其实3D打印的学名叫做“增材制造”,是一种成型的技术。以三维数字模型文件为基础,运用塑料或者粉末状金属等可粘合材料,通过逐层堆积的方式来制造物体。
3D打印过程
3D打印的原理和用途
光固化
液体光敏树脂经过光照以后发生固化反应,凝固成产品形状。
激光烧结
粉末原料(金属、塑料、石膏等)通过能量束(激光或电子束等)照射,层层融化成型;或是通过一些胶粘剂,对粉末进行粘接成型。
层压
一种比较古老的3D打印工艺,早应用在考古学,对恐龙化石或者人头骨复原的时候,利用切割硬纸板的方式,来制作化石的模型。
熔融沉积
比较常见的工艺,桌面机是以挤出工艺为主的机器。使用的材料多种多样,不仅有塑料,还包括一些食物,如巧克力、豆沙,甚至建筑类材料,如水泥,泥浆等糊状物。
定向能量沉积
把金属粉末或金属丝直接在产品表面熔融固化,适合修复零件,也在统一零件使用多种材料。这种技术我们国还是比较良好,获得了国家科学进步一等奖来自北航的王华明团队,就是利用这种技术制作了四米左右的飞机的部件,并用在了航天航空相关的工业上。
混合增材
这是比较新的技术,是CNC数控机床的配套增材制造包,典型材料是金属粉、金属丝和陶瓷。因为几乎所有的3D打印作品并不是打印完毕就结束了,都需要进行后处理。所以这种增材和减材并用的技术,可以同时解决后处理的问题。
3D打印的常规的流程
首先是要有数据,如果有实物可以通过3D扫描建立3D打印模型,如果有2D图纸可以通过软件转化成一个3D模型。如果什么都没有的话,那就只有从零开始用软件来建模。然后把模型用切片软件,完成切片之后就可以开始3D打印了。打印完成之后绝大部分还需要做后处理(打磨、电镀、喷雾、拉伸等,上色是可选项),否则就是个半成品。
3D打印的主要优势
首先是省时,跟传统工艺对比来说的,本身的建造速度老实讲现在还是有点慢。其次是省料,它几乎不产生废料。再者是,特别是对曲面还有复杂工艺的还原。后是个性,能满足越来越个性化,复杂原型的设计。所以从整体上来说,3D打印非常适合个性、复杂、小批量、非标件的原型生产。
但其大的优势在于,随着零件复杂度的提升,其制造工艺难度和成本并不会增加。也就是设计师只需要考虑零件功能的实现,并不需要过于纠结该采用怎样的制造工艺去生产。
3D打印对于复杂件的制造有非常大的优势,所以它还是主要用于工业制造上。这就涉及到了3D打印应用层次的问题,也就是为什么我们并没有感觉到3D打印对我们的生活有什么直接的改变。
3D打印应用的层次
“原型制造”是3D打印低层次的应用,比如制造模型、原型等单个的东西,但这也是3D打印传统的应用。
*二级别是“代替”。制作代替现在的某个零件。但应用并不广泛,因为传统制造工艺非常适合大规模批量化的生产,3D打印并不占优。
*三个是“零件整合”。单一零件制作3D打印可能并不占优势,但是如果能将多个零件整合成一个零件打印出来,整体的价值便上去了。