3d打印材料的优缺点

发表于 2016-11-9 10:25:59 显示全部楼层 0 7987

马上注册(开思网用户可以直接登录),结交更多好友,享用更多功能,让你轻松玩转3D打印社区。

您需要 登录 才可以下载或查看,没有帐号?注册享受会员折扣

x
篇一:3D打印机的主要技术平台及优缺点

3D打印机的主要技术平台及优缺点 3D打印技术从狭义上来说主要是指增材成型技术,从成型工艺上看,3D打印技术突破了传统成型方法,通过快速自动成型系统与计算机数据模型结合,无需任何附加的传统模具制造和机械加工就能够制造出各种形状复杂的原型,这使得产品的设计生产周期大大缩短,生产成本大幅下降。3D打印,俗称“三维打印技术”或 “快速制造技术”,是对一系列“增材制造”技术的总称。

那么,3D打印技术主要分为哪几种,优缺点是什么呢?以下详细说明:

一、FDM:熔融沉积成型工艺

熔融沉积成型工艺(Fused Deposition Model-ing, FDM)是继LOM工艺和SLA工艺之后发展起来的一种3D打印技术。该技术于1988年发明,随后Stratasys公司成立并在1992年推出了世界上第一台基于FDM技术的3D打印机——“3D造型者(3DModeler)”,这也标志着FDM技术步入商用阶段。国内的清华大学、北京大学、北京殷华公司、中科院广州电子技术有限公司都是较早引进FDM技术并进行研究的科研单位。FDM工艺无需激光系统的支持,所用的成型材料也相对低廉,总体性价比高,这也是众多开源桌面3D打印机主要采用的技术方案。

FDM成型原理:熔融沉积有时候又被称为熔丝沉积,它将丝状的热熔性材料进行加热融化,通过带有微细喷嘴的挤出机把材料挤出来。喷头可以沿X轴的方向进行移动,工作台则沿Y轴和Z轴方向移动(当然不同的设备其机械结构的设计也许不一样),熔融的丝材被挤出后随即会和前一层材料粘合在一起。一层材料沉积后工作台将按预定的增量下降一个厚度,然后重复以上的步骤直到工件完全成型。下面我们一起来看看FDM的详细技术原理(如图1)。

FDM成型技术的优点:

(1)成本低。熔融沉积造型技术用液化器代替了激光器,设备费用低;另外原材料的利用效率高且没有毒气或化学物质的污染,使得成型成本大大降低。

(2)原材料以材料卷得的形式提供,易于粉末材料搬运和储存以及快速更换;

(3)原材料在成型过程中无化学变化,相对金属粉末,树脂固化制件成型的变形小。 FDM成型技术的缺点:

(1)需要配合支撑结构打内腔模型时,支撑面效果欠佳。

(2)需要对整个截面进行逐步打印,成型时间较长,成型速度相对SLA 慢7%左右。

二、SLA与DLP:立体光固化成型工艺

SLA立体光固化成型工艺又称立体光刻成型,该工艺最早于1984年提出并获得美国国家专利,是最早发展起来的3D打印技术之一。该专利申请两年后便成立了3D Systems公司,并于1988年发布了世界上第一台商用3D打印机SLA-250。SLA工艺以光敏树脂作为材料,

在计算机的控制下紫外激光将对液态的光敏树脂进行扫描从而让其逐层凝固成型,SLA工艺能以简洁且全自动的方式制造出精度极高的几何立体模型;

DLP 投影成型技术导引:为了提高光固化成型速度,由之前激光扫描固化提高到固化更快面积更大的投影固化技术;

SLA激光光固化成型原理:

液槽中会先盛满液态的光敏树脂,氦-镉激光器或氩离子激光器发射出的紫外激光束在计算机的操纵下按工件的分层截面数据在液态的光敏树脂表面进行逐行逐点扫描,这使扫描区域的树脂薄层产生聚合反应而固化形成工件的一个薄层。

当一层树脂固化完毕后,工作台将下移一个层厚的距离以使在原先固化好的树脂表面上再覆盖一层新的液态树脂,刮板将黏度较大的树脂液面刮平然后再进行下一层的激光扫描固化。因为液态树脂具有高黏性而导致流动性较差,在每层固化之后液面很难在短时间内迅速抚平,这样将会影响到实体的成型精度。采用刮板刮平后,所需要的液态树脂将会均匀地涂在上一叠层上,这样经过激光固化后将可以得到较好的精度,也能使成型工件的表面更加光滑平整。新固化的一层将牢固地粘合在前一层上,如此重复直至整个工件层叠完毕,这样最后就能得到一个完整的立体模型。当工件完全成型后,首先需要把工件取出并把多余的树脂清理干净,接着还需要把支撑结构清除掉,最后还需要把工件放到紫外灯下进行二次固化。

SLA

工艺成型效率高,系统运行相对稳定,成型工件表面光滑精度也有保证,适合制作结构异常复杂的模型,能够直接制作面向熔模精密铸造的中间模。尽管SLA的成型精度高,但成型尺寸也有较大的限制而不适合制作体积庞大的工件,成型过程中伴随的物理变化和化学变化可能会导致工件变形,因此成型工件需要有支撑结构。目前SLA工艺所支持的材料还相当有限且价格昂贵,液态的光敏树脂具有一定的毒性和气味,材料需要避光保存以防止提前发生聚合反应。SLA成型的成品硬度很低而相对脆弱(笔者在一次3D打印体验活动中看到了SLA成品触地碎裂的情况)。此外,使用SLA成型的模型还需要进行二次固化,后期处理相对复杂。

DLP投影固化成型原理:

光源透过聚光镜,使光源均匀分布,菲涅尔镜是光源垂直照射在液晶屏上,液晶屏两面分别有偏振膜,偏振膜是液晶显示成像的基础,任何液晶屏自身都有偏振膜,液晶屏的成像显示就是透明显示的,图像就会通过液晶屏照射到光敏树脂上,托板与底模之间固定高度的树脂通过投影的光发生固化成形并附着在托板上,再由托板将固化成形的部分拉起,让液体再次补充进来,托板在下降,从而托板与底模之间的薄层树脂再次发生固化并附着在之前成形的固化树脂上,周而复始,逐层固化直到完成模型整体成形。

1.光源 2.聚焦透镜 3.菲涅尔透镜 4.偏振膜 5.液晶屏 6.偏振膜 7.储液槽底模 8.光固化树脂 9.光固化成型托板 紫外线光源采用半导体LED光源,或者辅助增加高压钠灯来提高光源强度,缩短曝光固化时间。液晶屏上放着的是储液槽,储液槽下方是透明薄膜结构,要比较松弛,不要过于绷紧,不利于固化脱模。

光固化成型优点:

(1)表面质量好; (2)整面固化,成型速度快; 光固化成型缺点:

(1)尺寸的稳定性差。成型过程中伴随着物理和化学变化,导致软薄部分易产生翘曲变形,因而极大地影响成型件的整体尺寸精度。所以需要设计成型件的支撑结构,否则会引起成型件的变形。

(2)可使用的材料种类较小。目前可使用材料主要为感光性液态树脂材料,并且因为材料本身特性问题,不能对成型件进行抗力和热量的测试。

(3)液态树脂具有气味和毒性,并且需要避光保护,以防止其提前发生聚合反应,选择时有局限性。 (4)需要二次固化。在很多情况下,经过快速成型系统光固化后的原型树脂并未完全被激光固化,所以通常需要二次固化。

三、SLS:选择性激光烧结工艺 SLS技术起源于1986年,于1988年研制成功了第一台SLS成形机。随后,由美国的DTM公司将其商业化,于1992年推出了该工艺的商业化生产设备SinterStation 2000成形机。在过去的20多年里,SLS技术在各个领域得到广泛的应用,研究选择性激光烧结设备工艺的单位有美国的DTM公司、3D Systems公司、德国的EOS公司,在国内也有许多科研单位开展了对SLS工艺的研究,如南京航空航天大学、中北大学、华中科技大学、武汉滨湖机电产业有限公司、北京隆源自动成型有限公司、湖南华曙高科等;

篇二:3D打印的优缺点

优缺点

在3D打印技术可以打印假肢、汽车、飞机的今天,它还在创造无限的可能。

首先3D打印技术可以加工传统方法难以制造的零件。过去传统的制造方法就是一个毛坯,把不需要的地方切除掉,是多维加工的,或者采用模具,把金属和塑料融化灌进去得到这样的零件,这样对复杂的零部件来说加工起来非常困难。立体打印技术对于复杂零部件而言具有极大的优势,立体打印技术可以打印非常复杂的东西。

其次实现了首件的净型成形,这样后期辅助加工量大大减小,避免了委外加工的数据泄密和时间跨度,尤其适合一些高保密性的行业,如军工、核电领域。再次由于制造准备和数据转换的时间大幅减少,使得单件试制、小批量出产的周期和成本降低,特别适合新产品的开发和单件小批量零件的出产。

这些速度快、高易用性等优势使得3D打印成为一种潮流,并且在很多领域得到了应用。如今3D打印机已经在建筑设计、医疗辅助、工业模型、复杂结构、零配件、动漫模型等领域都已经有了一定程度的应用。尤其在飞机、核电和火电等使用重型机械、高端精密机械的行业,3D打印技术“打印”的产品是自然无缝连接的,结构之间的稳固性和连接强度要远远高于传统方法。

事实上,3D打印技术要成为主流的生产制造技术还尚需时日。
3D打印机21世纪初的实际使用仍属于快速成型范畴,即为企业在生产正式的产品前提供产品原型的制造,业内也将这类原型称作手板。据统计,3D打印机生产的产品中80%依旧是产品原型,仅有20%是最终产品。虽然3D打印机技术在21世纪初已取得不小的进步,比如材料增多、打印机和原材料价格逐渐下降,但在2012年左右,依旧是一项年轻的技术,在没有变得更加成熟和廉价前,并不会被企业大规模采用。

3D打印的优缺点同样突出
上海同济大学教授、现代制造技术研究所名誉所长张曙认为:“过去,我们只是当3D打印是一种快速成形技术,但现在工业领域的应用,可以让设计、创意与生产分开,可以实现减少库存的生产,等于提供了新的商务模式,就势必会引起制造业的变革。但3D打印的技术还存在很多难题,加工精度、材料应用等方面,在制造业的应用不是一时半刻能够实现的”。

3D打印原理之一
从技术角度来看,3D打印是快速成型技术的一种,快速成型工艺目前有立体平板印刷术(SLA法)、分层激光烧结法(SLS法)、逐层轮廓成型法(LOM法)、光掩膜法(SGC法)、融化沉积法(FDM法)、陶瓷壳发(DSPC法)等。

之前中央十套《我爱发明》(点击查看视频)节目中提到就是分层激光烧结法,用来烧结塑料制品效果不错,后来又实验来做了个钻头,效果就很差了。

3D打印的作品质量差强人意
从这里其实可以看出3D打印主要的适用范围以及缺点。对于一般要求较低、专业性不强的部件,3D打印可以满足要求,设计师能通过这种方法将电脑上的图形快速转换成物理实物模型,方便对设计和功能进行验证,缩短产品开发周期,及时发现问题,如果用传统方法,需要经过绘图、工艺设计、模具制造等多个环节,花费较多的时间和较高的成本。市场上的好多3D打印机打印的物件只能当作模型使用,只有荷兰FELIX 3D公司研发的Felix 2.0 高精度 3D打印机打印的物件可以作为零部件使用。

3D打印实际就是快速成型技术
如果是做钻头这种高硬度的产品,3D打印明显力不从心。这个不是改进技术就能够解决的,因为快速成型技术本身存在本质性缺陷和局限性。

4优势

优势1:制造复杂物品不增加成本;

优势2:产品多样化不增加成本;

优势3:零时间交付;

优势4:设计空间无限;

优势5:零技能制造;

优势6:不占空间、便携制造;

优势7:材料无限组合;

优势8:精确的实体复制。

以上部分优势已经得到证实,其他的会在未来的一二十年 成为现实。3D打印突破了原来熟悉的历史悠久的传统制造限制,为以后的创新提供了舞台

篇三:3D打印技术的优缺点以及应用领域

3D打印技术的优缺点以及应用领域
3D打印技术经过这些年的发展,技术上已基本上形成了一套体系,同样,可应用的行业也逐渐扩大,从产品设计到模具设计与制造,材料工程、医学研究、文化艺术、建筑工程等等都逐渐的使用3D打印机技术,使得3D打印机技术有着广阔的前景。不断提高3D打印技术的应用水平是推动这项技术发展的重点。

优点:一是最直接的好处就是节省材料,不用剔除边角料,提高材料利用率,通过摒弃生产线而降低了成本;二是能做到很高的精度和复杂程度,除了可以表现出外形曲线上的设计;三是不再需要传统的刀具、夹具和机床或任何模具,就能直接从计算机图形数据中生成任何形状的零件;四是它可以自动、快速、直接和精确地将计算机中的设计转化为模型,甚至直接制造零件或模具,从而有效的缩短产品研发周期;五是3D打印能在数小时内成形,它让设计人员和开发人员实现了从平面图到实体的飞跃;六是它能打印出组装好的产品,因此它大大降低了组装成本,它甚至可以挑战大规模生产方式。

缺点:任何一个产品都应该具有功能性,而如今由于受材料等因素限制,通过3D打印制造出来的产品在实用性上要打一个问号。①强度问题:房子、车子固然能“打印”出来,但是否能抵挡得住风雨,是否能在路上顺利跑起来?②精度问题:由于分层制造存在“台阶效应”,每个层次虽然很薄,但在一定微观尺度下,仍会形成具有一定厚度。的一级级“台阶”,如果需要制造的对象表面是圆弧形,那么就会造成精度上的偏差;③材料的局限性:目前供3D打印机使用的材料非常有限,无外乎石膏、无机粉料、光敏树脂、塑料等。能够应用于3D打印的材料还非常单一,以塑料为主,并且打印机对单一材料也非常挑剔。

目前,3D打印技术已在工业造型、机械制造、航空航天、军事、建筑、影视、家电、轻工、医学、考古、文化艺术、雕刻、首饰等领域都得到了广泛应用。并且随着这一技术本身的发展,其应用领域将不断拓展。3D打印技术的实际应用主要集中在以下几个方面:

产品设计领域
在新产品造型设计过程中的应用3D打印技术为工业产品的设计开发人员建立了一种崭新的产品开发模式。运用3D打印技术能够快速、直接、精确地将设计思想转化为具有一定功能的实物模型(样件),这不仅缩短了开发周期,而且降低了开发费用,也使企业在激烈的市场竞争中占有先机。

建筑设计领域
建筑模型的传统制作方式,渐渐无法满足高端设计项目的要求。全数字还原不失真的立体展示和风洞及相关测试的标准,现如今众多设计机构的大型设施或场馆都利用3D打印技术先期构建精确建筑模型来进行效果展示与相关测试,3D打印技术所发挥的优势和无可比拟的逼真效果为设计师所认同。机械制造领

域由于3D打印技术自身的特点,使得其在机械制造领域内,获得广泛的应用,多用于制造单件、小批量金属零件的制造。有些特殊复杂制件,由于只需单件生产,或少于50件的小批量,一般均可用3D打印技术直接进行成型,成本低,周期短。

模具制造领域
例如玩具制作等传统的模具制造领域,往往模具生产时间长,成本高。将3D打印技术与传统的模具制造技术相结合,可以大大缩短模具制造的开发周期,提高生产率,是解决模具设计与制造薄弱环节的有效途径。3D打印技术在模具制造方面的应用可分为直接制模和间接制模两种,直接制模是指采用3D打印技术直接堆积制造出模具,间接制模是先制出快速成型零件,再由零件复制得到所需要的模具。

医学领域
在医学领域的应用近几年来,人们对3D打印技术在医学领域的应用研究较多。以医学影像数据为基础,利用3D打印技术制作人体器官模型,对外科手术有极大的应用价值。

文化艺术领域
在文化艺术领域的应用,3D打印技术多用于艺术创作、文物复制、数字雕塑等。

航天技术领域
在航空航天领域中,空气动力学地面模拟实验(即风洞实验)是设计性能先进的天地往返系统(即航天飞机)所必不可少的重要环节。该实验中所用的模型形状复杂、精度要求高、又具有流线型特性,采用3D打印技术,根据CAD模型,由3D打印设备自动完成实体模型,能够很好的保证模型质量。

家电领域
3D打印技术在国内的家电行业上得到了很大程度的普及与应用,使许多家电企业走在了国内前列。如:广东的美的、华宝、科龙;江苏的春兰、小天鹅;青岛的海尔等,都先后采用3D打印技术来开发新产品,收到了很好的效果。3D打印技术的应用很广泛,可以相信,随着3D打印技术的不断成熟和完善,它将会在越来越多的领域得到推广和应用。本文由中国标识网收集整理,更多信息请访问标识商学院。

篇四:3D打印的十大优势

3D打印将精准的数字技术、工厂的可重复性和工匠的设计自由结合在一起,解放了人类创造东西的能力。本文是对当下3D打印技术带来便利的总结,节选自中信出版社《3D打印:从想象到现实》一书。

大多数人第一次听到3D打印时,他们就想到了那些老式的、常见的桌面打印机。喷墨打印机和3D打印机最大的区别是维度问题,桌面打印机是二维打印的,在平面纸张上喷涂彩色墨水,而3D打印机可以制造拿在手上的三维物体。3D打印机依据计算机指令,通过层层堆积原材料制造产品。在人类历史的大部分时间里,我们通过切割原料或通过模具成型制造新的实体物品。

3D打印的技术名称是“增材制造”,这是对实际打印过程比较贴切的描述。3D打印独特的制造技术让我们能够生产前所未有的各种形状的物品。3D打印不是一种新技术,3D打印机已在制造机加工车间默默地工作了几十年。在过去的几年里,由于受到计算能力、新型设计软件、新材料、创新推动及互联网进步的推动,3D打印技术发展迅速。

计算机在3D打印过程中发挥关键作用,没有计算机发出的指令,3D打印机就会瘫痪。3D打印机正常运作的前提是要输入一个设计好的电子蓝图或设计文件,它们负责告诉3D打印机在哪里放置原材料。事实上,没有连接计算机及设计文件的3D打印机是没有用处的,就像没有存储音乐的iPod。

3D打印过程如下:3D打印机在设计文件指令的导引下,先喷出固体粉末或熔融的液态材料,使其固化为一个特殊的平面薄层。第一层固化后,3D打印机打印头返回,在第一层外部形成另一薄层。第二层固化后,打印头再次返回,并在第二层外部形成另一薄层。如此往复,最终薄层累积成为三维物体。

3D打印机不像传统制造机器那样通过切割或模具塑造制造物品。通过层层堆积形成实体物品的方法从物理的角度扩大了数字概念的范围。对于要求具有精确的内部凹陷或互锁部分的形状设计, 3D打印机是首选的加工设备,它可以将这样的设计在实体世界中实现。

3D打印的十大优势

来自各个行业、具有不同背景和专业技术水平的人用类似的方式描述,3D打印帮助他们减少主要成本、时间和复杂性障碍。

优势1:制造复杂物品不增加成本。就传统制造而言,物体形状越复杂,制造成本越高。

对3D打印机而言,制造形状复杂的物品成本不增加,制造一个华丽的形状复杂的物品并不比打印一个简单的方块消耗更多的时间、技能或成本。制造复杂物品而不增加成本将打破传统的定价模式,并改变我们计算制造成本的方式。

优势2:产品多样化不增加成本。一台3D打印机可以打印许多形状,它可以像工匠一样每次都做出不同形状的物品。传统的制造设备功能较少,做出的形状种类有限。3D打印省去了培训机械师或购置新设备的成本,一台3D打印机只需要不同的数字设计蓝图和一批新的原材料。

优势3:无须组装。3D打印能使部件一体化成型。传统的大规模生产建立在组装线基础上,在现代工厂,机器生产出相同的零部件,然后由机器人或工人(甚至跨洲)组装。产品组成部件越多,组装耗费的时间和成本就越多。3D打印机通过分层制造可以同时打印一扇门及上面的配套铰链,不需要组装。省略组装就缩短了供应链,节省在劳动力和运输方面的花费。供应链越短,污染也越少。

优势4:零时间交付。3D打印机可以按需打印。即时生产减少了企业的实物库存,企业可以根据客户订单使用3D打印机制造出特别的或定制的产品满足客户需求,所以新的商业模式将成为可能。如果人们所需的物品按需就近生产,零时间交付式生产能最大限度地减少长途运输的成本。

优势5:设计空间无限。传统制造技术和工匠制造的产品形状有限,制造形状的能力受制于所使用的工具。例如,传统的木制车床只能制造圆形物品,轧机只能加工用铣刀组装的部件,制模机仅能制造模铸形状。3D打印机可以突破这些局限,开辟巨大的设计空间,甚至可以制作目前可能只存在于自然界的形状。

优势6:零技能制造。传统工匠需要当几年学徒才能掌握所需要的技能。批量生产和计算机控制的制造机器降低了对技能的要求,然而传统的制造机器仍然需要熟练的专业人员进行机器调整和校准。3D打印机从设计文件里获得各种指示,做同样复杂的物品,3D打印机所需要的操作技能比注塑机少。非技能制造开辟了新的商业模式,并能在远程环境或极端情况下为人们提供新的生产方式。

优势7:不占空间、便携制造。就单位生产空间而言,与传统制造机器相比,3D打印机的制造能力更强。例如,注塑机只能制造比自身小很多的物品,与此相反,3D打印机可以制造和其打印台一样大的物品。3D打印机调试好后,打印设备可以自由移动,打

3d打印材料的优缺点

印机可以制造比自身还要大的物品。较高的单位空间生产能力使得3D打印机适合家用或办公使用,因为它们所需的物理空间小。
优势8:减少废弃副产品。与传统的金属制造技术相比,3D打印机制造金属时产生较少的副产品。传统金属加工的浪费量惊人,90%的金属原材料被丢弃在工厂车间里。3D打印制造金属时浪费量减少。随着打印材料的进步,“净成形”制造可能成为更环保的加工方式。

优势9:材料无限组合。对当今的制造机器而言,将不同原材料结合成单一产品是件难事,因为传统的制造机器在切割或模具成型过程中不能轻易地将多种原材料融合在一起。随着多材料3D打印技术的发展,我们有能力将不同原材料融合在一起。以前无法混合的原料混合后将形成新的材料,这些材料色调种类繁多,具有独特的属性或功能。

优势10:精确的实体复制。数字音乐文件可以被无休止地复制,音频质量并不会下降。未来,3D打印将数字精度扩展到实体世界。扫描技术和3D打印技术将共同提高实体世界和数字世界之间形态转换的分辨率,我们可以扫描、编辑和复制实体对象,创建精确的副本或优化原件。

以上部分优势目前已经得到证实,其他的会在未来的一二十年(或三十年)成为现实。3D打印突破了原来熟悉的历史悠久的传统制造限制,为以后的创新提供了舞台。

篇五:3D打印的十大优势和五大限制

3D打印的十大优势和五大限制 3D打印机不像传统制造机器那样通过切割或模具塑造制造物品。通过层层堆积形成实体物品的方法从物理的角度扩大了数字概念的范围。对于要求具有精确的内部凹陷或互锁部分的形状设计,3D打印机是首选的加工设备,它可以将这样的设计在实体世界中实现。下面是来自各个行业、具有不同背景和专业技术水平的人用类似的方式描述,3D打印帮助他们减少主要成本、时间和复杂性障碍。我们一起来看一下3D打印具有哪些优势。3D打印的优势 传统制造业无法企及

优势1:制造复杂物品不增加成本

就传统制造而言,物体形状越复杂,制造成本越高。对3D打印机而言,制造形状复杂的物品成本不增加,制造一个华丽的形状复杂的物品并不比打印一个简单的方块消耗更多的时间、技能或成本。制造复杂物品而不增加成本将打破传统的定价模式,并改变我们计算制造成本的方式。

优势2:产品多样化不增加成本

一台3D打印机可以打印许多形状,它可以像工匠一样每次都做出不同形状的物品。传统的制造设备功能较少,做出的形状种类有限。3D打印省去了培训机械师或购置新设备的成本,一台3D打印机只需要不同的数字设计蓝图和一批新的原材料。

优势3:无须组装

3D打印能使部件一体化成型。传统的大规模生产建立在组装线基础上,在现代工厂,机器生产出相同的零部件,然后由机器人或工人(甚至跨洲)组装。产品组成部件越多,组装耗费的时间和成本就越多。3D打印机通过分层制造可以同时打印一扇门及上面的配套铰链,不需要组装。省略组装就缩短了供应链,节省在劳动力和运输方面的花费。供应链越短,污染也越少。

优势4:零时间交付

3D打印机可以按需打印。即时生产减少了企业的实物库存,企业可以根据客户订单使用3D打印机制造出特别的或定制的产品满足客户需求,所以新的商业模式将成为可能。如果人们所需的物品按需就近生产,零时间交付式生产能最大限度地减少长途运输的成本。

优势5:设计空间无限

传统制造技术和工匠制造的产品形状有限,制造形状的能力受制于所使用的工具。例如,传统的木制车床只能制造圆形物品,轧机只能加工用铣刀组装的部件,制模机仅能制造模铸形状。3D打印机可以突破这些局限,开辟巨大的设计空间,甚至可以制作目前可能只存在于自然界的形状。

3D打印的十大优势和五大挑战

优势6:零技能制造

传统工匠需要当几年学徒才能掌握所需要的技能。批量生产和计算机控制的制造机器降低了对技能的要求,然而传统的制造机器仍然需要熟练的专业人员进行机器调整和校准。3D打印机从设计文件里获得各种指示,做同样复杂的物品,3D打印机所需要的操作技能比注塑机少。非技能制造开辟了新的商业模式,并能在远程环境或极端情况下为人们提供新的生产方式。

优势7:不占空间、便携制造

就单位生产空间而言,与传统制造机器相比,3D打印机的制造能力更强。例如,注塑机只能制造比自身小很多的物品,与此相反,3D打印机可以制造和其打印台一样大的物品。3D打印机调试好后,打印设备可以自由移动,打印机可以制造比自身还要大的物品。较高的单位空间生产能力使得3D打印机适合家用或办公使用,因为它们所需的物理空间小。

优势8:减少废弃副产品

与传统的金属制造技术相比,3D打印机制造金属时产生较少的副产品。传统金属加工的浪费量惊人,90%的金属原材料被丢弃在工厂车间里。3D打印制造金属时浪费量减少。随着打印材料的进步,“净成形”制造可能成为更环保的加工方式。

优势9:材料无限组合

对当今的制造机器而言,将不同原材料结合成单一产品是件难事,因为传统的制造机器在切割或模具成型过程中不能轻易地将多种原材料融合在一起。随着多材料3D打印技术的发展,我们有能力将不同原材料融合在一起。以前无法混合的原料混合后将形成新的材料,这些材料色调种类繁多,具有独特的属性或功能。

优势10:精确的实体复制

数字音乐文件可以被无休止地复制,音频质量并不会下降。未来,3D打印将数字精度扩展到实体世界。扫描技术和3D打印技术将共同提高实体世界和数字世界之间形态转换的分辨率,我们可以扫描、编辑和复制实体对象,创建精确的副本或优化原件。

以上部分优势目前已经得到证实,其他的会在未来的一二十年(或三十年)成为现实。3D打印突破了原来熟悉的历史悠久的传统制造限制,为以后的创新提供了舞台。

3D打印的挑战 成产业发展瓶颈

和所有新技术一样,3D打印技术也有着自己的缺点,它们会成为3D打印技术发展路上的绊脚石,从而影响它成长的速度。

3D打印也许真的可能给世界带来一些改变,但如果想成为市场的主流,就要克服种种担忧和可能产生的负面影响。

1、材料的限制

仔细观察你周围的一些物品和设备,你就会发现3D打印的第一个绊脚石,那就是所需材料的限制。虽然高端工业印刷可以实现塑料、某些金属或者陶瓷打印,但目前无法实现打印的材料都是比较昂贵和稀缺的。

另外,现在的打印机也还没有达到成熟的水平,无法支持我们在日常生活中所接触到的各种各样的材料。

研究者们在多材料打印上已经取得了一定的进展,但除非这些进展达到成熟并有效,否则材料依然会是3D打印的一大障碍。

2、机器的限制

众所周知,3D打印要成为主流技术(作为一种消耗大的技术),它对机器的要求也是不低的,其复杂性也可想而知。

目前的3D打印技术在重建物体的几何形状和机能上已经获得了一定的水平,几乎任何静态的形状都可以被打印出来,但是那些运动的物体和它们的清晰度就难以实现了。

这个困难对于制造商来说也许是可以解决的,但是3D打印技术想要进入普通家庭,每个人都能随意打印想要的东西,那么机器的限制就必须得到解决才行。

3、知识产权的忧虑

在过去的几十年里,音乐、电影和电视产业中对知识产权的关注变得越来越多。3D打印技术毫无疑问也会涉及到这一问题,因为现实中的很多东西都会得到更加广泛的传播。

人们可以随意复制任何东西,并且数量不限。如何制定3D打印的法律法规用来保护知识产权,也是我们面临的问题之一,否则就会出现泛滥的现象。

4、道德的挑战

道德是底线。什么样的东西会违反道德规律,我们是很难界定的,如果有人打印出生物器官或者活体组织,是否有违道德?我们又改如何处理呢?如果无法尽快找到解决方法,相信我们在不久的将来会遇到极大的道德挑战。

5、花费的承担

3D打印技术需要承担的花费是高昂的,对于普通大众来说更是如此。例如上面提到第一台在京东上架的3D打印机的售价为1万5,又有多少人愿意花费这个价钱来尝试这种新技术呢?也许只有爱好者们吧。

如果想要普及到大众,降价是必须的,但又会与成本形成冲突。如何解决这个问题,制造商们估计要头疼了。

每一种新技术诞生初期都会面临着这些类似的障碍,但相信找到合理的解决方案3D打印技术的发展将会更加迅速,就如同任何渲染软件一样,不断地更新才能达到最终的完善。

篇六:个人3D打印常用材料市场分析

你用什么打印材料?个人3D打印常用材料市场分析

ABS和PLA——绿色应用势在必行 30年以来,大部分公司主要采用ABS作为产品原型的制作,这就巩固了ABS作为第一3D打印媒介材料的地位。材料技术成熟,且可用于3D打印的ABS材料种类繁多,这是其他塑料材料无可比拟的。目前,市场可提供不同类型的高质量ABS产品,它们的颜色、透明度、防火和耐化学腐蚀性甚至能与其他传统加工的材料相媲美。但是由于缺乏规范化的单丝纤维,ABS单丝纤维的市场也比较分散,使得材料供应商无法追求更大的产能。在过去的几年里,业内人士已开始将1.75毫米的单丝纤维直径作为标准加工直径。

ABS尽管能带来众多好处,它也将面临种种挑战。在过去10年中,由于ABS材料物理特性的局限,它为个人3D打印也带来了一些限制。虽然ABS是3D打印材料市场最常见的材料,但它不会带来像尼龙或树脂那样能带来庞大的市场收入。

PLA正作为一种代替ABS的绿色产品,逐渐应用在3D打印中。随着塑料对传统制造工艺的绿色诉求不断增加,PLA也逐渐成为生产应用中使用量最多的材料。PLA部分材质构成是来自从玉米淀粉、黄豆、木薯根、甘蔗、马铃薯、小麦和许多其他植物中提取的可再生乳糖。部分PLA的混合物,比如像PLA4043D已经改造成为更加环保的材质。现在许多材料供应商为3D打印提供PLA单丝纤维,有些甚至是独家供应。

尼龙——新材料和新供应商,潜力无限 虽然3D打印材料市场的最常见的部分是ABS和PLA,实际上是尼龙才是应用规模最大的材料,预计到2019年,尼龙将占据3D打印材料市场30%的市场份额。尼龙材料正在往功能原型和终端制造应用的方向进行改进。尼龙可用于高温挤出工艺,但在激光烧结工艺中也能呈现熔融特性。在全球范围内,尼龙6主要应用于传统加工工艺,包括注塑成型。尼龙12则常用于激光烧结增材制作工艺。由于人们能够更好地控制3D打印的尼龙部件的内部结构,实现纤维序列的变化,从而提高部件的同性性能,能够在压力条件下,向物体输出变形编程。因此,尼龙在3D打印的材料市场中将继续保持其优势。

尽管如此,增材制造的尼龙粉供应商数量仍然有限。目前只有极少数厂家为3D打印生产的尼龙粉末。主要的供应商是:赢创、阿科玛、Arzuano、ExcelTec和罗地亚。也有一些中国企业生产激光烧结工艺的尼龙粉末。

光敏树脂——未来新宠,始于原型制作,后劲十足

30年来,树脂被选择性地固化,以形成物体结构。自从这项技术在30年前首次亮相以来,始终受到工程师的热爱,而光固化3D打印技术的完善,更是为原型工程师带来一个更加完美的解决方案及可预期的小型但利润丰厚的用户群。未来十年,树脂仍有巨大商机,通过SLA设备的大规模安装使用,更多的功能树脂材料和终端应用将逐渐出现,光敏树脂打印技术未来潜力十足。

未来这十年,预计树脂的市场需求与3D打印尼龙的需求一样大。高精度的特点注定树脂最大型的应用将主要是原型设计。SLA设备能产生高度精确的三维原型,可以执行形状拟合测试。这些原型有垫圈、齿轮和铰链,将对汽车、医疗、重型机械、航空航天工业中的部件制造产生重要的影响。SLA设备也开始在建筑和电子等设计导向型行业产生较大影响。预计未来5-7年树脂材质的不断完善,将让工程师能生产出更强大的功能原型部件。这些功能原型部件会直接使用在高性能汽车行业及航天航空行业。光敏树脂也将在口腔医疗行业有特殊应用。

目前3D打印行业的光敏树脂供应链相当完善的。由于这些树脂悠久的历史,大量专业且高效率的化学供应商将更愿意为3D打印树脂材料制造服务。

篇七:3D打印材料的发展及其制备现状

3D打印材料的发展及其制备现状 摘要:3D打印,又称快速成型制造技术,被誉为“第三次工业革命”的核心技术,其中材料是3D打印物质基础,也是当前制约3D打印快速发展的瓶颈,本文章综述了3D打印中材料的发展现状,重点介绍了现在用于3D打印的几类主要材料及在3D打印中对所用材料的要求,并指出了当前3D打印材料发展现状及制备所面临的主要问题,最后总结了3D打印材料方面未来的一些发展趋势和方向。 关键词:3D打印;快速成型制造技术;3D打印材料;制备方法

前言

3D打印是指运用计算机软件设计出立体的加工样式然后通过特定的成型设备用液化、粉末化、丝化的固体材料逐层打印出产品, 与传统的减材制造不同.3D打印技术属于增材制

[1]造, 其无需原胚和磨具,就能直接根据计算机图形数据,通过增加材料的方法生产形状的物体,简化产品的制造程序,缩短产品的研发周期,提高效率并降低成本. 可见,3D打印是一种依托信息技术、精密机械和材料科学等多学科交叉的高新技术。

3D打印技术包括“快速原型制造技术”和“金属构件直接制造技术”2大类。目前公众所了解的3D打印成果和案例大多属于“快速原型制造技术”范畴。其实快速原型制造的范畴比较广,除了3D打印还有“熔融沉积造型”、“选择性激光烧结”、“立体印刷”、“叠层

[2]实体造型”“光固化”等多种方式。与传统制造技术相比,3D打印技术适合于新产品开发、

快速单件及小批量零件制造、复杂开关零件的制造、模具的设计与制造等,也适合于难加工材料的制造、外形设计检查、装配检验和快速反求工程等。当前3D打印己应用于产品原型、模具制造、艺术创意产品、珠宝制作 等领域。

但材料问题是3D打印的物质基础,从根本上决定了3D打印产品的精度,制作时间及使用性能等,当前国内生产的3D打印材料基本不能满足要求,很大一部分都是采用国外进口,由于在3D打印中对材料的要求很高,也是制约3D打印发展的瓶颈,这里简要介绍当前3D制造材料要求,发展现状,制备过程及所存在问题,最后介绍了3D打印未来发展趋势。

13D打印材料及要求

3D打印材料是3D打印技术发展的重要物质基础在某种程度上材料的发展决定着3D打印能否有更广泛的应用.目前3D打印材料主要包括工程塑料、光敏树脂、橡胶类材料、金属材料和陶瓷材料等。除此之外,彩色石膏材料、人造骨粉、细胞生物原料以及砂糖等食品材

[3]料也在3D打印领域得到了应用.3D打印所用的这些原材料都是专门针对3D打印设备和工

艺而研发的,与普通的塑料、石膏、树脂等有所区别,其形态一般有粉末状、丝状、层片状、液体状等 。通常不同的打印工艺其选择的材料和成型方法也有所不同,各成型工艺所用材

[4]料和优缺点对比表如表1所示。根据打印设备的类型及操作条件的不同,3D打印对材料的

一般要求为:所使用的粉末状3D打印材料的粒径为1-100um不等;而为了使粉末保持良好的流动性,一般要求粉末要具有高球形度;同时具有氧及其他杂质含量低、粒度均匀可控、致密性好、结合强度高等特点。

表1 各成型工艺所用材料和优缺点对比表

2.当前3D打印材料发展现状及所面临的主要问题

目前,3D打印技术要进一步扩展其产业应用空间,仍面临着多方面的瓶颈和挑战:一是成本方面,现有3D打印机造价仍普遍较为昂贵,给其进一步普及应用带来了困难。二是受打印材料方面的影响,目前3D打印的成型材料多采用化学聚合物,选择的局限性较大,成型品的物理特性较差,而且安全方面也存在一定隐患。三是精度、速度和效率方面,目前3D打印成品的精度还不尽人意,打印效率还远不适应大规模生产的需求,而且受打印机工作原理的限制,打印精度与速度之间存在严重冲突。四是产业环境方面,3D打印技术的普及将使产品更容易被复制和扩散,制造业面对的盗版风险大增,现有知识产权保护机制难以

[5]适应产业未来发展的需求。

3D打印对原材料的要求比较苛刻,满足激光工艺的适用性要求所选的材料需要以粉末或丝棒状形态提供。材料融化后在软件程序驱动下,自动按设计工艺完成各切片的凝固,使材料重新结合起来,完成成型。由于整个过程涉及材料的快速融化和凝固等物态变化,对适用的材料性能要求极高,从而材料成本居高不下。有专家指出,3D打印的核心是它对传统制

[2]造模式的颠覆,因此,从某种意义上说,3D打印最关键的不是机械制造,而是材料研发。

2.1快速原型制造及材料现状

快速原型制造即通常所说的快速成型,目前3D打印快速成型用特种粉体材料大多是设备

[6]工艺厂商针对各自设备特点定制的,优点是与专属设备的适用性好,研制难度相对小,缺

点是材料的产业通用性差,产品成型过程的精度还有待提高,产品成型后的强度较低,可见,制品表面精度受粉末原材料特性的制约明显,工艺对材料依赖性不容忽视。

2.2高性能金属构件直接制造技术及所用材料现状

起步于20世纪90年代初,工艺难度比较大,高性能金属构件直接制造所用材料主要是钛及钛合金粉末材料和镍基或钴基的高温合金类粉末材料。工艺过程主要采用高功率的能量束如激光或电子束作为热源,使粉末材料进行选区熔化,冷却结晶后形成严格按设计制造的堆积层,堆积层连续成型,形成最终产品。到目前为止,工业上的小型金属构件直接制造相对容易,体积较大的金属构件的直接制造难度非常大,对材料和工艺控制的要求很高。这将是增材制造产业推动相关工业发展的重点方向,也将是一项关键技术。其最大的难度在于材料和成型工艺。以钛合金为例,激光熔化后的材料凝固会造成钛合金体积收缩,造成巨大的材料热应力,内应力对小型构件影响不大,但随着零件尺寸的增加,成型变得非常困难,即使能够成型也会由于大的内应力严重影响材料强度。第二个难题是材料冷却结晶过程复杂,材料结晶过程很难定量控制,一旦出现晶体粗大、枝晶等必将造成材料成型后的力学性能不佳等问题,最终结果就是关键构件没办法获得实际应用。

2.3 3D打印材料粉末制备方法简介及现状

目前,合金粉末的制备方法主要有水雾化、气雾化和真空雾化等,其中真空雾化制备的粉末具有氧含量低、球形度高、成分均匀等特点,应用效果最佳。

其中,高性能金属构件直接制造所用材料主要是钛及钛合金粉末材料和镍基或钴基的高温合金类粉末材料。目前钛及钛合金粉末制备方法主要有等离子旋转电极、单棍快淬、雾化

[7]法等,其中旋转电极法因其动平衡问题,主要制备20目左右的粗粉 ;单棍快淬法制备的粉末多为不规则形状、杂质含量高,而气体雾化法制备的粉末具有球形度较好、粒度可控、冷却速度较快、细粉收得率高等优点,但雾化合金粉末易也出现一些缺陷,例如夹杂物、热诱导孔洞、原始粉末颗粒边界物。对于3D打印技术来说,粉体材料中夹杂物和热诱导孔洞都会对成型部件产生影响。国外钛及钛合金粉末的研究由来已久,技术相对成熟,而国内在雾化设备及粉末制备工艺方面,主要为移植和仿研,高性能制粉设备仍以进口为主,氢、氧

[8]等也高于国外同类产品水平。

目前高端的合金粉末和制造设备还主要依靠进口。而国外常将原材料与设备捆绑销售,

[9]赚取大量的利润。国内尚未针对3D打印技术用粉末开展相应的研究。如粉末成分、夹杂、

物理性能对3D打印相关技术的影响及适应性。因此针对低氧含量、细粒径粉末的使用要求,尚需开展钛及钛合金粉末成分设计、细粒径粉末气雾化制粉技术、粉末特性对制品性能的影响等研究工作。

国内受制粉技术所限,目前细粒径粉末制备困难,粉末收得率低、氧及其他杂质含量高等,在使用过程中易出现粉末熔化状态不均匀,导致制品中氧化物夹杂含量高、致密性差、强度低、结构不均匀等问题,国内合金粉末存在的主要问题集中在产品质量和批次稳定性等方面,包括 :①粉末成分的稳定性(夹杂数量、成分均匀性);②粉末物理性能的稳定性(粒度分布、粉末形貌、流动性、松装比等);③成品率问题(窄粒度段粉末成品率低)等。

3 3D打印产业及材料方面未来发展难点及趋势

3.1 3D打印要解决的问题

在3D打印快速成型方面,研发和生产通用性更强的材料是技术提升的关键。解决好材料的性能和成本问题,将会更好地推动我国的快速成型技术的发展。与此同时,国内也逐渐的加强了3D打印材料制备装置及材料研发方面的资金投入,为了打破国外垄断的局面及价格问题,要更加注重3D打印材料生产工艺的研究,针对低氧含量、细粒径均匀粉末的使用要求,尚需开展钛及钛合金粉末成分设计、细粒径粉末气雾化制粉技术、不同粉末特性对制品性能的影响等方面的研究。另一方面,对制备3D打印材料生产装备的研发,也是亟需要解决的一大难题。

3.2 3D打印材料及技术方面未来发展的方向趋势

根据3D打印的现有加工流程,比较常用的制造方法:是通过特定的成型设备用液化、粉末化、丝化的固体材料逐层打印出产品,基于这种特殊的打印制造方式,我们可以从不同材料具有不同的特性和功能入手,例如:陶瓷材料可以承受高温及耐腐蚀,镍钛诺形状记忆合金具有超弹性和延展性,钛合金具有高硬度及比较好的综合性能等。那么,在3D打印制造过程中,在打印的不同的区域和不同层之间可以采取不同的材料进行打印,这样打印出来的整个产品的不同部分就可以同时适应耐磨、耐腐蚀、耐高温等不同的工作环境和工作要求,使材料和打印后的物体的综合性能发挥到最大。但同时这一制造过程也同时必需要解决掉不同材料之间因热应力系数不同,膨胀系数不同等原因造成的结合性能上缺陷上问题。

另一方面,提升3D打印的速度、效率和精度,开拓并行打印、连续打印、大件打印、多材料打印的工艺方法,提高成品的表面质量、力学和物理性能,以实现直接面向产品的制造;开发更为多样的3D打印材料,如智能材料、功能梯度材料、纳米材料、非均质材料及复合材料等,特别是金属材料直接成型技术有可能成为今后研究与应用的又一个热点;3D打印机的体积小型化、桌面化,成本更低廉,操作更简便,更加适应分布化生产、设计与制造一体化的需求以及家庭日常应用的需求;软件集成化,实现CAD/CAPP/RP的一体化,使设计软件和生产控制软件能够无缝对接,实现设计者直接物联控制的远程在线制造;拓展3D打印技术在生物医学、建筑、车辆、服装等更多行业领域的创造性应用和发展。

参考文献

[1] 王忠宏李扬张曼茵.中国3D打印产业的现状及发展思路[J].经济纵横201328190-13

[2] 王雪莹,3D打印技术与产业的发展及前景.中国高新技术企业.2012,26:233

[3]孙聚杰,3D打印材料及研究热点.数字化技术.2013,12:12-20

[4]杜宇雷,孙菲菲,原光等,3D打印材料的发展现状.徐州工程学院学报.2014,29,1

[5] The 3Dprinted world[J].Economist,2011-2-10.

[6] 古丽萍.蓄势待发的 3D 打印机及其发展 [J].数码印刷,2 0 1 1 ,(10) .36-39.

[7] 袁建鹏,3D打印用特种粉体材料产业发展现状[J].新产业材料. 2013.12.011

[8] 黄树,肖跃加,莫健华等.快速成形技术的展望J.中国机械工程,2000,11(1/2),195-200.

[9] 刘厚才,莫健华,刘海涛.三维打印快速成形技术及其应用J.机械科学与术,2008,27(9);1184-1186.
来源:写论文网
回复

使用道具 举报

本版积分规则

苗苗

版主

主题

帖子

92

积分
Ta的主页 发消息

热帖更多>

网友分享更多 >

  • 【5月6日】中国-西安第一场Women in 3D
  • Women in 3D Printing--中国(西安)第
  • PTC Creo 和 3D打印增材制造:您的所见
  • 【2月22日】诚邀您参加2019 ANSYS 增材
  • 影为医疗与上海探真达成战略合作 联手
3D打印咨询
   
手机版|联系我们| |网站地图
GMT+8, 2019-9-16 17:02 , Processed in 0.051051 second(s), 9 queries , Gzip On, Redis On.
快速回复 返回顶部 返回列表