本地还是个人层面,都带来了一系列福利,即传统的制造方法(或原型)根本不能。

定制

3D打印过程允许大规模定制——根据个人需求个性化产品的能力。即使在同一个制造室中,3D打印的本质意味着可以根据终端用户的要求同时制造大量的产品,而无需额外的工艺成本。

复杂性

3D打印的出现已经见证了产品(在数字环境中设计的)的激增,这些产品所涉及的复杂程度是其他任何物理方式都无法生产的。虽然这一优势已经被设计师和艺术家所采用,带来了令人印象深刻的视觉效果,但它也对工业应用产生了重大影响,应用程序正在被开发,以实现复杂的组件,证明比它们的前辈更轻和更强。在这些问题具有首要重要性的航空航天部门正在出现显著的用途。

Tool-less

对于工业制造来说,产品开发过程中成本、时间和劳动最密集的阶段之一是工具的生产。对于低到中批量应用,工业3D打印——或增材制造——可以消除工具生产的需求,因此,与之相关的成本、交货期和劳动力。新利18在线娱乐app这是一个极具吸引力的主张,越来越多的制造商正在利用它。此外,由于上述复杂性优势,产品和组件可以专门设计,以避免具有复杂几何和复杂特征的装配要求,进一步消除与装配过程相关的劳动力和成本。

可持续发展/环保

3D打印也正在成为一种节能技术,它可以在制造过程本身提供环境效率,利用高达90%的标准材料,因此,产生更少的废物,但也在整个添加制造的产品的运行寿命,通过更轻、更强的设计,与传统制造的产品相比,可以减少碳足迹。

此外,3D打印在实现本地制造模式方面显示出了巨大的前景,即产品在需要的地方按需求生产,从而消除了巨大的库存和不可持续的物流,将大量产品运往世界各地。

08 - 3D打印应用

3 d打印技术的起源在“快速成型”的原则建立在工业原型作为一种加速产品开发的早期阶段的快速而简单的方法生产原型,允许多个迭代的产品更快、更有效地到达在一个最佳的解决方案。这节省了整个产品开发过程的时间和金钱,并确保了生产工具之前的信心。

原型制作可能仍然是当今3D打印最大的应用,尽管有时被忽视。

自3D打印成型技术出现以来,工艺和材料的发展和改进见证了该工艺被应用到产品开发流程链的更下游。利用不同工艺的优点开发了模具和铸造应用。此外,这些应用程序正在越来越多地被工业部门使用和采用。

同样地,对于最终的制造操作,改进正在继续促进吸收。

在所有这些广谱应用中,工业3D打印极大地受益于工业垂直市场,以下是一个基本的细分:

医疗和牙科

医疗行业被视为是一个3 d打印技术的早期采用者,也是行业巨大的增长潜力,由于定制和个性化功能的技术和改善人民生活的能力的开发过程改进和材料符合药用标准。

3D打印技术被用于许多不同的应用。除了制作用于支持医疗和牙科行业新产品开发的原型外,这些技术还用于制作牙冠下游金属铸造的模型,以及用于制造工具的塑料真空成型以制作牙科对准器。直接制造的技术也利用股票的物品,如髋关节和膝关节植入物,和定制不同的产品,如助听器,矫正的鞋垫的鞋子,个性化的假肢和一次性植入病人患有疾病,如关节炎、骨质疏松症和癌症,还有事故和创伤受害者。用于特定手术的3D打印手术指南也是一种新兴应用,帮助外科医生工作和患者康复。3D打印皮肤、骨骼、组织、药物甚至人体器官的技术也在开发中。然而,这些技术距离商业化还有几十年的时间。

航空航天

与医疗部门一样,航空航天部门也是最早采用3D打印技术进行产品开发和原型制作的部门。这些公司通常与学术和研究机构合作,在制造应用技术方面走在前沿,或推动其边界。

由于飞机开发的关键性质,研发是苛刻和艰苦的,标准是至关重要的,工业级3D打印系统的步伐。工艺和材料的发展已经为航空航天领域开发了许多关键的应用——一些非关键部件已经准备就绪,可以在飞机上飞行。

知名用户包括通用电气/莫里斯技术公司、空客/ EADS、劳斯莱斯、BAE系统公司和波音公司。虽然这些公司中的大多数确实采取了现实的方法,就他们目前正在做的技术,大部分是研发,但有些公司确实对未来非常乐观。

汽车

快速原型技术(3D打印的最早体现)的另一个普遍的早期采用者是汽车行业。许多汽车公司——尤其是在赛车运动和F1领域——都遵循着与航空航天公司类似的轨迹。首先(仍然是)将这些技术用于原型设计,但开发和调整它们的制造工艺,以纳入改进材料的好处和汽车零部件的最终结果。

许多汽车公司现在也在展望3D打印的潜力,以便在备用/替换件的生产方面履行销售功能,按需,而不是持有巨大的库存。

珠宝

传统上,珠宝的设计和制造过程总是需要高水平的专业知识,涉及特定学科,包括制造、模具制造、铸造、电镀、锻造、金银锻造、石头切割、雕刻和抛光。这些学科都经过多年的发展,每一个都需要技术知识,当应用到珠宝制造。投资铸造就是一个例子,它的起源可以追溯到4000多年前。

对珠宝行业来说,3D打印已被证明是特别具有破坏性的。基于3D打印能够以及将如何对这个行业的进一步发展做出贡献,人们产生了极大的兴趣和理解。从3D CAD和3D打印带来的新的设计自由,通过改进传统的珠宝生产流程,一直到直接3D打印生产,消除了许多传统步骤,3D打印已经并将继续在这个领域产生巨大的影响。

艺术/设计/雕塑

艺术家和雕塑家正以无数不同的方式参与3D打印,以以前不可能的方式探索形式和功能。无论是单纯地寻找新的原创表达,还是向早期大师学习,这是一个高度紧张的领域,正在越来越多地寻找使用3D打印的新方法,并将结果介绍给世界。现在有许多艺术家通过使用3D建模、3D扫描和3D打印技术而成名。

  • 约书亚哈克
  • Dizingof
  • 神经系统公司的杰西卡·罗森克兰茨
  • Pia Hinze
  • 尼克Ervinck
  • 莱昂内尔院长
  • 和许多其他人。

然而,3D扫描与3D打印的结合也给艺术世界带来了一个新的维度,因为艺术家和学生现在有了一种经过验证的方法,可以复制过去大师的作品,并为近距离研究创造精确的古代(和更近的)雕塑复制品——否则他们永远无法亲自接触的艺术作品。在这方面,Cosmo Wenman的工作尤其具有启发性。

体系结构

建筑模型长期以来一直是3D打印过程的主要应用,用于生成建筑师愿景的精确演示模型。3D打印提供了一种相对快速、简单和经济可行的方法,可以直接从3D CAD、BIM或建筑师使用的其他数字数据生成详细的模型。许多成功的建筑公司,现在普遍使用3D打印(室内或作为服务)作为其工作流程的关键部分,以增加创新和改善沟通。

最近一些有远见的建筑师正在寻求3D打印作为直接施工方法。在这一前面的一些组织中进行了研究,最符合的Loughborough大学,轮廓制作和宇宙建筑。

时尚

随着3D打印工艺在分辨率和更灵活的材料方面的改进,一个以实验和大胆声明而闻名的行业开始崭露头角。我们当然是在谈论时尚!

3D打印的鞋子、头饰、帽子和包等配饰都登上了全球t台。一些更有远见的时装设计师已经证明了这项技术在高级定制时装方面的能力——连衣裙、披肩、长裙,甚至一些内衣已经在世界各地的不同时尚场所首次亮相。

作为这方面的先驱,艾里斯·范·荷本应该特别提一下。她以巴黎和米兰的t台为模特,制作了许多系列服装,这些服装结合了3D打印技术,打破了时尚设计中不再适用的“常规规则”。许多人追随并继续追随她的脚步,结果往往是完全原创的。

食物

虽然在3D打印领域姗姗来迟,但食品是一个让人们非常兴奋的新兴应用(和/或3D打印材料),它有潜力真正将这项技术带入主流。毕竟,我们永远都需要吃东西!3D打印正在成为一种准备和呈现食物的新方式。

3D打印食品的最初尝试是用巧克力和糖,随着特定的3D打印机进入市场,这些发展一直在快速进行。18luck新利快乐彩其他一些早期的食品实验包括在细胞蛋白质水平上3D打印“肉”。最近,意大利面是另一种正在研究3D打印食品的食品集团。

展望未来,3D打印也被认为是一种完整的食物制备方法,一种全面、健康的营养平衡方法。

消费者

3D打印供应商的圣杯是消费者3D打印。关于这是否是一个可行的未来,存在着广泛的争论。目前,由于入门级(消费者机器)存在易访问性问题,消费者的理解很低。大型3D打印公司如3D Systems和Makerbot (Stratasys的子公司)在这个方向上取得了进展,他们试图使3D打印过程和辅助组件(软件、数字内容等)更容易使用和友好。目前,大街上的人可以通过三种主要方式与3D打印技术进行消费产品的互动:

  • 设计+打印
  • 选择+打印
  • 选择+ 3D打印服务实现

09 - 词汇表

3DP3 d打印技术

腹肌丙烯腈丁二烯苯乙烯

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CAD / CAM计算机辅助设计/计算机辅助制造

CAE计算机辅助工程

DLP数字光处理

DMD直接金属沉积

DMLS直接金属激光烧结

循证医学电子束融化

伊娃乙烯醋酸乙烯酯

FDM融合沉积建模(Stratratasys的商标)

FFF自由形式制造

镜头激光工程成网(SNL商标,Optomec授权)

LS激光烧结

中国人民解放军聚乳酸

再保险逆向工程

R M快速制造

rp.快速原型

RT.快速的工具

SL有限元

SLA立体光刻机(3D系统注册商标)

SLM选择性激光熔化

SLS选择性激光烧结(3D系统注册商标)

STL / .stl立体Lithograpic

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