【聚焦】全面解讀3D印刷過程與材料
發(fā)布時(shí)間：2024-04-14 點(diǎn)擊：117
3d 打印機(jī)及其工作原理淺談
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(duì)象是通過連續(xù)的物理層創(chuàng)建出來的。3d 打印機(jī)相對(duì)于其他的添加劑制造技術(shù)而言，具有速度快，價(jià)格便宜，高易用性等優(yōu)點(diǎn)。3d 打印機(jī)就是可以“打印”出真實(shí)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(shí)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?yàn)榉謱蛹庸さ倪^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(jì)、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(huì)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(shí)體模型將會(huì)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(duì)固化反應(yīng)速度有要求，對(duì)于模型強(qiáng)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(shì)必不會(huì)很快，目前較先進(jìn)的產(chǎn)品可以實(shí)現(xiàn)每小時(shí) 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(shí)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(cuò)。除了可以表現(xiàn)出外形曲線上的設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)以及運(yùn)動(dòng)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(dòng)，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(shí)體還可通過打磨、鉆孔、電鍍等方式進(jìn)一步加工。同時(shí)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(jià)格在不斷降低，很多廠商、設(shè)計(jì)院、大學(xué)等都開始或準(zhǔn)備配備，但產(chǎn)品價(jià)格依然較高。3d systems 推出的新款 invision ld 入門級(jí)桌面型產(chǎn)品價(jià)格為 1.59 萬美元，而 z corporation 出品的中端型號(hào) z510 要價(jià) 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(fèi) 20 美元材料費(fèi)，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(gè)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(jì)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(chǔ)存器，按下“打印”鍵，打印機(jī)就會(huì)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，xerox parc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(fèi)者可以自行設(shè)計(jì)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(shí)共享代碼和設(shè)計(jì)，越來越多免費(fèi)開源軟件的出現(xiàn)，降低了3d打印的設(shè)計(jì)成本，如123d、openscad、tinkercard等。
3d印刷優(yōu)勢(shì)
相比傳統(tǒng)制造工藝，3d打印技術(shù)有兩個(gè)優(yōu)點(diǎn)，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(shí)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(gè)優(yōu)點(diǎn)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(jì)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(shí)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(jì)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(duì)產(chǎn)品的修改不會(huì)增加額外成本，只需修改設(shè)計(jì)圖即可。這也意味著，小批量個(gè)性化定制的成本被降低。未來，定制個(gè)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(guó)總統(tǒng)奧巴馬撥款3000萬美元，在俄亥俄州建立了國(guó)家級(jí)3d打印添加劑工業(yè)研究中心，并計(jì)劃第一步投入5億美元用于3d打印，以確保美國(guó)制造業(yè)不繼續(xù)轉(zhuǎn)移到中國(guó)和印度。長(zhǎng)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(chǎng)規(guī)模為17億美元左右，到2015年該市場(chǎng)將達(dá)37億美元。
印刷油墨色彩變化的原因及影響因素
看傳統(tǒng)紙媒如何反制網(wǎng)絡(luò)媒體的侵范？
CTP印版的質(zhì)量控制方案
紙張也實(shí)現(xiàn)聯(lián)網(wǎng) 印刷品成為“用戶”
2013第二屆中國(guó)印刷業(yè)女企業(yè)家論壇火熱招募中！
管理知識(shí)分享：怎樣管理一盤散沙的團(tuán)隊(duì)？
膠印機(jī)齒杠故障排除一例
如何做好油墨的保存工作？
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(duì)象是通過連續(xù)的物理層創(chuàng)建出來的。3d 打印機(jī)相對(duì)于其他的添加劑制造技術(shù)而言，具有速度快，價(jià)格便宜，高易用性等優(yōu)點(diǎn)。3d 打印機(jī)就是可以“打印”出真實(shí)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(shí)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?yàn)榉謱蛹庸さ倪^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(jì)、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(huì)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(shí)體模型將會(huì)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(duì)固化反應(yīng)速度有要求，對(duì)于模型強(qiáng)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(shì)必不會(huì)很快，目前較先進(jìn)的產(chǎn)品可以實(shí)現(xiàn)每小時(shí) 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(shí)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(cuò)。除了可以表現(xiàn)出外形曲線上的設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)以及運(yùn)動(dòng)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(dòng)，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(shí)體還可通過打磨、鉆孔、電鍍等方式進(jìn)一步加工。同時(shí)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(jià)格在不斷降低，很多廠商、設(shè)計(jì)院、大學(xué)等都開始或準(zhǔn)備配備，但產(chǎn)品價(jià)格依然較高。3d systems 推出的新款 invision ld 入門級(jí)桌面型產(chǎn)品價(jià)格為 1.59 萬美元，而 z corporation 出品的中端型號(hào) z510 要價(jià) 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(fèi) 20 美元材料費(fèi)，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(gè)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(jì)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(chǔ)存器，按下“打印”鍵，打印機(jī)就會(huì)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，xerox parc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(fèi)者可以自行設(shè)計(jì)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(shí)共享代碼和設(shè)計(jì)，越來越多免費(fèi)開源軟件的出現(xiàn)，降低了3d打印的設(shè)計(jì)成本，如123d、openscad、tinkercard等。
3d印刷優(yōu)勢(shì)
相比傳統(tǒng)制造工藝，3d打印技術(shù)有兩個(gè)優(yōu)點(diǎn)，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(shí)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(gè)優(yōu)點(diǎn)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(jì)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(shí)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(jì)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(duì)產(chǎn)品的修改不會(huì)增加額外成本，只需修改設(shè)計(jì)圖即可。這也意味著，小批量個(gè)性化定制的成本被降低。未來，定制個(gè)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(guó)總統(tǒng)奧巴馬撥款3000萬美元，在俄亥俄州建立了國(guó)家級(jí)3d打印添加劑工業(yè)研究中心，并計(jì)劃第一步投入5億美元用于3d打印，以確保美國(guó)制造業(yè)不繼續(xù)轉(zhuǎn)移到中國(guó)和印度。長(zhǎng)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(chǎng)規(guī)模為17億美元左右，到2015年該市場(chǎng)將達(dá)37億美元。
印刷油墨色彩變化的原因及影響因素
看傳統(tǒng)紙媒如何反制網(wǎng)絡(luò)媒體的侵范？
CTP印版的質(zhì)量控制方案
紙張也實(shí)現(xiàn)聯(lián)網(wǎng) 印刷品成為“用戶”
2013第二屆中國(guó)印刷業(yè)女企業(yè)家論壇火熱招募中！
管理知識(shí)分享：怎樣管理一盤散沙的團(tuán)隊(duì)？
膠印機(jī)齒杠故障排除一例
如何做好油墨的保存工作？