重慶領(lǐng)航新智誠科技是由重慶政府空港園區(qū)管委會組織牽頭的招商引資項目, 公司下設(shè):工業(yè)設(shè)計中心、3D打印中心、CNC加工中心、新材料技術(shù)中心、快速模具技術(shù)中心、快速產(chǎn)品技術(shù)中心、產(chǎn)品應(yīng)用服務(wù)中心等7個中心,公司緊隨著國內(nèi)開發(fā)制造業(yè)的發(fā)展新態(tài)勢,緊貼《中國制造2025》的指導(dǎo)意見,扎根重慶,輻射大西南,放眼全球為各企業(yè)帶來更多顛覆性的價值。 不知你還記不記得有部影片《十二生肖》?除了成龍的招牌動作戲,里面讓人印象深刻的莫過于3D打印這個技術(shù)——影片中,成龍使用帶有傳感器的手套對獸首進行掃描,把數(shù)據(jù)存入電腦,然后進行3D建模,終3D打印出一個完美的復(fù)制品。 這個劇情看起來充滿了科幻色彩,但現(xiàn)實生活中,從食品到汽車再到零件,3D打印技術(shù)確實一直在不斷地發(fā)展和實現(xiàn),并且很有可能顛覆產(chǎn)品制造業(yè)——GE在前沿技術(shù)研究中,革新著很多產(chǎn)品生產(chǎn)過程。 到底什么是3D打印? 顧名思義,3D打印就是打印三維立體物件。它是一種以數(shù)字模型文件為基礎(chǔ),運用粉末狀金屬或塑料等可粘合材料,通過逐層打印的方式來構(gòu)造物體的技術(shù)。 它能從金屬粉末、沙粒和其他材料提取有用的東西,不僅幾乎不會浪費物料,還能改良材料,并且可以在不用模具和工具的條件下生成絕大部分復(fù)雜的零部件,極大地提高了生產(chǎn)效率和制造柔性。 聞名不如親見! 3D打印技術(shù)不是一個新興概念,其實早在20世紀80年代就有了。經(jīng)過這么多年的發(fā)展,它的技術(shù)逐漸成熟,3D打印的機器也從龐然大物慢慢“瘦身”。 普通3D打印機讓熱塑料或燒結(jié)金屬粉末生長成設(shè)定形狀,需要至少幾個小時,但是比如這家名為Carbon公司開發(fā)的M1打印機,可以比這些機器的速度快100倍,甚至是1000倍。 原理科普 ▼將板材插入到樹脂的液體。然后通過半透明容器底部下方的紫外LED投影儀,在板上投射二維圖像(一個3D物體的單層)。紫外光使樹脂在構(gòu)造板處硬化,這個過程是連續(xù)地將更多的材料沉積到物體上使其升高,稱之為連續(xù)的液相界面生產(chǎn)(CLIP)過程。 更令人震撼的是,它能賦予打印出的物體工程級別的性能,例如改善整個材料的均勻性以及強度、彈性或振動吸收性。這些特性使工程師能夠提供塑料注射物模型,用成型的物質(zhì)材料構(gòu)建復(fù)雜的物體,從而使3D打印過程更接近快速的零件生產(chǎn)。 尋找3D打印的正確打開方式 知道了什么是3D打印,也了解了它是怎么制造一個物體的。但這些還不夠,如果你對這些感興趣,那么你還應(yīng)該需要知道的是,3D打印不是新技術(shù),但是3D打印市場卻是一個新市場。 3D打印所具備的革新潛力正在被越來越多的人發(fā)現(xiàn)并運用——GE已開始量產(chǎn)運用3D打印技術(shù)制作噴氣式發(fā)動機上的燃油噴嘴。只有掌握先進技術(shù),才能充分發(fā)掘產(chǎn)業(yè)鏈的價值。從數(shù)字化到物理實現(xiàn),某種程度上講,3D打印已經(jīng)成了當(dāng)下不再熱門的制造業(yè)的強心劑。 從電影到現(xiàn)實,很多虛擬的科幻技術(shù)漸漸成為現(xiàn)實,成為能夠改變?nèi)祟惿畹南冗M技術(shù),就像3D打印一樣。已經(jīng)問世30年的3D打印曾經(jīng)紅極一時,如今它能否“三十而立”,成為制造產(chǎn)業(yè)的春天呢?讓我們繼續(xù)“圍觀”。 重慶領(lǐng)航新智誠科技是由重慶政府空港園區(qū)管委會組織牽頭的招商引資項目, 公司下設(shè):工業(yè)設(shè)計中心、3D打印中心、CNC加工中心、新材料技術(shù)中心、快速模具技術(shù)中心、快速產(chǎn)品技術(shù)中心、產(chǎn)品應(yīng)用服務(wù)中心等7個中心,公司緊隨著國內(nèi)開發(fā)制造業(yè)的發(fā)展新態(tài)勢,緊貼《中國制造2025》的指導(dǎo)意見,扎根重慶,輻射大西南,放眼全球為各企業(yè)帶來更多顛覆性的價值。 什么是3D打印 一、概念 (1)3D 打印 3D 打印技術(shù)(3D Printing)是快速成型技術(shù)(Rapid Prototyping Manufacturing)的一種,它也被叫做增材制造( additive manufacturing)。它的基本原理是,把一個通過設(shè)計或者掃描等方式做好的 3D 模型按照某一坐標(biāo)軸切成無限多個剖面,然后一層一層的打印出來并按原來的位置堆積到一起,形成一個實體的立體模型,聽起來跟高等數(shù)學(xué)中的積分有些類似。 說到 3D 打印,又就不得不提3D打印機:3D打印機又稱三維打印機,是一種累積制造技術(shù),通過打印一層層的粘合材料來制造三維的物體?,F(xiàn)階段三維打印機被用來制造樣品。 2003 年以來三維打印機的銷售逐漸擴大,價格也開始下降。 該技術(shù)可用于珠寶、鞋類、工業(yè)設(shè)計、建筑、工程和施工(AEC)、汽車、航空航天、牙科和醫(yī)療產(chǎn)業(yè)、教育、地理信息系統(tǒng)、土木工程和許多其他領(lǐng)域。 早的 3D 打印出現(xiàn)在上個世紀的 80 年代,價格極其昂貴且所能打印的產(chǎn)品數(shù)量也少得可憐。 過程原理: 3D 打印技術(shù)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。 3D 打印技術(shù)使用膠水和粉末都是經(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)優(yōu)勢: 3D 打印技術(shù)突出的優(yōu)點是無需機械加工或任何模具,就能直接從計算機圖形數(shù)據(jù)中生成任何形狀的零件,從而極大地縮短產(chǎn)品的研制周期,提高生產(chǎn)率和降低生產(chǎn)成本。與傳統(tǒng)技術(shù)相比,三維打印技術(shù)還擁有如下優(yōu)勢:通過摒棄生產(chǎn)線而降低了成本,大幅減少了材料浪費。而且,它還可以制造出傳統(tǒng)生產(chǎn)技術(shù)無法制造出的外形,讓人們可以更有效地設(shè)計出飛機機翼或熱交換器。另外,在具有良好設(shè)計概念和設(shè)計過程的情況下,三維打印技術(shù)還可以簡化生產(chǎn)制造過程,快速有效又廉價地生產(chǎn)出單個物品。 另外,與機器制造出的零件相比,打印出來的產(chǎn)品的重量要輕 60%,并且同樣堅固。 與之相對應(yīng)的兩種技術(shù)是切削和鑄塑,但相比這兩種技術(shù),3D 打印技術(shù)有自己的優(yōu)勢,那就是不像切削那樣浪費材料,也不像鑄塑那樣要求先制作模具。一次成型,快速個性化定制是它的重要特點,這在小批量,多品種的生產(chǎn)中占有非常大的優(yōu)勢。 (2)3D打印機(3D Printer)VS 傳統(tǒng)打印機 雖說3D打印機與傳統(tǒng)打印機是兩類產(chǎn)品,但他們的工作原理還是挺像的,你能在 3D 打印機上看到噴墨打印機和激光打印機的影子。可能他們之間的不同在于:①3D 打印與傳統(tǒng)打印機相比,它能利用的材料更豐富,從沙子、塑料、橡膠、尼龍到玻璃、鋼鐵,這些材料是不能被傳統(tǒng)打印機利用的;②傳統(tǒng)打印機用來打印平面圖形,是二維的,在打印過程中需要控制的是輸入的字和圖形在平面上的位置(橫縱軸,X/Y 坐標(biāo)),而 3D 打印機不光要控制一個點在平面上的位置,還要控制它在空間上的位置,或者說,給它加個 Z 坐標(biāo),控制它的 X/Y/Z 坐標(biāo),這樣才能把一個單位的材料放在一個指定的位置,形成一個立體模型。 二、3D 打印的歷史 1984 年,Ultra Violet Products 公司的 Charles Hull 開始研發(fā) 3D 打印技術(shù),1986 年,他自立門戶,成立了現(xiàn)在的 3D 市場領(lǐng)軍者之一 3D Systems 公司(NYSE: DDD),并發(fā)布了款商用的 3D 打印機,2012 年 1 月,他們收購了另外兩家 3D 打印公司 Zcorp 和Vidar Systems; 1988 年,Scott Crump 發(fā)明了 FDM(溶融沉積制模)技術(shù),并與 1989 年成立了現(xiàn)在的另一家 3D 打印上市公司 Stratasys(NASDAQ:SSYS),近,Stratasys 還收購了以色列的 Objet公司。 1996 年,媒體次使用“3D打印”這個詞來稱呼當(dāng)時的快速成型機,后來取代了之前的稱謂,成就了現(xiàn)在流行的 3D 打印這個概念; 2008 年,開源 3D 打印項目 RepRap 發(fā)布“Darwin”,3D 打印機制造進入新;同年,Objet 推出 Connex 500,讓多材料 3D 打印成為可能。 如今,3D 打印已經(jīng)慢慢融入科研、生產(chǎn)、藝術(shù)設(shè)計、醫(yī)療等領(lǐng)域,打印出了巧克力、血管、腎臟、飛機、自行車、汽車、玩具、房子、衣服等等產(chǎn)品,已經(jīng)開始慢慢改變我們的生活。 三、一些主流的技術(shù)手段 (1)選擇性激光燒結(jié)(Selective laser sintering,簡稱SLS),這種技術(shù)得用的材料為熱塑性塑料,金屬粉末,陶瓷粉末等; (2)直接金屬粉末激光燒結(jié)(Derect metal laser sintering,簡稱DMLS),可以利用幾乎任何合金作為材料; (3)熔積成型(Fused deposition modeling,簡稱FDM),可利用熱塑性材料,金屬、可食用材料等進行成型制造; (4)薄材成型(Laminated object manufacturing,簡稱LOM),舉個例子,把一張張的紙鋪上去累積而成的模型,當(dāng)然金屬膜,塑料膜也可以; (5)光固化(Stereolithography,簡稱SLA),可利用的材料是光敏樹脂等聚合物; (6)熔絲制造(Fused Filament Fabrication,簡稱FFF),利用PLA,ABS等材料; (7)熔融擠壓成型(Melted and Extrusion modeling,簡稱MEM),可以搞定一些金屬,塑料等; (8)選擇性熱燒結(jié)(Selective heat melting,簡稱SHS),可以把一些熱塑性的粉末變成三維立體模型; (9)利用石膏的 3D 打印,好處是上色非常容易,可以打出彩色的模型等等。 四、3D 打印的未來 雖然 3D 打印技術(shù)已經(jīng)出現(xiàn)了近 30 年,但它還仍然沒有真正像個人電腦那樣走進千家萬戶,成為我們生活的必需品。盡管幾年 3D 打印相關(guān)的技術(shù)正在日新月異的變化著,但它似乎還離我們的期待有一定的距離。那我們不妨根據(jù)我們的需求來暢想一下未來的 3D 打印的發(fā)展方向。 (1)材料越來越豐富 11 月,Objet 新推出的大型 3D 打印機 Objet 1000 已經(jīng)支持打印 140 種材料,每次打印可同時利用其中的 14 種,相比初級的單頭單色單材料的 3D 打印機它已經(jīng)非常強大,但我們生活中用到的物品是多種多樣的,只有更豐富更實用的材料才能讓 3D 打印盡快的融入生產(chǎn)和生活。 (2)實用性越來越高 從簡單的原型開發(fā),到打印巧克力,到飛機上的鈦合金部件,3D 打印的成品已經(jīng)越來越實用,相信隨著未來材料、機械、電子等方面的進步,3D 打印機很快發(fā)揮更大的作用。 (3)精度會越來越高同時速度更快 如果你把精度不高或者速度太慢當(dāng)作否定 3D 打印的觀點的話,我只能說:每一種改變世界的技術(shù)都會經(jīng)歷同樣的階段,不管是還是計算機。怕的是你發(fā)現(xiàn)不了問題,沒辦法改進它?,F(xiàn)在既然我們知道它的缺點,工程師們就一定會解決掉這些問題,這只是時間問題。 (4)家庭化、個人化、價格下降 每個家庭都有一臺打印機,就像每個家庭都擁有電腦、手機一樣?這是有可能的?,F(xiàn)在便宜的打印機已經(jīng)賣到了 300 美元左右,甚至你還可以利用網(wǎng)絡(luò)上開源硬件的相關(guān)資料自己制作一臺。每個家庭都需要一臺 3D 打印機嗎?也許是的。隨著 3D 打印機的功能越來越強大,能打印的東西越來越實用,越來越多,包括價格越來越便宜,相信很多人都會忍不住買一臺放家里,不管是制作裝飾藝術(shù)品還是一些簡單實用的生活用具,它還是很有實用價值的。 選擇性激光燒結(jié)(Selective laser sintering,簡稱SLS),這種技術(shù)得用的材料為熱塑性塑料,金屬粉末,陶瓷粉末等; 說到 3D 打印,又就不得不提3D打印機:3D打印機又稱三維打印機,是一種累積制造技術(shù),通過打印一層層的粘合材料來制造三維的物體?,F(xiàn)階段三維打印機被用來制造樣品。 2003 年以來三維打印機的銷售逐漸擴大,價格也開始下降。
雖然 3D 打印技術(shù)已經(jīng)出現(xiàn)了近 30 年,但它還仍然沒有真正像個人電腦那樣走進千家萬戶,成為我們生活的必需品。盡管幾年 3D 打印相關(guān)的技術(shù)正在日新月異的變化著,但它似乎還離我們的期待有一定的距離。那我們不妨根據(jù)我們的需求來暢想一下未來的 3D 打印的發(fā)展方向。