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三維印刷法
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  • 三維印刷法 - 副本近年来,3D打印技术发展十分迅速,3D打印能够按需定制、以相对低廉的成本制造产品,目前3D打印技术已经成为一种工业化力量。 3D打印原先只能用于制造产品原型以及模型,而现在3D打印已经用于制造工业产品。比如飞机将使用3D打印技术制造零部件,这些零部件能够让飞机变得更加轻,更加省油。另一方面,3D打印技术也在别的领域开始应用。例如医疗行业,通过3D打印制造的医疗植入物将提高一些患者的生活质量。这是因为3D打印技术能够根据确切体型匹配定制,目前在钛骨质植入物、义肢以及矫正设备均有应用。通过3D打印机制造的新产品将熔丝材料、纳米材料以及印刷电子器件等融为一体,展现出3D打印的独特优势。
    在工業中,許多工業器械僅僅根據設計圖紙進行加工,往往存在或多或少的誤差,而如果先做一個實驗品,那麽加工一個昂貴的儀器又會造成很大的浪費,假如這個時候有一個能夠快速成型而且成本又低廉的3D模型就能夠很好的解決這個問題。3D打印不僅僅能大幅度減低成本還能大幅度縮短成型時間,提高生産效率。2011年11月歐洲舉行了一屆模具展,展出了一種新的設備—3D打印機。一家名爲3D系統的美國公司用3D打印機當場打印了一個錘子,這個錘子有仿木質手柄和金屬錘頭。目前3D打印技術主要應用的市場是汽車行業,大衆汽車公司就已經開始這個工藝,且發展迅速,能夠推出更多的車型。3D打印技術帶來的所有變革促成了第三次工業革命。由于采用了新型材料、全新的生産工藝、易操作的機器人,以及在線制造協同服務的普及,制造業小批生産變得更加經濟,生産組織更加靈活,勞動投入大幅下降。
    第一次工業革命始于18世紀晚期的英國紡織業機械。在工業革命以前,紡織業工作種類繁多,需要許多工人在數百間紡織工坊裏面純手工完成,後來工作都集中到一間紡織廠裏面,工廠就這樣誕生了。第二次工業革命始于20世紀早期,那時候亨利福特發明了裝配流水線,迎來了大規模生産的時代。前二次工業革命讓人們更加富裕,同時使得人口更加向城市集中。第三次工業革命中,3D打印無疑讓制造業往數字化方向發展。
    在工業中3D打印有很多方面的應用,如直接用途、直接建模。直接建模就是直接利用3D打印技術直接加工模具,這種方法可以在制造工具的過程中根據不同的結構特征和工藝要求慢慢的減少一些步驟,得到成本和時間上的效益。同時直接的方式和非直接的方式比起來可以減少誤差,減少生産步驟中可能潛在的誤差,對于外形複雜的圖樣,3D打印技術的優勢更加明顯,其准確的程度可以和其他數碼制作或者逆向工程部件相媲美。第二就是高性能模具,對于高性能模具來說,縮短他的研制周期,要比縮短它的生産産品周期更爲重要。3D打印技術可以改良高性能模具的熱屬性,這一點在傳統的加工中是不能實現的。3D打印技術可以讓模具內部通道冷卻依舊保形,這些通道允許冷卻劑以模模具型腔的狀態存在,而在傳統的工藝中,模具內部的冷卻過程會使其變形。第三,金屬鑄件模型化,3D打印工業也在金屬鑄造中開始應用起來,對于小型和中型的金屬鑄造,許多地方會使用熔模鑄造。鑄造廠鑄造過程中,對去模和熔模的過程會使用蠟或者性質像臘的材料直接打印鑄件模型。金屬鑄模有不同的形狀和大小,用3D打印技術做的一些最小的、最精密的金屬鑄模是在是飾品行業。
    3D實物獲取的方法有:受迫成型、去除成型、離散/堆積成型、生長成型。其中受迫成型就是指成型材料受到壓力的作用而成型的方式。例如金屬材料成型的冷沖壓成型、鍛壓成型、拉伸成型、擠壓成型以及鑄造成型等等;它們都是依靠模具成型的,所以都屬于受迫成型。去除成型是人類從開始制作工具到現代化生産一直沿用的主要方法。通過刀具切削加工、磨削加工以及電火花加工,把一個毛坯上不要的部分切削掉,留下我們想要的部分。也就是傳統的加工方式。離散/堆積成型與傳統制造不同,它是從零件的CAD實體模型出發,通過軟件分層離散和數控成型系統,用層層加工的方法將成型材料堆積而成的方式。他是一種從0到1的加工方式,由于他把複雜的三維制造轉化爲一系列二維制造,甚至是單維制造,因而可以不用任何夾具和工具的條件下制造形狀任意的零部件,極大的提高了生産效率和制造柔性。生長成型是指模仿自然界中生物的生長方式而成型的一種方式,它是一項生物科學與制造科學相結合的産物,將生長和成型融爲一體,根據生物的生長信息、細胞分化來複制自身,以形成一個具有特定形狀和功能的三維體。
    3D打印技术的主要成型工艺有立体光造型、叠层实体造型、选择性激光烧结、熔融沉积制造、三维打印制造。其中立体光造型是指以光敏树脂为材料,根据模型分层的截面数据,计算机控制紫外光束在光敏树脂表面进行扫描,使其固化生成零件,每次产生零件的一层。每一层固化完毕之后,工作平台移动一个层厚的高度,然后将树脂涂在前一层上,如此反复,每形成新的一层均黏附在前一层上,直到完成零件的制作。叠层实体制造是先将涂有热熔胶的纸通过加热加压黏结在一起,此时位于上方的激光器按照分层CAD模型所获得数据,将一层纸切割所制零件的内外轮廓,然后新的一层叠加在上面,通过热压装置将下面已经切割层粘接在一起,激光束再次进行切割。切割时工作台连续下降。切割掉的纸片仍然留在原处,起支撑和固定作用。纸片厚度一般为0.07mm~0.1mm。选择性激光烧结是SLS法采用CO2激光器作为能源,使用的造型材料多为粉末材料。加工时,首先将粉末加热到稍低于其熔点温度,然后在刮平辊子的作用下将粉末铺平,攃CO2激光束在计算机控制下根据分层截面信息进行有选择的烧结,一层完成后再进行下一层烧结,全部烧结完后去掉多余的粉末,这样就可以得到一个烧结好的零件。目前成熟的工艺材料为蜡粉及塑料粉。熔融沉积制造是FDM工艺的关键是保持半流动成型材料刚好在凝固点上,通常控制在比凝固温度高1℃左右。FDM喷头受水平分层数据的控制,当它沿着XY方向移动时,半流动熔丝材料从FDM喷头挤压出来,很快凝固,形成精确的层。每一层的厚度范围在0.025~0.762mm,一层叠一层,最后形成整体。三维打印制造(3DP)与SLS工艺类似,它采用粉末材料成形,如陶瓷粉末、金属粉末,不同的是,材料粉末不是通过烧结连接起来的,而是通过喷头喷射粘结剂至粉末表面形成一个固化的层面,如此一层层打印出来并层层叠加,最总形成立体三維模型。...
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