创想智造3D打印手板模型加工

标题: 可更换鞋跟的3D打印鞋 [打印本页]

作者: 3D新闻 时间: 2016-1-3 08:29
标题: 可更换鞋跟的3D打印鞋
3D打印技术，一个你不陌生而又陌生的词汇。不陌生的是你也不知道从哪里学来的这个词，突然就从嘴里冒了出来，一下子变的朗朗上口。陌生的是当你想要向朋友解释什么是3D打印技术时，你却发现这个时不时从自己嘴里蹦出、为自己跟上时代步伐而引以为傲的词，完全不知从何说起。这的确不能怪你，因为我们都一样，对这项老旧的新技术始终知之甚少。称之为老旧，因为早在几十年前它即为世人所发明，只不过在最近才因为材料、工艺、成本等原因被从行业边缘拉回了主流市场。那到底什么是3D打印技术？1984年该技术的创始人查尔斯•W•赫尔定义了专利术语‘Stereolithography’即‘立体光刻造型技术’，通俗的说法是‘系统通过创建多个截面的方式生成三维物体对象’。

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1-鞋底的打印 3D打印的设计过程是：先通过计算机辅助设计（CAD）或计算机动画建模软件建模，再将建成的三维模型‘分区’成逐层的截面，从而指导打印机逐层打印。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。这种技术的特点在于其几乎可以造出任何形状的物品。通俗的讲，就是每个截面数据相当于医学上的一张CT像片；整个制造进程能够比喻为一个‘积分’的进程。然后整个进程在电脑的操控下，由3D打印机体系主动完结。目前的3D打印已经拥有了许多不同的技术，其中比较成熟的有UV、SLA、SLS、LOM和FDM等方法。

其中： SLA是‘StereolithographyAppearance’的缩写，即立体光固化成型法。用特定波长与强度的激光聚集到光固化材料表面，使之由点到线，由线到面次序凝结，完结一个层面的绘图作业，然后升降台在笔直方向移动一个层片的高度，再固化另一个层面。这样层层叠加构成一个三维实体。SLA技术首要用于制造多种模具、模型等，还能够在制造过程中通过掺加其他成分，SLA用原型模替代熔模精细铸造中的蜡模。SLA技术成形速度较快，精度较高，但因为树脂固化进程中发生短缩，不可避免地会发生应力或导致形变。因而适用于开发短缩小、固化快、强度高的光敏材料。

SLS技术，挑选性激光烧结技术（SLS——SelectiveLaserSintering）是选用激光有挑选地分层烧结固体粉末，并使烧结成型的固化层层层叠加生成所需形状的零件。其整个技术进程包含CAD模型的树立及数据处置、铺粉、烧结以及后处置等。整个技术设备由粉末缸和成型缸组成，作业时粉末缸活塞（送粉活塞）上升，由铺粉辊将粉末在成型缸活塞（作业活塞）上均匀铺上一层，机核算机依据原型的切片模型操控激光束的二维扫描轨道，有挑选地烧结固体粉末材料以构成零件的一个层面。粉末完结一层后，作业活塞降低一个层厚，铺粉体系铺上新粉。操控激光束再扫描烧结新层。如此循环往复，层层叠加，直到三维零件成型。结尾，将未烧结的粉末收回到粉末缸中，并取出成型件。 3D打印机技术中，金属粉末SLS技术这些年最为热议与追捧。运用高熔点金属直接烧结成型零件，对用传统切削加工办法难以制造出的高强度零件，对急速成型技术更广泛的运用具有重要的意义。

LOM技术，分层实体制造法（LOM——LaminatedObjectManufacturing），LOM又称层叠法成形，它以片材（如纸片、塑料薄膜或复合资料）为原资料，其成形原理为激光切开体系依照核算机提取的横截面概括线数据，将反面涂有热熔胶的纸用激光切开出工件的表里概括。切开完一层后，送料机构将新的一层纸叠加上去，运用热粘压设备将已切开层粘合在一起，然后再进行切开，这样一层层地切开、粘合，结尾变成三维工件。LOM常用资料是纸、金属箔、塑料膜、陶瓷膜等，此技术除了能够制造模具、模型外，还能够直接制造构件或功用件。

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未组装的3D打印鞋该技术的优点是作业牢靠、模型支撑性好、成本低、效率高。缺陷是前、后处置费时吃力，且不能制造中空布局件。 FDM技术，熔积成型（FDM——FusedDepositionModeling）法，该办法运用丝状资料（白腊、金属、塑料、低熔点合金丝）为材料，运用电加热办法将丝材加热至略高于熔化温度（约比熔点高1℃），在核算机的操控下，喷头作x-y平面运动，将熔融的资料涂覆在作业台上，冷却后构成工件的一层截面，一层成形后，喷头上移一层高度，进行下一层涂覆，这样逐层堆积构成三维工件。该技术污染小，材料能够回收，主要用于中、小型工件、塑料件、铸造用蜡模、样件或模型。

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打印可替换的鞋跟众多集中技术中，它们的不同之处在于以可用的材料的方式，并以不同层构建创建部件。有些技术利用熔化或软化可塑性材料的方法来制造打印的‘墨水’，例如：选择性激光烧结和熔融沉积式，还有一些技术是用液体材料作为打印的‘墨水’的，例如：立体平板印刷、分层实体制造。每种技术都有各自的优缺点。一般来说，主要的考虑因素是打印的速度和成本、3D打印机的价格、物体原型的成本、还有材料以及色彩的选择和成本。就目前来看，可以直接打印金属的打印机价格最为昂贵，所以很多时候人们会先使用普通的3D打印机来制作模具，然后用这些模具制作金属部件。随着多种3D打印技术的日趋完善，3D打印技术所带来的技术优势也逐渐显现在我们面前。若干年前，3D打印鞋是种毫无意义的想法。尤其是当技术仍处于熔丝制造法为主的桌面级3D打印机时。近来，随着大量可使用于3D打印的新材料涌现，我们看到了3D打印技术的更多新应用。

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可更换鞋跟无论是本刊或是其他媒体都曾报道过关于企业或个人利用3D技术打印衣服、配饰的实例，比如钱包，手机壳，甚至完全的3D打印鞋。现在，来自台湾的一家名为朗朗设计的企业，则希望在3D技术上走得更远。陈敏杰（音译），朗朗设计的联合创始人之一，生活中痴迷于设计和构造，对数字化制造有着强烈的兴趣。陈敏杰是一名拥有建筑学学历的设计师，喜欢挑战数字化制造的极限。通常每一年他都要针对一种技术建立一个大项目，比如CNC、激光切割、高速切割机床以及3D打印。他认为能够自己动手设计和操作是一件很美妙的事情。陈敏杰从2012年开始拥有一台闪铸3D打印机，并不断进行创意实验。去年他的3D打印换装十六进制系列，这是他在Thingiverse网站上发现的另一个混合设计。

随后，他用他的3D设备为一只受伤的鸭子成功制作出复健辅具，帮助鸭子恢复行走，从而获得不少关注。这只鸭子遭到野狗攻击，左脚受到严重伤害，虽然经过动物医院手术治疗后，但左脚掌向内蜷缩无法自由行走。动物医院兽医希望有人能帮忙制作专用的复健辅具。朗朗设计接下这项请求，先建立辅具的3D模型，再利用3D打印机制作辅具，成功帮鸭子量身打造复健专用辅具，为国内3D打印创下新的应用实例。陈敏杰表示要帮鸭子量身打造辅具并不容易，使用 3D扫描仪为受伤的鸭脚建立模3D模型，但很快的就发现3D扫描仪以红外线建模有其限制，扫描的物体表面如有油脂或反光就会使模型出现破面，无法建立完整的3D模型，加上鸭子是活生生的动物，细微的震动也会影响到3D扫描。朗朗设计利用纸黏土为伤脚建模，再透过逆向工程修改3D模型，经过不断的修正、打印、试穿，最终成功。辅具在设计上包括4个组件，包括下底板、上束带、前肢左右固定器及转轴，可以想见制作上过程繁复，且需要耐心不断修改。为了克服3D扫描仪的限制，朗朗以纸黏土为鸭子的脚掌、踝关节等处制作阴模、阳模，再透过逆向工程修改调整3D模型。

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整鞋效果国外曾有利用3D打印技术制作义肢的案例，陈敏杰表示，制作义肢是依照想象设计制作，但鸭子受伤的左脚仍然存在，必需为伤脚量身设计制作辅具感觉要比义肢更困难，例如辅具必需考虑伤脚的踝关节、弯曲的自由度等等。有了这个成功的案例，今年陈敏杰想做一些新的尝试，一些关于定制鞋以及更进步的尝试。为此，他想到了具有可换鞋跟特点的3D打印鞋。想到此，尤其是针对女鞋而言，这真是一个相当出彩的主意。陈敏杰说有时候女士们需要为日常活动准备不止一双鞋子，比如工作时候穿的、社交活动时穿的，以及散步时候穿的。有时候好看的鞋不一定适宜散步。

为什么不设计一种可更换鞋跟的装置？携带起来也没有任何问题，因为任何人都可以灵活而简便地自行打印可更换鞋跟。随着可使用的弹性纤维丝材料的增加，鞋子已经能够通过3D打印制造舒适的鞋子，同时弹性度使鞋子易于弯曲和压缩从而适合放进小空间中，比如，女士的手提包。陈敏杰开始这个项目前，为完善源自拔佳鞋业所设计鞋模，陈敏杰便花费了三个迭代。然后3D扫描被用于穿着者脚的测试，以确保脚部尺寸完美无暇的精准。鞋被分成独立的四个部分打印，包括鞋尖部，鞋跟萼、鞋底和鞋跟。鞋可以是未组装状态的。穿鞋的人可以选择去掉鞋跟部分，用另外的尺寸替代，说不定女士们更愿意在晚上外出之时穿更高跟的鞋子，在白天到处走动时换回矮的鞋跟。朗朗设计的创意可以提供这样的选择。若陈敏杰继续致力于这个设计以及其他新的、趣味的新式鞋，惊喜的成果可以预见。可以说，3D打印技术为企业产品的设计开发人员带来了一种全新的产品开发模式。运用3D打印技术能够急速、直接、准确地将设计思维转化为具有必定功用的产品模型（样件），这不但缩短了开发周期，并且降低了开发费用，更激发了无数创意。随着技术的日臻成熟，相信在制鞋业将会出现更多3D技术之下的惊喜之作。

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