创想智造3D打印手板模型加工

标题: 全球3D打印机白皮书第一章《源起》 [打印本页]

作者: 创客 时间: 2014-7-25 09:01
标题: 全球3D打印机白皮书第一章《源起》
人类一直有一个梦想，这个梦想被封印在一部叫做《神笔马良》的故事中，那就是画出一幅画，就能得到画中的物体。

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　　时间进入到21世纪，“化图为物”这一传说中魔法，终于在3D打印技术出之后，被人类破解。最早的3D打印技术出现在20世纪90年代中期，实际上是利用光固化和纸层叠等技术的最新快速成型装置。它与普通打印工作原理基本相同，打印机内装有液体或粉末等“打印材料”，与电脑连接后，通过电脑控制把“打印材料”一层层叠加起来，最终把计算机上的蓝图变成实物。

3D打印机发展简史：
　　1986年，Charles Hull开发了第一台3D印刷机。

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▲Charles Hull先生

（Charles Hull在1983年发明了SLA (Stereolithography，液态树脂固化或光固化) 3d打印技术，随后于1984年申请美国专利，1986年获得有史以来第一件结合电脑绘图、固态激光与树脂固化技术的3D打印技术之专利证书(US 4,575,330);同一年，他也在加州成立了业界知名的3D Systems公司）

　　1993年，麻省理工学院获3D印刷技术专利。
　　1995年，美国ZCorp公司从麻省理工学院获得唯一授权并开始开发3D打印机。
　　2005年，市场上首个高清晰彩色3D打印机Spectrum Z510由ZCorp公司研制成功。
　　2010年11月，世界上第一辆由3D打印机打印而成的汽车Urbee问世。
　　2011年6月6日，发布了全球第一款3D打印的比基尼。
　　2011年7月，英国研究人员开发出世界上第一台3D巧克力打印机。
　　2011年8月，南安普敦大学工程师开发出世界上第一架3D打印的飞机。
　　2012年11月，苏格兰科学家利用人体细胞首次用3D打印机打印出人造肝脏组织。
　　2013年6月，美国“太空制造”公司宣布，将于明年为国际空间站提供一台3D打印机，供宇航员在轨生产零部件，无需再从地球运输零部件。

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　　看上去非常神奇的3D打印技术，其实原理很简单，3D打印机的基础原理大家平时使用的普通打印机并没有什么不同，只是3D打印机的喷头可以实现层的而叠加效果，通过独有的金属、陶瓷、塑料等不同材质的耗材，通过电脑控制的打印头实现耗材的叠加效果，最终将电脑中的一个3D模型，打印成实物。之所以通俗地称其为“3D打印机”是参照了普通打印机的技术原理，因为分层加工的过程与喷墨打印十分相似。这项打印技术称为3D立体打印技术。

3D印技术和材料

在这个新兴的3D打印行业中，存在着许多不同的技术，例如：熔融沉积式，电子束熔化成型，现在常见的 3D打印常用材料有尼龙玻纤、耐用性尼龙材料、石膏材料、铝材料、钛合金、不锈钢、镀银、镀金、橡胶类材料。

类型	技术	基本材料
挤压	熔融沉积式 (FDM）	热塑性塑料，共晶系统金属、可食用材料
线	电子束自由成形制造(EBF)	几乎任何合金
粒状	直接金属激光烧结（DMLS）	几乎任何合金
	电子束熔化成型（EBM）	钛合金
	选择性激光熔化成型(SLM)	钛合金，钴铬合金，不锈钢，铝
	选择性热烧结（SHS）	热塑性粉末
	选择性激光烧结（SLS）	热塑性塑料、金属粉末、陶瓷粉末
粉末层喷头3D打印	石膏3D打印 (PP)	石膏
层压	分层实体制造（LOM）	纸、金属膜、塑料薄膜
光聚合	立体平板印刷（SLA）	光硬化树脂
光聚合	数字光处理 (DLP)	光硬化树脂

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▲3D打印机

3D打印的步骤

想要获得一个3D打印的实物，用户至少要完成3个步骤。

1、三维设计
通过3D建模软件，设计一个想要的物体，它可以是圆的、方的，多边形的，只要足够耐心设计一个发动机，也是完全可以的，当然，如果想获得一些可以动的零件，这需要3D建模师具有足够的耐心和实力。

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▲用于打印的三维模型

三维模型制作完毕之后，就要进行切片工作，现今，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。

2、打印
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。

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▲打印过程

3D打印与2D打印相比，是在坐标X、Y的基础上增加了一个相当于高度的Z坐标， Systems' ProJet 系列可以打印出16微米薄的一层，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。而用三维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。

3、后期加工
虽然现在3D打印机的精度已经足够高，但是弯曲部分，还是会有一些粗糙，另外在一些镂空或者活动连接件上面，有些机器会用到支撑物，所以往往打印接收后，还需要人手工进行一些精度的打磨或者去处支撑物的工作。

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▲最终处理完的结果

下面的视频中像大家介绍了一个可以动的扳手，是如何制作完成的
https://player.youku.com/player.php/sid/XMjgyNzUyNTY4/v.swf

3D打印改变了什么？

　　如今，3D打印技术已经被誉为第三次工业革命，当然也有很多人认为这是是一个噱头，他们强调成本和打印材料的单一性，注定了了3D打印不能成为大量生产的工具。但是笔者认为不然，3D打印其实已经改变了我们对固有习惯的认知。3D打印技术已经在颠覆传统制造业，第二次工业革命带来了标准化大规模生产，但是因为人的原因，注定不能满足个性化的需求。3D打印作为标准化+个性化的延伸，在满足大规模生产同时，定制个性化产品将成为可能。

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▲图解3D打印的理念

　　喜欢摩托车的朋友，对于哈雷摩托一定不陌生，为了能让哈雷更加个性，美国一个哈雷车改装店，如今正在使用3D打印机为用户定制改装零件，这些改装零件除了速度更快之外，也更好的实现了以前无法手工制造的造型，例如，将一个独立的物体，植入到一个完美无缝的镂空球体中间，而产品开发制造的时间也缩短到2-3天。

　　当然，除了高端的定制行业之外，越来越多的个性化市场，正在成为3D打印机的新市场，再例如牙医，以前无论做一颗什么材质的假牙，都需要至少一周的时间，而且新的假牙还需要反复的打磨之后，才能使用，稍有不慎一颗假牙打磨过度，千元的损失不算什么，但是你还要再等一周的时间，而今天，只需要根据数据，医生可以快速的为患者打印一颗假牙，而时间只是几个小时而已。

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▲3D打印的电影道具

　　另外，在机械制造行业，一个设计师想要制作一辆新车或零件的模型，其中的艰辛绝对不亚于一个塑像大师，而且如果需要对模型进行修改，或者再复制一个一摸一样的模型，都是一次新的煎熬，而这些对于3D打印机而言，只是敲几下键盘修改几个数据而已。未来，新车上市的速度和设计的成本，将随着3D打印机的不断发展，变得更快、价格更低。

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▲3D打印的人造器官，鼻子

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▲宇航员在太空中测试3D打印机

　　与传统行业相比，太空领域在3D打印设备已经走到了前面。美国“太空制造”公司将与美国太空总署马歇尔航天中心合作，开展在零重力环境中的3D打印技术试验研究，并计划在明年八月利用美国太空探索技术公司的“龙”飞船，将新研发的太空3D打印机送往国际空间站。“太空制造”公司说，国际空间站现有的三成以上的备用部件都可由这台3D打印机制造。这台设备将使用聚合物和其他材料，利用挤压增量制造技术逐层制造物品。

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