全面解讀：3D印刷過程與材料
發(fā)布時間：2024-05-03 點擊：125
3d打印是添加劑制造技術(shù)的一種形式，在添加劑制造技術(shù)中三維對象是通過連續(xù)的物理層創(chuàng)建出來的。3d打印機(jī)相對于其他的添加劑制造技術(shù)而言，具有速度快，價格便宜，高易用性等優(yōu)點。3d打印機(jī)就是可以“打印”出真實3d物體的一種設(shè)備，功能上與激光成型技 術(shù)一樣，采用分層加工、迭加成形，即通過逐層增加材料來生成3d實體，與傳統(tǒng)的去除材料加工技術(shù)完全不同。稱之為“打印機(jī)”是參照了其技術(shù)原理，因為分層 加工的過程與噴墨打印十分相似。3d打印技術(shù)在珠寶首飾、鞋類、工業(yè)設(shè)計、建筑、汽車、航天、牙科及醫(yī)療方面都能得到廣泛的應(yīng)用。
打印步驟
每一層的打印過程分為兩步，首先在需要成型的區(qū)域噴灑一層特殊膠水，膠水液滴本身很小，且不易擴(kuò)散。然后是噴灑一層均勻的粉末，粉末遇到膠水會迅速固化黏結(jié)，而沒有膠水的區(qū)域仍保持松散狀態(tài)。這樣在一層膠水一層粉末的交替下，實體模型將會被“打印”成型，打印完畢后只要掃除松散的粉末即可“刨”出模型，而剩余粉末還可循環(huán)利用。打印耗材由傳統(tǒng)的墨水、紙張轉(zhuǎn)變?yōu)槟z水、粉末，當(dāng)然膠水和粉末都是經(jīng)過處理的特殊材料，不僅對固化反應(yīng)速度有要求，對于模型強度以及“打印”分辨率都有直接影響。
技術(shù)水平
目前的3d打印技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)600dpi分辨率，每層厚度只有0.01毫米，即使模型表面有文字或圖片也能夠清晰打印。當(dāng)然受到噴打印原理的限 制，打印速度勢必不會很快，目前較先進(jìn)的產(chǎn)品可以實現(xiàn)每小時25毫米高度的垂直速率，相比早期產(chǎn)品有10倍提升，而且可以利用有色膠水實現(xiàn)彩色打印，色彩深度高達(dá)24位。由于打印精度高，打印出的模型品質(zhì)自然不錯。除了可以表現(xiàn)出外形曲線上的設(shè)計，結(jié)構(gòu)以及運動部件也不在話下。
如果用來打印機(jī)械裝配圖，齒輪、軸承、拉桿等都可以正常活動，而腔體、溝槽等形態(tài)特征位置準(zhǔn)確，甚至可以滿足裝配要求，打印出的實體還可通過打磨、鉆孔、電鍍等方式進(jìn)一步加工。同時粉末材料不限于砂型材料，還有彈性伸縮、高性能復(fù)合、 熔模鑄造等其它材料可供選擇。不過，雖然3d打印機(jī)價格在不斷降低，很多廠商、設(shè)計院、大學(xué)等都開始或準(zhǔn)備配備，但產(chǎn)品價格依然較高。3dsystems 推出的新款invisionld入門級桌面型產(chǎn)品價格為1.59萬美元，而zcorporation出品的中端型號z510要價10萬美元。好在3d打印 機(jī)的耗材成本并不夸張，例如打印手機(jī)模型，大概花費20美元材料費，比起其它成型技術(shù)成本要低得多。
印刷材料
3d打印所用到的印刷油墨類型極廣，甚至可利用3d打印機(jī)打印出一個和自己笑臉一模一樣的巧克力：首先，通過3d建模軟件，如123d或者photofly，將iphone或普通卡片機(jī)中的照片轉(zhuǎn)換成3d圖像數(shù)據(jù)，上傳到電腦后，就擁有了自己的三維設(shè)計圖。“油墨”則是液態(tài)巧克力，把巧克力融化后，裝進(jìn)打印機(jī)中的儲存器，按下“打印”鍵，打印機(jī)就會根據(jù)圖像數(shù)據(jù)把液態(tài)巧克力一層層堆疊成你的笑臉形狀。每層巧克力打印出來后，必須經(jīng)過凝固才開始下一層打印，加裝保溫和冷卻系統(tǒng)即可保證巧克力的粘稠度和溫度。
在原材料領(lǐng)域，xeroxparc公司還正在研發(fā)傳感器、晶體管等電子產(chǎn)品的打印材料，一旦成功，將意味著消費者可以自行設(shè)計打印手機(jī)或者mp3等。應(yīng)用軟件領(lǐng)域，工程師和程序員不時共享代碼和設(shè)計，越來越多免費開源軟件的出現(xiàn)，降低了3d打印的設(shè)計成本，如123d、openscad、tinkercard等。
3d印刷優(yōu)勢
相比傳統(tǒng)制造工藝，3d打印技術(shù)有兩個優(yōu)點，一是節(jié)省原材料和人工。由于采用“添加制造技術(shù)”，它的用料只有原來的1/3到1/2，打印速度卻 快4倍。同時因省卻生產(chǎn)線和一部分組裝過程，可降低人工成本。第二個優(yōu)點是可以制作形態(tài)各異的物品。理論上，只要電腦可以設(shè)計出的造型，3d打印機(jī)都可以 打印出來，2011年在加拿大展出的3d打印汽車urbee，即以其時尚前衛(wèi)的流線型外觀吸引了眾多關(guān)注。
3d打印技術(shù)的局限主要體現(xiàn)在材料上，目前打印材料主要是塑料、樹脂和金屬，骨骼等有機(jī)原料的研究也正在進(jìn)行并有了初步成果。受材料限制，3d 打印最初的應(yīng)用局限在建模和工業(yè)設(shè)計領(lǐng)域。但如今，3d打印技術(shù)逐漸開始被用于生產(chǎn)環(huán)節(jié)。它適用于小批量加工，由于不需要模具，對產(chǎn)品的修改不會增加額外 成本，只需修改設(shè)計圖即可。這也意味著，小批量個性化定制的成本被降低。未來，定制個性化的家具、食品、工藝品等商品將變得更加劃算。
三年前尚處于技術(shù)前沿的3d打印如今已成制造業(yè)中的新興戰(zhàn)略領(lǐng)域。2012年8月，美國總統(tǒng)奧巴馬撥款3000萬美元，在俄亥俄州建立了國家級 3d打印添加劑工業(yè)研究中心，并計劃第一步投入5億美元用于3d打印，以確保美國制造業(yè)不繼續(xù)轉(zhuǎn)移到中國和印度。長期跟蹤3d打印行業(yè)的咨詢公司 wohlers associates表示，2011年，3d打印機(jī)的市場規(guī)模為17億美元左右，到2015年該市場將達(dá)37億美元。
燙印工藝該如何正確的選擇承印件
壓痕機(jī)的保養(yǎng)與維護(hù)
對膠印機(jī)收紙部分剖析
日本三大印刷巨頭2016財報，三項數(shù)據(jù)下滑
印后加工，寬幅印刷企業(yè)有哪些可供選擇
美盈森第7個包裝印刷工業(yè)4.0項目曝光
銷售管理存在“四難”及其解決辦法
企業(yè)管理大忌，避免成為“虛空指揮者”
打印步驟
每一層的打印過程分為兩步，首先在需要成型的區(qū)域噴灑一層特殊膠水，膠水液滴本身很小，且不易擴(kuò)散。然后是噴灑一層均勻的粉末，粉末遇到膠水會迅速固化黏結(jié)，而沒有膠水的區(qū)域仍保持松散狀態(tài)。這樣在一層膠水一層粉末的交替下，實體模型將會被“打印”成型，打印完畢后只要掃除松散的粉末即可“刨”出模型，而剩余粉末還可循環(huán)利用。打印耗材由傳統(tǒng)的墨水、紙張轉(zhuǎn)變?yōu)槟z水、粉末，當(dāng)然膠水和粉末都是經(jīng)過處理的特殊材料，不僅對固化反應(yīng)速度有要求，對于模型強度以及“打印”分辨率都有直接影響。
技術(shù)水平
目前的3d打印技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)600dpi分辨率，每層厚度只有0.01毫米，即使模型表面有文字或圖片也能夠清晰打印。當(dāng)然受到噴打印原理的限 制，打印速度勢必不會很快，目前較先進(jìn)的產(chǎn)品可以實現(xiàn)每小時25毫米高度的垂直速率，相比早期產(chǎn)品有10倍提升，而且可以利用有色膠水實現(xiàn)彩色打印，色彩深度高達(dá)24位。由于打印精度高，打印出的模型品質(zhì)自然不錯。除了可以表現(xiàn)出外形曲線上的設(shè)計，結(jié)構(gòu)以及運動部件也不在話下。
如果用來打印機(jī)械裝配圖，齒輪、軸承、拉桿等都可以正常活動，而腔體、溝槽等形態(tài)特征位置準(zhǔn)確，甚至可以滿足裝配要求，打印出的實體還可通過打磨、鉆孔、電鍍等方式進(jìn)一步加工。同時粉末材料不限于砂型材料，還有彈性伸縮、高性能復(fù)合、 熔模鑄造等其它材料可供選擇。不過，雖然3d打印機(jī)價格在不斷降低，很多廠商、設(shè)計院、大學(xué)等都開始或準(zhǔn)備配備，但產(chǎn)品價格依然較高。3dsystems 推出的新款invisionld入門級桌面型產(chǎn)品價格為1.59萬美元，而zcorporation出品的中端型號z510要價10萬美元。好在3d打印 機(jī)的耗材成本并不夸張，例如打印手機(jī)模型，大概花費20美元材料費，比起其它成型技術(shù)成本要低得多。
印刷材料
3d打印所用到的印刷油墨類型極廣，甚至可利用3d打印機(jī)打印出一個和自己笑臉一模一樣的巧克力：首先，通過3d建模軟件，如123d或者photofly，將iphone或普通卡片機(jī)中的照片轉(zhuǎn)換成3d圖像數(shù)據(jù)，上傳到電腦后，就擁有了自己的三維設(shè)計圖。“油墨”則是液態(tài)巧克力，把巧克力融化后，裝進(jìn)打印機(jī)中的儲存器，按下“打印”鍵，打印機(jī)就會根據(jù)圖像數(shù)據(jù)把液態(tài)巧克力一層層堆疊成你的笑臉形狀。每層巧克力打印出來后，必須經(jīng)過凝固才開始下一層打印，加裝保溫和冷卻系統(tǒng)即可保證巧克力的粘稠度和溫度。
在原材料領(lǐng)域，xeroxparc公司還正在研發(fā)傳感器、晶體管等電子產(chǎn)品的打印材料，一旦成功，將意味著消費者可以自行設(shè)計打印手機(jī)或者mp3等。應(yīng)用軟件領(lǐng)域，工程師和程序員不時共享代碼和設(shè)計，越來越多免費開源軟件的出現(xiàn)，降低了3d打印的設(shè)計成本，如123d、openscad、tinkercard等。
3d印刷優(yōu)勢
相比傳統(tǒng)制造工藝，3d打印技術(shù)有兩個優(yōu)點，一是節(jié)省原材料和人工。由于采用“添加制造技術(shù)”，它的用料只有原來的1/3到1/2，打印速度卻 快4倍。同時因省卻生產(chǎn)線和一部分組裝過程，可降低人工成本。第二個優(yōu)點是可以制作形態(tài)各異的物品。理論上，只要電腦可以設(shè)計出的造型，3d打印機(jī)都可以 打印出來，2011年在加拿大展出的3d打印汽車urbee，即以其時尚前衛(wèi)的流線型外觀吸引了眾多關(guān)注。
3d打印技術(shù)的局限主要體現(xiàn)在材料上，目前打印材料主要是塑料、樹脂和金屬，骨骼等有機(jī)原料的研究也正在進(jìn)行并有了初步成果。受材料限制，3d 打印最初的應(yīng)用局限在建模和工業(yè)設(shè)計領(lǐng)域。但如今，3d打印技術(shù)逐漸開始被用于生產(chǎn)環(huán)節(jié)。它適用于小批量加工，由于不需要模具，對產(chǎn)品的修改不會增加額外 成本，只需修改設(shè)計圖即可。這也意味著，小批量個性化定制的成本被降低。未來，定制個性化的家具、食品、工藝品等商品將變得更加劃算。
三年前尚處于技術(shù)前沿的3d打印如今已成制造業(yè)中的新興戰(zhàn)略領(lǐng)域。2012年8月，美國總統(tǒng)奧巴馬撥款3000萬美元，在俄亥俄州建立了國家級 3d打印添加劑工業(yè)研究中心，并計劃第一步投入5億美元用于3d打印，以確保美國制造業(yè)不繼續(xù)轉(zhuǎn)移到中國和印度。長期跟蹤3d打印行業(yè)的咨詢公司 wohlers associates表示，2011年，3d打印機(jī)的市場規(guī)模為17億美元左右，到2015年該市場將達(dá)37億美元。
燙印工藝該如何正確的選擇承印件
壓痕機(jī)的保養(yǎng)與維護(hù)
對膠印機(jī)收紙部分剖析
日本三大印刷巨頭2016財報，三項數(shù)據(jù)下滑
印后加工，寬幅印刷企業(yè)有哪些可供選擇
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銷售管理存在“四難”及其解決辦法
企業(yè)管理大忌，避免成為“虛空指揮者”