免费初学者指南

欢迎来到3DPI“初学者3D打印指南”。无论您是3D打印技术还是仅仅要关闭一些知识差距,我们都会停止。到目前为止,我们大多数人都在某种程度上听到了3D打印的潜力。但是,通过本指南,我们正在为历史和3D打印的现实提供见解 - 流程,材料和应用程序 - 以及对可能导航的地方的测量思想。我们希望您能发现这是最全面的3D打印资源之一,无论您的技能水平如何,都在这里会有很多,以满足您的需求。

你准备好了吗?让我们开始吧 !

01–3D打印基础知识

英国《金融时报》和其他媒体援引3D打印(又称增材制造)的话说,它的规模可能超过互联网。有些人认为这是真的。许多人认为,这是围绕这个非常令人兴奋的技术领域的非凡宣传的一部分。那么3D打印到底是什么,谁通常使用3D打印机,是为了什么?

概述

术语3D打印涵盖了一个主持流程和技术为不同国家的零部件和产品的生产提供了全方位的能力材料.基本上,所有的过程和技术都具有共同的方式是在添加过程中通过层进行层的方式,与涉及减法方法或模塑/铸造方法的传统生产方法形成对比。应用3D打印技术几乎每天都在兴起,随着这项技术在工业、制造商和消费者领域的渗透越来越广泛和深入,这一趋势只会增加。这一技术领域的大多数知名评论员都同意,截至今天,我们才刚刚开始看到3D打印的真正潜力。3DPI是一种可靠的3D打印媒体源,它为您带来了这个令人兴奋的领域中出现的所有最新新闻、视图、流程开发和应用。本综述文章旨在为3DPI观众提供有关3D打印的可靠背景信息,包括3D打印是什么(技术、流程和材料)、它的历史,应用领域和福利

简介 - 什么是3D打印?

3D打印是从三维数字模型制作物理对象的过程,通常是通过铺设许多连续的薄层材料。它通过逐层添加材料,将数字对象(其CAD表示)带入其物理形式。

3D打印对象有几种不同的技术。我们将在稍后在指南中进一步详细说明。3D印刷带来了两个基本创新:通过添加材料操纵它们的数字格式和新形状的制造。

数字的

+

加法制造

技术影响了最近的人类历史可能比任何其他领域更多。想想灯泡,蒸汽机或更加麻醉,汽车和飞机,更不用说万维网的崛起和崛起。这些技术在许多方面使我们的生活更好,开辟了新的途径和可能性,但通常需要时间,有时甚至数十年,在真正的颠覆性的技术变得明显之前。

众所周知,3D印刷或添加剂制造(AM)具有巨大的潜力,成为其中一种技术。3D打印现已涵盖许多电视频道,主流报纸和在线资源。真正的是这3D打印有些人声称将结束传统的制造业,因为我们所知,彻底改变设计并强加地缘政治,经济,社会,人口,环境和安全对我们的每一天生活的影响?

3D打印背后最基本的分化原理是它是一种添加剂制造过程。并且这实际上是关键,因为3D打印是基于高级技术的基于高级技术的完全不同的制造方法,该方法在亚mm规模处构建零件。这与任何其他现有的传统制造技术不同。

传统制造业有许多局限性,广泛地基于人类劳动力,并通过手工意识形态生根返回法语单词的生物学起源。然而,制造世界已经改变,以及加工,铸造,成型和成型等自动化过程全部(相对)需要机器,计算机和机器人技术的新的,复杂的过程。

然而,这些技术都要求从更大的块中减去材料,是否达到最终产品本身或生产用于铸造或模塑过程的工具,这是整体制造过程中的严重限制。

对于许多应用,传统的设计和生产过程强加了许多不可接受的限制,包括如上所述的昂贵的工具,固定装置,以及对复杂部件的组装的需求。此外,减量制造工艺(例如加工)可导致浪费的最高90%的原始材料块。相比之下,3D打印是通过以各种方式添加材料层,根据所使用的技术以各种方式添加素材层来创建对象的过程。为仍然试图了解概念的任何人来说,简化了3D打印背后的意识形态,可以将其自动与Lego块建立内容的过程。

3D打印是一项支持技术,以前所未有的设计自由鼓励和推动创新,同时是一个无需工具的过程,减少了令人望而却步的成本和交货时间。可以专门设计组件,以避免在不增加额外成本的情况下产生复杂几何结构和复杂特征的组装要求。3D打印也正在成为一种节能技术,通过更轻、更强的设计,可以在制造过程本身(使用高达90%的标准材料)和整个产品运行寿命方面提供环保效率。

近年来,3D印刷超出了工业原型制作和制造过程,因为该技术对小公司甚至个体变得更加通便。一旦由于拥有3D打印机的规模和经济学,庞大的多国公司的域名,现在可以获得超过1000美元的3D打印机的规模和经济学。

这已将技术开放到更广泛的受众,随着指数采用率在所有方面继续均,越来越多的系统,材料,应用,服务和辅助。

02 -3D打印的历史

最早的3D打印技术首先在1980年代后期可见,此时它们被称为快速原型(RP)技术。这是因为该过程最初被认为是一种快速更具成本效益的方法,用于在工业中创造产品开发的原型。作为一个有趣的一边,在日本5月,在日本博士博士提出了RP技术的第一次专利申请,于1980年5月。对于柯达博士,随后未在申请后一年截止日期前提交的全部专利规范,这考虑到他是一名专利律师特别灾难!然而,实际上,当为立体光刻设备(SLA)发出第一专利时,3D打印的起源可以追溯到1986。该专利属于一个查尔斯(查克)赫尔谁在1983年首次发明了他的SLA机器。赫尔继续共同找到3D Systems Corporation - 今天是在3D打印领域经营的最大和最丰富的组织之一。

3D Systems公司的第一个商用RP系统SLA-1于1987年推出,经过严格测试后,第一个系统于1988年销售。正如新技术中相当典型的情况一样,虽然SLA可以说是最初的技术,但它并不是当时开发中的唯一RP技术,因为在1987年,卡尔迪卡。他在德克萨斯大学工作,在美国申请了选择性激光烧结(SLS)RP工艺的专利。该专利于1989年发布,SLS后来被许可给DTM公司,该公司后来被3D系统收购。1989年也是斯科特·克鲁姆是Stratasys Inc.的联合创始人提交了融合沉积建模的专利(FDM) - 本公司仍然持有的专有技术,但也是许多入门机器使用的过程,基于开源重新应用模型,即今天多产。FDM专利于1992年发给Stratasys。在欧洲,1989年,德国的EOS GmbH也在形成的成立汉斯·兰格.在与激光烧结工艺进行了一段时间的磨合后,EOS的研发重点重点放在了激光烧结(LS)工艺上,该工艺一直在不断发展壮大。今天,EOS系统因其用于工业原型和3D打印生产应用的高质量输出而得到世界各地的认可。EOS在1990年出售了第一个“立体声”系统。该公司的直接金属激光烧结(DMLS)工艺源于伊莱克斯芬兰分部的一个初始项目,该部门后来被EOS收购。

其他3D打印技术和工艺,这些年来也不断出现,即弹道粒子制造(BPM)最初是由威廉大师的专利,分层实体制造(LOM)最初由迈克尔Feygin,固地固化(SGC)最初由Itzchak波默朗茨等专利的专利al and ‘three dimensional printing’ (3DP) originally patented by Emanuel Sachs et al. And so the early nineties witnessed a growing number of competing companies in the RP market but only three of the originals remain today — 3D Systems, EOS and Stratasys.

Throughout the 1990’s and early 2000’s a host of new technologies continued to be introduced, still focused wholly on industrial applications and while they were still largely processes for prototyping applications, R&D was also being conducted by the more advanced technology providers for specific tooling, casting and direct manufacturing applications. This saw the emergence of new terminology, namely Rapid Tooling (RT), Rapid Casting and Rapid Manufacturing (RM) respectively.

在商业运营方面,桑德斯原型(后来的Solidscape)和ZCorporation成立于1996年,Arcam成立于1997年,Objet Geometries成立于1998年,MCP Technologies(一家已建立的真空铸造OEM)在2000年引入了SLM技术,EnvisionTec.成立于2002年,ExOne成立于2005年,是Extrude Hone Corporation的副产品,Sciaky Inc基于其专有的电子束焊接技术,开创了自己的添加剂工艺。这些公司都为西方公司在全球市场的扩张做出了贡献。这个术语也随着制造应用的扩散而发展,所有这些过程的总称是增材制造(AM)。值得注意的是,在东半球也有许多平行的发展。然而,尽管这些技术本身很重要,并在当地取得了一些成功,但在当时并没有真正影响全球市场。

在中期的中期期间,该部门开始表现出不同多样化的迹象,这两个特定的重点领域今天更加明确定义。首先,有3D印刷的高端,仍然非常昂贵的系统,旨在为高价值,高度设计,复杂的零件生产的部分生产。这仍然是正在进行的 - 而且增长 - 但结果才真正开始在航空航天,汽车,医疗和精美珠宝领域的生产应用中可见,因为多年的研发和资格现在正在偿还。一个很好的交易仍然落后于闭门和/或在非披露协议(NDA)之后。在频谱的另一端,一些3D打印系统制造商正在开发和推进“概念制定者”,因为当时被调用。具体而言,这些是3D打印机,使得专注于改善概念开发和功能原型,这些原型专门被开发为办公和用户友好,经济高效的系统。今天的桌面机器的前奏。然而,这些系统仍然非常适合工业应用。

回头看,风暴前真的是平静的。

在低端市场——如今被视为中档的3D打印机——随着打印精度、速度和材料的逐步改进,价格战开始了。

2007年,市场从3D系统中看到了第一个低于10,000美元的系统,但这从来没有相当击中它应该的标记。这部分原因是系统本身,也是其他市场影响。那个时候的圣杯是为了获得5000美元的3D打印机 - 这是由许多行业的内部人员,用户和评论员看到的3D打印机,作为向更广泛的受众开放3D打印技术的关键。在那一年的大部分时间里,抵达了高度预期的桌面工厂 - 许多预测的是那些圣杯的实现 - 被告警作为观看的人。随着组织在奔跑到生产的情况下,它没有任何东西。桌面工厂及其领导者,Cathy Lewis,于2008年通过3D系统获得了IP,而且却消失了。事实证明,2007年实际上是那个确实标记了可访问3D打印技术的转折点的年度 - 尽管很少有人在当时实现它 - 随着重新装修现象扎根。博士Bowyer据建立了早期的开源,自我复制3D打印机的Repap概念,在2004年中,随着一些繁重的歌曲,他的团队在浴室中的一些重物,最重要的是,奥利弗和罗伊斯·琼斯使用沉积过程的概念到3D打印机的原型。2007年是拍摄开始展示的一年和这种胚胎,开源3D打印运动开始获得可见性。

但直到2009年1月,第一个商业上可获得的3D打印机 - 以销售为基础的套件和基于重新概念。这是BFB Rapman 3D打印机。同年4月紧随其后的是Makerbot Industries,其创始人在大量投资之后偏离开源哲学的转载,这是大量涉及转载的发展。自2009年以来,已经出现了一系列类似的沉积打印机,并具有边缘独特的销售点(USPS),他们继续这样做。这里有趣的二分法是,虽然转回现象已经引起了一整个商业,入门级3D打印机的新部门,但转回社区的欧洲议会均是关于3D打印和在海湾商业化的开源开发。

2012年,可替代的3D打印工艺被引入市场的入门级。B9Creator(使用DLP技术)在6月份首次亮相,随后是Form 1(使用立体平版)在12月份亮相。这两款产品都是通过Kickstarter融资网站推出的,都获得了巨大的成功。

由于市场分化,在产业层面的能力和应用上的显著进步,在不断增长的创客运动中意识和吸收的显著增加,2012年也是许多不同主流媒体渠道开始关注这项技术的一年。2013年是显著增长和整合的一年。最引人注目的举动之一是Stratasys收购Makerbot。

迄今为止,第3次,有时甚至,4岁的工业革命,不可能被剥夺,是3D打印在工业领域的影响以及3D打印展示消费者未来的巨大潜力。在我们面前潜在的潜力仍然会展开什么。

03–3D打印技术

任何3D打印过程的起点都是3D数字模型,它可以使用各种3D软件程序创建——在行业中,这是3D CAD,对于制造商和消费者来说,有更简单、更容易获得的程序可用——或者用3D扫描仪扫描。然后,模型被“切片”成层,从而将设计转换成可由3D打印机读取的文件。3D打印机加工的材料会根据设计和工艺分层。如上所述,有许多不同类型的3D打印技术,以不同的方式处理不同的材料来创建最终的对象。现在,功能塑料、金属、陶瓷和沙子都常规地用于工业原型和生产应用。3D打印生物材料和不同类型的食物的研究也在进行中。一般来说,在市场的入门级,材料是非常有限的。塑料是目前唯一广泛使用的材料——通常是ABS或PLA,但也有越来越多的替代材料,包括尼龙。也有越来越多的入门级机器被改造用于食品,如糖和巧克力。

它是如何工作的

不同类型的3D打印机每个都采用不同的技术这个过程不同材料以不同的方式。重要的是要理解3D打印最基本的限制之一——就材料和应用而言——是没有“一种解决方案适用于所有”。例如,一些3D打印机加工粉末材料(尼龙、塑料、陶瓷、金属),利用光/热源将粉末层烧结/熔化/熔合在一起,形成确定的形状。其他的加工聚合物树脂材料,并再次利用光/激光在超薄层固化树脂。喷射微小液滴是另一种3D打印工艺,让人想起2D喷墨打印,但使用的材料比油墨更好,并使用粘合剂固定层。也许最常见和最容易识别的过程是沉积,这是大多数入门级3D打印机使用的过程。这个过程挤压塑料,通常是PLA或ABS,在长丝形式通过加热挤出机形成层和创造预定的形状。

由于部件可以直接打印,因此可以生产非常详细和复杂的对象,通常具有内置的功能和否定对组装的需求。

然而,压力的另一个重要点是,没有一个3D打印过程作为当今的插头和播放选项。在按下打印之前有许多步骤,一旦零件关闭打印机,这些步骤通常被忽视。除了为3D打印设计的现实之外,这可能需要苛刻,文件准备和转换也可以证明耗时和复杂,特别是对于在构建过程中需要复杂的支持的部分。但是,对于这些功能,软件的持续更新和升级,情况正在提高。此外,一旦关闭打印机,许多部件需要进行整理操作。支持拆卸是一种用于需求支持的过程的显而易见的一种,但其他包括砂光,漆,涂料或其他类型的传统整理触摸,这通常需要手动完成,并且需要技能和/或时间和耐心。

04 - 3D打印流程

立体刻录

立体光刻(SL)被广泛认为是第一种3D打印工艺;它当然是第一个商业化的。SL是一种基于激光的工艺,使用光聚合物树脂,与激光发生反应并固化,以非常精确的方式形成固体,从而生产非常精确的零件。这是一个复杂的过程,但简单地说,光聚合树脂是装在一个大桶里,里面有一个可移动的平台。根据提供给机器的3D数据(.stl文件),激光束在X-Y轴上穿过树脂的表面,在激光击中表面的地方,树脂精确地硬化。一旦该层完成,缸内的平台下降一小部分(在Z轴),随后的层被激光描出。这一过程将一直持续下去,直到整个对象完成,平台可以从缸中升起以便移除。

由于SL过程的性质,它需要一些部件的支持结构,特别是具有悬垂或底切的那些。需要手动删除这些结构。

在其他后处理步骤中,许多使用SL进行3D打印的对象需要清洁和固化。固化包括将零件置于烤箱状机器中的强光下,使树脂完全硬化。

立体平版印刷是公认的最精确的3D打印工艺之一,具有良好的表面光洁度。然而,限制因素包括所需的后处理步骤和材料随时间的稳定性,这可能会变得更脆。

DLP

DLP -或数字光处理-是一个类似于立体光刻的过程,因为它是一个3D打印过程,与光聚合物工作。主要的区别是光源。DLP使用更传统的光源,如弧光灯,带有液晶显示面板或可变形镜设备(DMD),这是应用于整个表面的光聚合树脂缸在一次通过,通常使它比SL更快。

与SL类似,DLP生产的零件精度高,分辨率高,但其相似之处还包括对支撑结构和后固化的相同要求。然而,DLP相对于SL的一个优点是,只需一桶浅的树脂就可以促进工艺的进行,这通常会减少浪费,降低运行成本。

激光烧结/激光熔化

激光烧结和激光熔化是可互换的术语,其参考基于激光的3D印刷过程,其适用于粉末材料。根据送入机器的3D数据,在X-Y轴上沿着紧凑的粉末材料的粉末床追踪激光器。当激光器与粉末材料的表面相互作用时,它烧成,或熔化,彼此形成固体。当每个层完成时,粉末床逐渐下降,并且在激光器的下一次通过之前,辊将粉末平滑在床的表面上,以便形成随后的层并与前一层融合。

建造室是完全密封的,因为它是必要的,以保持一个精确的温度过程中特定的粉状材料的熔点的选择。一旦完成,整个粉末床从机器和多余的粉末可以被删除,留下“打印”部分。这种工艺的关键优势之一是,粉床作为悬垂和底切的过程中支撑结构,因此,用这种工艺可以制造出其他方法无法制造的复杂形状。

然而,在缺点方面,由于激光烧结所需的高温,冷却时间可能相当长。此外,孔隙度一直是该工艺的一个历史问题,尽管在完全致密零件方面有了显著的改进,但在某些应用中仍然需要使用其他材料进行渗透,以改善机械特性。

激光烧结可以加工塑料和金属材料,尽管金属烧结确实需要更高功率的激光和更高的加工温度。使用此工艺生产的零件比使用SL或DLP生产的零件强度大得多,尽管通常表面光洁度和精度不如SL或DLP生产的零件。

挤出/FDM/FFF

利用热塑性材料挤压的3D打印是最常见和最容易识别的3DP工艺。该工艺最受欢迎的名字是熔融沉积建模(FDM),因为它的寿命很长,但这是一个商标名,由最初开发它的Stratasys公司注册。Stratasys公司的FDM技术早在20世纪90年代早期就出现了,如今是一种工业级3D打印工艺。然而,自2009年以来涌现的入门级3D打印机大量使用了类似的工艺,通常被称为Freeform Fabrication (FFF),但由于Stratasys仍然持有专利,因此采用了更基本的形式。最早的RepRap机器和所有随后的发展-开源和商业-采用挤压方法。然而,后Stratasys的专利侵权申请反对Afinia有一个问标志,关于市场的入门级结束现在如何发展,所有机器都可能在Stratasys的射线侵犯线上的射击线。

该过程通过熔化塑料细丝,通过加热的挤出机,当时的加热挤出机的层,在根据提供给打印机的3D数据的构建平台上。每层硬化,因为它被沉积并键合到前一层。

Stratasys为其FDM工艺开发了一系列专有的工业级材料,适用于一些生产应用。在入门级市场,材料较为有限,但范围正在扩大。入门级FFF 3D打印机最常见的材料是ABS和PLA。

FDM/FFF工艺要求任何具有悬垂几何形状的应用都需要支撑结构。对于FDM,这需要第二种水溶性材料,一旦打印完成,该材料允许支撑结构相对容易地被冲走。或者,也可以分离支撑材料,可以通过手动将其从零件上折断来移除。支撑结构或缺乏支撑结构通常是入门级FFF 3D打印机的一个限制。然而,随着系统的发展和改进,以纳入双挤压头,它已成为一个较少的问题。

在模型制作方面,Stratasys公司的FDM过程是一个准确可靠的过程,相对于办公室/工作室友好,尽管可能需要大量的后处理。在入门级,正如预期的那样,FFF过程产生的模型精度要低得多,但情况正在不断改善。

对于某些部件几何形状和层到层的粘附可能是一个问题的过程,这可能是一个问题,导致部分不含水。同样,使用丙酮的后处理可以解决这些问题。

喷墨

有两个3D打印过程利用喷射技术。

粘结剂喷射:喷射的材料是粘合剂,并选择性地喷射到零件材料的粉末层中,一次将其熔化一层,以创建/打印所需零件。与其他粉末床系统的情况一样,一旦完成一层,粉末床将逐渐下降,在喷射头下一次通过之前,滚筒或刀片将粉末平滑在床表面上,后续层的粘合剂将形成并与前一层熔合。

此过程的优点如同与SLS相同,包括对支撑件的需求被否定,因为粉末床本身提供该功能。此外,可以使用一系列不同的材料,包括陶瓷和食物。该过程的进一步独特优势是能够容易地添加全彩色调色板,该调色板可以添加到粘合剂中。

然而,直接从机器导致的部件与烧结过程不那么强,并且需要后处理以确保耐用性。

材料喷射:一种3D打印工艺,其中实际构建材料(液态或熔融状态)通过多个喷射头选择性喷射(其他喷射头同时喷射支撑材料)。然而,这些材料往往是液体光聚合物,在每一层沉积时,都会通过紫外光固化。

该产品的性质允许同时沉积一系列材料,这意味着一个部件可以由多种不同特性和性能的材料生产。材料喷射是一种非常精确的3D打印方法,生产精确的零件,表面非常光滑。

选择性沉积叠层(SDL)

SDL是Mcor Technologies开发和制造的专有3D打印工艺。有一种诱惑,将这一过程与Helisys在20世纪90年代开发的层压对象制造(LOM)过程进行比较,因为在分层和塑造纸张形成最终部分的相似之处。然而,任何相似之处都到此为止。

SDL 3D打印过程使用标准复印纸通过图层构建零件层。每个新层使用粘合剂固定到上一层,该粘合剂根据提供给机器的3D数据选择性地应用。这意味着在将成为部分的区域中沉积更高的粘合剂密度,并且在将作为支撑件的周围区域施加大得多的粘合剂密度,确保相对容易的“除草”或支撑脱模。

当一张新的纸从送纸机构被送进3D打印机,并放置在选择性地涂在前一层上的粘合剂上后,构建板被移动到一个加热板上并施加压力。这种压力确保了两张纸之间的正粘合。构建板然后返回构建高度,其中可调碳化钨刀片切割一张纸一次,跟踪对象的轮廓创建部分的边缘。当这个切割顺序完成时,3D打印机会沉积下一层粘合剂,以此类推,直到零件完成。

SDL是使用CYMK颜色调色板产生全彩3D打印零件的少量3D打印过程之一。而且由于部件是标准纸张,需要无需后处理,因此它们完全安全和环保。在该过程不能与其他3D打印过程中有利地竞争的情况下,在复杂几何形状的生产中,并且构造尺寸限于原料的尺寸。

ebm.

电子束熔化3D打印技术是由瑞典公司Arcam开发的专利工艺。这种金属印刷方法非常类似于直接金属激光烧结(DMLS)工艺,从金属粉末形成零件。关键的区别在于热源,顾名思义,热源是电子束,而不是激光,因为激光需要在真空条件下进行。

EBM有能力用各种金属合金制造全密度零件,甚至达到医疗级,因此该技术在医疗行业的一系列生产应用中特别成功,特别是在植入物方面。然而,航空航天和汽车等其他高科技部门也将循证医学技术用于制造实践。

05 - 3D打印材料

自技术早期以来,可用于3D印刷的材料已经走了很长的路。现在存在各种不同的材料类型,其在不同的状态(粉末,长丝,颗粒,颗粒,树脂等)提供。

目前,特定的材料通常是为特定平台开发的,用于执行特定的应用(例如牙科部门),这些平台的材料性能更适合应用。

然而,现在有太多来自不同3D打印机供应商的专有资料,无法在这里全部涵盖。相反,本文将以一种更通用的方式研究最流行的材质类型。还有一些非常突出的材料。

塑料

尼龙,或聚酰胺,通常以粉末形式使用烧结工艺或以长丝形式使用FDM工艺。它是一种坚固、灵活和耐用的塑料材料,已证明是可靠的3D打印。它是天然的白色,但它可以是彩色的-印刷前或印刷后。这种材料也可以与粉状铝相结合(以粉末形式)来生产另一种常见的用于烧结的3D打印材料——铝化物。

ABS是用于3D打印的另一种常见塑料,以长丝形式广泛用于入门级FDM 3D打印机。它是一种特别坚固的塑料,有多种颜色。ABS可以从许多非自有来源以长丝形式购买,这也是它如此受欢迎的另一个原因。

PLA是一种可生物降解的塑料材料,正是由于这个原因,它在3D打印中获得了巨大的吸引力。它可以以树脂形式用于DLP/SL工艺,也可以以长丝形式用于FDM工艺。它提供多种颜色,包括透明,这已被证明是3D打印某些应用的有用选项。然而,它不像ABS那样耐用或灵活。

Laywood是一个专门开发的3D打印材料,用于入门级挤出3D打印机。它有长丝形式,是木/聚合物复合物(也称为WPC)。

金属

越来越多的金属和金属复合材料被用于工业级3D打印。最常见的两种是铝和钴衍生物。

用于3D打印的最强且因此最常用的金属之一是用于烧结/熔化/EBM工艺的粉末状不锈钢。它是天然的银,但可以镀上其他材料,以提供金或铜的效果。

在过去的几年里,金和银被添加到金属材料的范围内,可以直接3D打印,在珠宝行业的应用很明显。这些都是非常坚固的材料,并以粉末的形式加工。

钛是最坚固的金属材料之一,用于3D打印工业应用已有一段时间。以粉末形式提供,可用于烧结/熔化/EBM工艺。

陶瓷

陶瓷是一组相对较新的材料,可用于3D打印,取得了不同程度的成功。这些材料需要特别注意的是,在印刷后,陶瓷零件需要经历与使用传统生产方法制造的任何陶瓷零件相同的过程,即烧制和上釉。

标准A4复印纸是Mcor Technologies提供的专有SDL工艺所使用的3D打印材料。该公司运营的商业模式与其他3D打印供应商明显不同,机器的资本支出在中等水平,但重点是容易获得的,具有成本效益的材料供应,可以在当地购买。用纸制作的3D打印模型安全、环保、易于回收,不需要后处理。

生物材料

对于3D打印生物材料在许多医疗(和其他)应用中的潜力,正在进行大量的研究。一些领先机构正在研究活体组织,以期开发应用程序,包括打印人体器官以供移植,以及用于替换身体部位的外部组织。这一领域的其他研究集中于开发食品——肉类是主要的例子。

食物

在过去的几年中,使用挤压机进行3D打印食品物质的实验急剧增加。巧克力是最常见的(也是最受欢迎的)。也有用糖打印的打印机,还有一些用意大利面和肉做的实验。展望未来,人们正在进行研究,利用3D打印技术生产完美平衡的膳食。

其他

最后,Stratasys公司拥有一种独特的(专有的)材料,它为Objet Connex 3D打印平台提供数字材料。这意味着标准的Objet 3D打印材料可以在打印过程中以不同的和特定的浓度组合,形成具有所需性能的新材料。多达140种不同的数字材料可以通过不同的方式结合现有的初级材料来实现。

06 - 3D打印全球效果

对制造业的全球影响

3D打印已经在制造产品的方式具有效果 - 该技术的性质允许在制造过程的社会,经济,环境和安全影响方面具有普遍优惠的结果,允许新的思维方式。

此声明背后的一个关键因素是3D打印有可能将生产更接近最终用户和/或消费者,从而降低了当前供应链限制。3D打印的定制价值和生产小型生产批次的能力是一种肯定的方式,以实现消费者和减少或否定库存和股票打桩 - 类似于亚马逊经营业务的东西。

运输备件和来自世界的一个部分到另一个部分的产品可能会变得过时,因为备件可能是在现场印刷的3D。这可能对企业的大小,军事和消费者在未来的全球范围内运作和互动的重大影响。许多人的最终目标是为了消费者在家中运营自己的3D打印机,或者在他们的社区内,由此可以通过Internet下载任何(可自定义)产品的数字设计,并且可以发送到打印机,该打印机已加载到打印机用正确的材料。目前,有一些关于这是否会通过的辩论,以及关于可能发生的时帧更严格的争论。

广泛采用3D打印可能导致许多已经发明产品的重新发明,当然,甚至更大的全新产品。今天,可以使用3D打印机创建不可能的形状和几何形状,但旅程真的只刚开始。许多人认为3D打印有很大的潜力可以将增长注入创新并带回当地的制造。

对全球经济的潜在影响

3D打印技术的使用如果在世界范围内采用,将对全球经济产生潜在影响。生产和分销从目前的模式转变为基于按需、现场、定制的本地化生产模式,可能会减少出口国和进口国之间的不平衡。

3D打印将有可能创造新的行业和全新的职业,例如与3D打印机生产相关的行业。这是一个围绕3D打印提供专业服务的机会,从新形式的产品设计师、打印机操作员、材料供应商一直到知识产权法律纠纷和解决方案。对于许多知识产权持有者来说,盗版是当前与3D打印相关的一个问题。

3D印刷对发展中国家的影响是一把双刃剑。积极效应的一个例子是通过再循环和其他本地材料降低制造成本,但制造业工作的损失可能会严重袭击许多发展中国家,这需要克服时间。

发达国家或许将从3D打印中受益最大,因为在这些国家,日益老龄化的社会和人口老龄化的变化一直是生产和劳动力方面的一个担忧。此外,3D打印在医疗方面的益处将很好地迎合日益老龄化的西方社会。

07 - 3D打印的好处和价值

无论是在工业、地方还是个人层面,3D打印都带来了传统制造(或原型)方法无法带来的诸多好处。

定制

3D打印工艺允许大规模定制 - 根据个人需求和要求个性化产品的能力。即使在同一构建室内,3D打印的性质也意味着可以在无需额外的工艺成本的情况下同时制造许多产品。

复杂性

3D打印的出现已经看到产品的增殖(在数字环境中设计),涉及复杂程度,这根本无法以任何其他方式生产。虽然设计师和艺术家造成了令人印象深刻的视觉效果,但它也对工业应用产生了重大影响,因此正在开发出现的应用程序,以使证明既较浅,比其前辈更强大的复杂组件。在航空航天领域出现了显着用途,其中这些问题重要性。

工具少

对于工业制造,产品开发过程中最具成本,时间和劳动密集型阶段之一是生产工具的生产。对于低至中等体积应用,工业3D打印或添加剂制造 - 可以消除工具生产的需求,,,,,,,,,,,,是与其相关的成本,交付时间和劳动力。这是一个极具吸引力的命题,即越来越多的数量或制造商正在利用。此外,由于上述复杂优点,产品和部件可以专门设计,以避免具有复杂几何形状和复杂特征的装配要求,进一步消除了与组装过程相关的劳动力和成本。

可持续/环保

3D打印也是一种新兴的节能技术,它可以在制造过程本身提供环境效率,利用高达90%的标准材料,从而减少浪费,但也可以在额外制造的产品的整个使用寿命内提供环境效率,通过更轻更坚固的设计,与传统制造的产品相比,减少了碳足迹。

此外,在满足当地制造模式方面,3D打印呈现出色的承诺,由此在所需的地方提供产品 - 消除全球运输高卷产品的巨大库存和不可持​​续的物流。

08 - 3D打印应用

3 d打印技术的起源在“快速成型”的原则建立在工业原型作为一种加速产品开发的早期阶段的快速而简单的方法生产原型,允许多个迭代的产品更快、更有效地到达在一个最佳的解决方案。这节省了整个产品开发过程的时间和金钱,并确保了生产工具之前的信心。

原型仍然可能是最大的,即使有时忽略了3D打印的应用。

自3D打印用于原型制作的出现以来,工艺和材料的发展和改进见证了产品开发流程链下游应用程序所采用的工艺。利用不同工艺的优势开发了模具和铸造应用。同样,这些应用程序越来越多地被工业部门使用和采用。

同样,对于最终制造业务,改善是促进摄取的。

就在所有这些广谱应用中的工业3D印刷中受益的工业垂直市场方面,以下是基本故障:

医疗和牙科

医疗部门被视为3D打印的早期采用者,但也是一个具有巨大增长潜力的行业,这是由于技术的定制和个性化能力,以及随着工艺的改进和符合医疗级标准的材料的开发而改善人们生活的能力。

3D打印技术被用于许多不同的应用。除了制作用于支持医疗和牙科行业新产品开发的原型外,这些技术还用于制作牙冠下游金属铸造的模型,以及用于制造工具的塑料真空成型以制作牙科对准器。直接制造的技术也利用股票的物品,如髋关节和膝关节植入物,和定制不同的产品,如助听器,矫正的鞋垫的鞋子,个性化的假肢和一次性植入病人患有疾病,如关节炎、骨质疏松症和癌症,还有事故和创伤受害者。用于特定手术的3D打印手术指南也是一种新兴应用,帮助外科医生工作和患者康复。3D打印皮肤、骨骼、组织、药物甚至人体器官的技术也在开发中。然而,这些技术距离商业化还有几十年的时间。

航天

与医疗部门一样,航空航天部门也是最早采用3D打印技术进行产品开发和原型制作的部门。这些公司通常与学术和研究机构合作,在制造应用技术方面走在前沿,或推动其边界。

由于飞机开发的危急性质,R&D要求奋斗,标准是关键的,工业级3D打印系统通过它们的步伐。工艺和材料开发已经看过,为航空航天部门开发的许多关键应用 - 以及一些非关键零件在飞机上就是飞机。

高调用户包括GE / Morris Technologies,空中客车/ EADS,Rolls-Royce,BAE系统和波音。虽然这些公司的大多数都在他们现在正在做的技术方面采取现实的方法,而且大部分是研发,有些人会很好地看不见未来。

汽车

快速原型技术(3D打印的最早体现)的另一个普遍早期采用者是汽车行业。许多汽车公司——特别是在汽车运动和F1的前沿——都遵循着与航空航天公司类似的轨迹。首先(并且仍然)使用原型应用技术,但开发和调整其制造工艺,以将改进的材料和汽车零件的最终结果的好处结合起来。

许多汽车公司现在也在考虑3D打印的潜力,以满足销售后的需求,生产备件/替换零件,而不是持有巨大的库存。

珠宝

传统上,珠宝的设计和制造过程总是需要高水平的专业知识,涉及特定学科,包括制造、模具制造、铸造、电镀、锻造、金银锻造、石头切割、雕刻和抛光。这些学科都经过多年的发展,每一个都需要技术知识,当应用到珠宝制造。投资铸造就是一个例子,它的起源可以追溯到4000多年前。

对珠宝行业来说,3D打印已被证明是特别具有破坏性的。基于3D打印能够以及将如何对这个行业的进一步发展做出贡献,人们产生了极大的兴趣和理解。从3D CAD和3D打印带来的新的设计自由,通过改进传统的珠宝生产流程,一直到直接3D打印生产,消除了许多传统步骤,3D打印已经并将继续在这个领域产生巨大的影响。

艺术/设计/雕塑

艺术家和雕塑家正以无数不同的方式参与3D打印,以以前不可能的方式探索形式和功能。无论是单纯地寻找新的原创表达,还是向早期大师学习,这是一个高度紧张的领域,正在越来越多地寻找使用3D打印的新方法,并将结果介绍给世界。现在有许多艺术家通过使用3D建模、3D扫描和3D打印技术而成名。

  • 约书亚·霍克
  • 定日化
  • 神经系统公司的杰西卡·罗森克兰茨
  • 皮亚欣泽
  • 尼克Ervinck
  • 莱昂内尔院长
  • 还有许多人。

3D扫描的学科与3D打印一起为艺术界带来了新的维度,然而,在艺术家和学生现在拥有经过验证的方法,可以再现过去大师的工作,并创造古代(更近期)的确切复制品密切研究的雕塑 - 艺术品,否则他们将无法亲自与人互动。Cosmo Wenman的作品在这一领域特别启发。

建筑学

建筑模型长期以来一直是3D打印工艺的主食,为建筑师视力的准确演示模型制作。3D打印提供了一种相对快速,简单,经济可行的可行方法,可直接从3D CAD,BIM或其他建筑师使用的其他数字数据生产详细型号。许多成功的建筑公司,现在通常使用3D打印(在房屋或作为服务中)作为他们工作流程的关键部分,以增加创新和改进的沟通。

最近,一些有远见的建筑师将3D打印作为一种直接的施工方法。在这方面,许多组织正在进行研究,最著名的是拉夫堡大学、Contour Crafting和Universe Architecture。

时尚

随着3D打印工艺在分辨率和更灵活的材料方面的改进,一个以实验和惊人言论闻名的行业脱颖而出。我们当然在谈论时尚!

3D打印的鞋子、头饰、帽子和包等配饰都登上了全球t台。一些更有远见的时装设计师已经证明了这项技术在高级定制时装方面的能力——连衣裙、披肩、长裙,甚至一些内衣已经在世界各地的不同时尚场所首次亮相。

Iris Van Herpen应该特别提及这静脉的领先先驱。她制作了许多集合 - 在巴黎的人行道和米兰建模 - 包含3D打印来炸毁“正常规则”,不再适用于时装设计。许多人遵循了,并继续在她的脚步上遵循,通常是完全原始的结果。

食物

虽然食品是3D打印派对的后起之秀,但它是一种新兴的应用(和/或3D打印材料),让人们非常兴奋,并有可能真正将这项技术带入主流。毕竟,我们将永远需要吃饭!3D打印是一种制作和展示食物的新方法。

3D打印食品的最初尝试是用巧克力和糖,随着特定的3D打印机进入市场,这些发展一直在快速进行。其他一些早期的食品实验包括在细胞蛋白质水平上3D打印“肉”。最近,意大利面是另一种正在研究3D打印食品的食品集团。

期待未来的3D印刷也被视为完整的食品制备方法和以全面健康的方式平衡营养素的方式。

消费者

3D打印供应商的圣杯是消费者3D打印。关于这是否是一个可行的未来,存在着广泛的争论。目前,由于入门级(消费者机器)存在易访问性问题,消费者的理解很低。大型3D打印公司如3D Systems和Makerbot (Stratasys的子公司)在这个方向上取得了进展,他们试图使3D打印过程和辅助组件(软件、数字内容等)更容易使用和友好。目前,大街上的人可以通过三种主要方式与3D打印技术进行消费产品的互动:

  • 设计+打印
  • 选择+打印
  • 选择+ 3D打印服务实现

09 -术语表

3dp.3D打印

ABS丙烯腈丁二烯苯乙烯

加法制造

CAD / CAM计算机辅助设计/计算机辅助制造

CAE.计算机辅助工程

DLP数字光处理

DMD直接金属沉积

摘要直接金属激光烧结

ebm.电子束熔化

eva.乙烯乙酸乙酯

FDM熔融沉积模型(Stratasys商标)

FFF.成形技术

镜头激光工程网整形(SNL的商标,许可授权为Optomec)

LS.激光烧结

pl聚乳酸

重新逆向工程

RM快速制造

RP快速原型设计

RT快速工具

sl立体刻录

SLA立体刻度仪设备(3D系统的注册商标)

SLM选择性激光熔化

SLS选择性激光烧结(3D系统注册商标)

STL / .stl.立体石岩