通常,物体形状越复杂,制造成本越高,但是对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会比打印一个简单的方块消耗更多的时间、技能或成本。
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就可打印出琳琅满目、任何形状、多种材料、多种颜色的产品。
3D打印能使部件一体化成型,3D打印机通过分层制造可以同时打印多个部件,并以组装好的形式出现,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。
3D打印机可以按需打印,即时生产。这样减少了企业库存,可根据订单使用3D打印机制造出特别或定制产品以满足客户需求,零时间交付式生产能最大限度地减少长途运输和库存的成本。
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,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。
批量生产和计算机控制的3D打印机降低了对使用者技能的要求,3D打印机从设计文件里获得各种指示并实现产品的制造。做同样复杂的物品,3D打印机所需操作技能比任何传统机器都少。
3D打印机可以制造和其打印机平台一样大的物品,3D打印机调试好后,打印设备可以自由移动。通过移动或机器手式操作,3D打印机可以制造比自身还要大的物品。
3D打印机制造金属零件时产生较少的副产品,在制造金属零件时几乎是零废料,随着打印材料的进步,"净成形"制造可望成为更环保的加工方式。
随着多材料3D打印技术的发展,可以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,这些材料性能、色调种类繁多,打印产品将具有独特的属性或功能。
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。
上上个世纪的思想,上个世纪的技术,这个世纪的市场! 3D打印思想起源于19世纪末的美国,并在20世纪80年代得以发展和推广。
3D打印机的出现,将颠覆生产思路,任何复杂形状的设计均可以通过3D打印机来实现。
ABS塑料类ABS是FDM打印技术最为常见的打印材料,颜色可选性多,是消费级3D打印机用户最中意的打印耗材之一。通常情况下,ABS材料呈细丝盘装,3D打印机喷嘴将其加热熔解,加热温度一般高于ABS材料熔点1℃至2℃,经喷嘴喷出后迅速凝固。但碍于ABS材料的熔点不同,且打印机喷嘴无法调节温度,故不能通配,所以最好选择在原厂购买打印材料。 |
PLA塑料熔丝PLA塑料熔丝是另一种消费级3D打印机常用到的打印材料,由于PLA可以降解,所以更绿色环保。与ABS不同之处在于,一般情况下,PLA不需要加热床更容易使用,并且更适合相对低端的3D打印机。同样,PLA也有多种颜色可供选择,另外还能提供半透明的红、兰、绿以及全透明的材料。不过PLA的通用性,也有待提高。 |
可变色的PLA熔丝PLA与ABS熔丝是最为常见的3D打印线材,除了在颜色类别上大做文章外,MakerGeeks公司发布了一款可随温度变换颜色的PLA 3D打印长丝,他们称其为"Thermochrome Grey EcoPLA"。该长丝直径为1.75毫米,当温度低于29°C时长丝呈黑色,当温度高于29°C时则会变的完全透明,重点是打印出来的东西也具备这种属性。 |
海藻SWF长丝名为Le Fabshop的初创公司,历时一年开发出了世界上首个用海藻提炼制成的"绿色"3D打印打印长丝SWF。海藻是一种常见却又非常宝贵的原料,它不需要淡水、不需要农药或化肥,你只需要开发出一种模式使其兼容3D打印。 |
石墨烯作为目前世间最轻薄、最坚硬的新型纳米材料,石墨烯而荣登材料界的新宠。现在,人们将其与3D打印技术结合,为3D打印材料再填新丁。科学们家认为,3D打印石墨烯材料是一种神奇的材料,并永远改变世界。 |
树脂材料作为SLA光固化成型的重要原料,树脂变化种类繁多,透明的、半固体状的,可用来制作中间设计过程模型,且成型精度要高于FDM技术,可用来制作生物模型或医用模型。 |
陶瓷粉末材料我们通过SLS技术进行烧结完成,上过建立模型,再将陶瓷粉末通过釉的陶瓷产品完全可以用来盛食物,很多人用陶瓷来打印个性化的杯子。不过,3D打印并不能完成陶瓷的高温烧制,需在打印完成之后再进行高温烧制。陶瓷材料因具备高强度、高硬度、耐高温、低密度、化学稳定性好、耐腐蚀等优异特性,而广泛应用于航空航天、汽车、生物等领域。陶瓷材料也因硬而脆的特点,使其难以加工成型,尤其是复杂的陶瓷件需借助模具成形。 |
金属材料不锈钢不仅坚硬牢固更具有不会生锈的特性。不锈钢粉末可通过SLS打印技术进行3D烧结凝固塑形,并为用户提供银色、古铜色以及白色等外观颜色。选择不锈钢材料,用户可以制作模型、现代艺术品以及很多兼具功能性与装饰性的日常生活用品。通过SLS技术将金、银的粉末烧结,同样可以用来打造饰品。而钛金属则是高端3D打印机常使用的打印材料,可用于航天航空领域。美国宇航局近期刚完成对3D打印火箭喷射器的测试工作。 |
金尼龙铝粉材料尼龙铝粉,顾名思义就是在尼龙的粉末中掺杂一部分铝粉,通过SLS技术进行打印,使打印出的成品赋有金属的光泽。当铝粉含量从0增大到50%时,所制成品的热变形温度、拉伸强度、弯曲强度、弯曲模量以及硬度,比单纯尼龙烧结件分别提高了87℃、10.4%、62.1%、122.3%及70.4%。此外,烧结件的拉伸强度、断裂伸长率、冲击强度,也随着铝粉平均粒径的减小而增大。 |
ABS材料 | PLA材料 | |
定义 | ABS(原名为丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物)是家用熔融沉积(FDM)式线材的老祖宗。 | PLA(通常指聚乳酸)与气味香甜的ABS是难兄难弟。这种材料为生物分解性塑料,打印时气味就像糖果一样。 |
温度 | 这种材料的打印温度为210~240℃,加热板的温度为80℃以上。ABS的玻璃转化温度(这种塑料开始软化的温度)为105℃。 | 这种材料的打印温度为180~200℃。尽管加热板非必备品,但我还是建议大家在60℃时使用这项配备。PLA的玻璃转化温度也是这种材料最大的缺点,仅有60℃左右(这具有科学上的价值),因此用途有限,不适合做车子的排档头。 |
打印性能 | 材料的性质方面,从热端的角度来看,ABS塑料相当容易打印。无论用什么样的挤出机,都会滑顺地挤出材料,不必担心堵塞或凝固。然而挤完后的步骤却有点困难。这种材料具有遇冷收缩的特性,会从加热板上局部脱落、悬空,造成问题。另外,要是打印的物体高度很高,有时还会整层剥离。因此,ABS打印不能少了加热板。ABS能打印得非常快,还能设定仪器大幅增加回抽的速度。由于抽丝的毛病很罕见,因此通常只要稍微回抽一下就够了。 | PLA几乎与ABS完全相反,经常会堵塞热端(尤其是全金属制的热端更是如此)。这是因为PLA熔化后容易附着和延展。但这并不代表PLA不适合打印。只要在装设轴承时,滴一滴油到热端上,就能滑顺不堵塞,长时间在甘甜的香气中打印。PLA真正有趣的地方,就要数放在打印板上的时候了。这种材料几乎不会收缩,即使是开放式的打印机,也能打印巨大的物体,不必担心成品从板子上悬空、歪斜或破损。这种材料正好适合实地在公共场所做3D打印。 |
强度 | 只要以适当的温度打印,让层层材料牢牢黏住,ABS的强度就会变得相当高。ABS具有柔软性,即使承受压力也只会弯曲,不会折断。 | 虽然PLA也能打印出强度相当高的物体,却比其他塑料稍微脆弱一点。要是掉落或撞到东西时,多半会产生缺口或破损,而不会弹回来。薄的地方容易在弯曲前折断。只要打印得当,每一层材料就会黏得相当牢固。 |
气味 | 打印时会产生强烈的气味,在通风不良的房间打印ABS线材后会不舒服。 | 气味虽然微弱,却很宜人。 |
适用场景 | ABS适合制作可能会掉落、使用于高温环境下、或是以粗鲁的方式使用的物品。象是刀柄、车用手机架、手机保护壳、玩具、结婚戒指(黑色ABS制品)。总之,几乎所有的东西都适用。 | 建议大家能用时随时都可以用。PLA为生物分解性塑料,既能回收,也会腐朽消失,适合制作盒子、礼物、模型和原型的零件。也可以用在室外专题上。虽然PLA号称会生物分解,但若不加热就不会分解,还具有耐水性。 |
不适用场景 | 这种材料的缺点在于没有加热板的打印机无法打印。假如要在没有挡风和抗温装备的状态下列印大型物体,就必须小心别让材料整层剥落及破损。另外,房间通风不良时也最好别用ABS,因为气味会让人不舒服。 | PLA不适合放进60℃以上的东西里,这样的温度会让材料变形。此外,这种材料质地脆弱,不能用来制造工具的手把或会多次掉落的零件。再者,PLA只要稍微弯曲就会折断,不适合做成薄的东西。 |
FDM- fused deposition modeling
全称叫"熔融沉积"技术,基本原理是通过加热装置将ABS、PLA等丝材加热融化,然后通过挤出头像挤牙膏一样挤出来,一层一层堆积上去,最后成形。大家如果见过春蚕吐丝,就清楚了,类似的也是如此。蚕体内含有绢丝蛋白质的绢丝液,蚕用嘴挤压吐出,一层一层环绕,这种液体凝固后就成了丝茧。
SLA- stereolithography
全称叫"立体光固化成型"或"立体平版印刷",基本原理是激光束在液态树脂表面勾画出物体的第一层形状,然后制作平台下降一定的距离(0.05-0.025mm之间),再让固化层浸入液态树脂中,如此反复。使用的树脂是光敏树脂,激光束照射后会形成固态。
DLP-digital light projection
全称叫"数字光投影"技术。使用的耗材和SLA一样,都是光固化树脂。那和SLA有什么区别呢?为什么叫数字光投影呢?其实在机械结构方面,DLP与SLA最大的不同在于,DLP用的是投影仪的数字光源,SLA用的是激光头。正因为如此,DLP一扫就是一片,SLA成形只能靠一个激光点。一些DLP机器还可以打多种材料,例如DLP200台面可以打印多种材料,树脂ABS亚克力。
3D打印产业链的上游主要包括打印材料提供商、3D打印设备的制造商、工业设计机构、3D数字化技术提供商、3D打印机及耗材提供商、3D打印设备经销商、3D打印服务商等。在3D打印发展的初级阶段,产业链上游的焦点主要集中在材料行业、打印设备制造业以及软件开发三个领域。
3D打印产业链的下游主要分为两大类:(1)民用消费领域,如摄影、饮食、教育等方面;(2)工业领域,如传统的航空、汽车、船舶、电子、家电、医学、建筑等行业,同时还包括珠宝、时装、食品、纺织业以及考古领域。 3D打印产业环节较少,这也是其有别于传统制造业的地方。打印原材料和打印设备是最重要的产业链环节,为3D打印提供基础设备和产品成型原料,这两项是决定产品的重要因素;方案提供商是3D打印流程的实现者,提供设计到成型全程的运营服务。我国的3D打印主要集中在家电及电子消费品、建筑、教育、模具检测、医疗及牙科正畸、文化创意及文物修复、汽车及其他交通工具、航空航天等领域。其中,3D打印最大的三块需求分别来自民用消费、工业设计和航天军工。
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:
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01、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。 |
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虽然高端工业印刷可以实现塑料、某些金属或者陶瓷打印, 但无法实现打印的材料都是比较昂贵和稀缺的。另外,打印机也还没有达到成熟的水平,无法支持日常生活中所接触到的各种各样的材料。
3D打印在运动的物体和它们的清晰度难以实现。这个困难对于制造商来说也许是可以解决,但是3D打印技术想要进入普通家庭,每个人能随意打印想要的东西,那么机器的限制就必须解决才行。
音乐、电影和电视产业中对知识产权的关注越来越多。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。
道德的挑战 道德是底线。什么样的东西会违反道德规律是很难界定的,如果有人打印出生物器官和活体组织,在不久的将来会遇到极大的道德挑战。
3D打印技术需要承担的花费是高昂的。第一台3D打印机的售价为1万5。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。
xOne的3D打印产品2012年应用在能源石油天然气领域的收入占其总收入的13%。
通用电气公司(GE)开始尝试用3D打印技术生产燃气涡轮机的零部件金属燃油喷嘴,计划到2015年,其燃油喷嘴将全面实现3D打印生产。 GE还计划利用3D打印技术来生产可将石油抽到地面的电子潜水泵。GE正使用3D打印技术为石油和天然气领域的大型企业提供零部件维修服务,如齿轮、结构件、外壳,甚至一些空气动力学叶片等,都可以用3D打印技术进行维修。
美国石油服务企业哈利伯顿公司已开始利用3D打印技术生产石油钻探所需的零部件。
美国BlueFire设备公司尝试将3D打印技术用于PDC钻头的制造,该PDC钻头采用了特殊设计的喷嘴排列方式,采用3D打印技术完美地实现了这些高复杂度的设计,并大幅提升钻头应对极端环境的能力。
中海油服油田技术研究院的科研人员使用3D打印随钻地层测试器的集成阀座,目前3D打印技术已经成功应用于该研究院的多个科研项目中。3D打印技术已成功打印出球靴等橡胶制品,但距离规模生产尚有很大距离。
全球化工巨头杜邦公司与知名线材制造商taulman3D共同开发出了一款全新的3D打印线材T-Lyne。据称这款材料非常耐用、有弹性、如水晶般清澈,可打印到任何表面上,堪称创客们梦寐以求的3D打印利器。
韩国LG公司与世界第二大3D打印公司Stratasys协商供应高附加合成树脂ABS。
巴斯夫成立了全球3D打印研发部门,目前与湖南华曙高科签订了技术合作协议,联合开发世界上最新型SLS打印设备及材料,并计划在中国建立3D打印材料制造基地。
法国化工巨头阿科玛将3D打印材料作为公司的六大重点研发领域之一,并发布了一系列3D打印材料,特别是最新的PEKK等级材料。同时,阿科玛宣布将投入更多的研发资源,以开发新的3D打印材料和解决方案。
伊士曼化工与3D打印线材生产商taulman3D、3D打印机厂商AlephObjects合作,推出全新的线材产品。这两家公司分别在3D打印硬件和耗材领域处于领先的地位,通过与他们的合作,能够使伊士曼3D聚合物获得更为广泛的受众。