自由初学者指南

欢迎来到3DPI的3D打印初学者指南。无论你是新3D打印技术或只是想缩小一些知识差距,我们很高兴你停下来。到目前为止,我们大多数人都在某种程度上听说过3D打印的潜力。但通过这个指南,我们提供了对3D打印的历史和现实的见解——过程、材料和应用——以及对它可能走向的审慎思考。我们希望你会发现这是一个最全面的3D打印资源可用,无论你的技能水平是什么,将有大量在这里满足你的需求。

你准备好了吗?让我们开始吧!

01 - 3D打印基础

3D打印——也被称为增材制造——已经被《金融时报》和其他来源引用,被认为可能比互联网更大。有些人相信这是真的。许多人认为,这是围绕这个令人兴奋的技术领域存在的非凡炒作的一部分。那么3D打印到底是什么呢?一般谁会使用3D打印机?

概述

术语3D打印包括一个大量的过程和技术这为不同的零部件和产品的生产提供了全方位的能力材料.从本质上说,所有的工艺和技术都有一个共同之处,那就是在添加过程中逐层进行生产的方式,这与涉及减法或模压/铸造过程的传统生产方法相反。应用程序随着3D打印技术不断深入、广泛地渗透到工业、制造商和消费者领域,这一趋势只会越来越明显。在这个技术领域,大多数著名的评论家都同意,到今天为止,我们才刚刚开始看到3D打印的真正潜力。3DPI,一个可靠的3D打印媒体来源,为您带来所有的最新新闻,观点,工艺发展和应用,因为他们出现在这个令人兴奋的领域。这篇概括性的文章旨在为3DPI的受众提供一个可靠的3D打印的背景(技术,过程和材料),它历史,应用领域和福利

介绍-什么是3D打印?

3D打印是一种从三维数字模型中制作实物的过程,通常需要铺设许多连续的薄层材料。它通过一层一层地添加材料,将数字物体(其CAD表示)带入其物理形态。

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

+

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、最与众不同的原理是,它是一种增材制造过程。这确实是关键,因为3D打印是一种完全不同的制造方法,基于先进的技术,再加上,在毫米级的层次上构建部件。这从根本上不同于任何其他现有的传统制造技术。

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,这些技术都需要从更大的块中减去材料,无论是实现最终产品本身,还是生产一个铸造或成型过程的工具,这是一个严重的限制在整个制造过程中。

对于许多应用来说,传统的设计和生产过程施加了许多不可接受的限制,包括如上所述的昂贵的工装、夹具和复杂零件的组装需求。此外,减法制造过程,如机加工,可导致高达90%的原始块材料被浪费。相比之下,3D打印是一个直接创建对象的过程,根据所使用的技术,通过不同的方式一层一层地添加材料。简化3D打印背后的意识形态,对于任何还在试图理解这一概念的人(还有很多),它可以比作用乐高积木自动构建东西的过程。

3D打印是一种鼓励和驱动创新的技术,具有前所未有的设计自由,同时是一个无工具的过程,减少了高昂的成本和交付时间。组件可以专门设计,以避免复杂的几何形状和复杂的功能,而不需要额外的成本。3D打印也是一种新兴的节能技术,它可以通过更轻更强的设计,在制造过程本身和整个产品使用寿命方面提供环境效率,使用高达90%的标准材料。

近年来,3D打印已经超越了工业原型和制造过程,小公司甚至个人都更容易获得这项技术。3D打印机曾经是大型跨国公司的领域,由于拥有3D打印机的规模和经济,更小的(性能较差的)3D打印机现在可以买到不到1000美元。

这使得该技术向更广泛的受众开放,并且随着各方面的指数采用率的持续增长,越来越多的系统、材料、应用、服务和辅助设备正在出现。

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)赫尔他在1983年首次发明了SLA机器。赫尔接着与人共同创立了3D系统公司——当今3D打印领域最大、最多产的组织之一。

3D系统公司的第一个商用RP系统SLA-1于1987年推出,经过严格的测试,第一个RP系统于1988年售出。这是一种相当典型的新技术,尽管SLA可以声称是第一个超过起点的,但它并不是当时唯一在开发中的RP技术,因为,在1987年,卡尔迪卡。谁在德克萨斯大学工作,在美国提交了一个专利的选择性激光烧结(SLS)RP过程。该专利于1989年发布,SLS稍后获得了DTM Inc的许可,后来被3D系统获取。1989年也是这一年斯科特嘎吱声Stratasys Inc.的联合创始人申请了一项名为熔融沉积建模(FDM)的专利,该专利技术至今仍由Stratasys公司持有,但也是许多入门级机器使用的过程,该过程基于开源的RepRap模型,目前已非常丰富。FDM专利于1992年授予Stratasys公司。在欧洲,1989年在德国成立了EOS GmbH汉斯·兰格.在对SL工艺进行了短暂的研究之后,EOS的研发重点主要放在了激光烧结(LS)工艺上,这一工艺一直在不断发展。今天,EOS系统因其在工业原型和3D打印生产应用中的高质量输出而得到世界各地的认可。EOS在1990年出售了它的第一个“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公司的一个初始项目,该项目后来被EOS收购。

其他3D打印技术和工艺也在这些年中出现,即William Masters最初申请的弹道粒子制造(BPM), Michael Feygin最初申请的层压物体制造(LOM),固体地面固化(SGC)最初由itchak Pomerantz等人获得专利,“三维打印”(3DP)最初由Emanuel Sachs等人获得专利。因此,90年代初,RP市场上的竞争公司越来越多,但只有3家公司保留了下来——3D Systems、EOS和Stratasys。

在整个1990年代和2000年代早期,大量的新技术继续被引入,仍然完全集中在工业应用上,虽然它们仍然主要是原型应用的过程,研发也由更先进的技术提供商为特定的工具进行,铸造和直接制造应用。这见证了新的术语的出现,即快速模具(RT),快速铸造和快速制造(RM)分别。

在商业运营方面,1996年成立了Sanders Prototype(后来的Solidscape)和ZCorporation, 1997年成立了Arcam, 1998年推出了Objet Geometries, 2000年MCP Technologies(一个成熟的真空铸造OEM)引入了SLM技术,EnvisionTec成立于2002年,ExOne公司成立于2005年,从Extrude Hone公司剥离出来,Sciaky公司在其专有电子束焊接技术的基础上开拓了自己的添加剂工艺。这些公司都有助于扩大西方公司在全球市场的规模。该术语也随着制造应用的扩散而发展,所有工艺的公认总称是增材制造(AM)。值得注意的是,在东半球也发生了许多类似的事态发展。然而,这些技术虽然本身很重要,在当地也取得了一些成功,但在当时并没有真正影响全球市场。

在21世纪50年代中期,该行业开始显示出明显的多元化迹象,其中两个重点领域的定义在今天要清晰得多。首先,有高端的3D打印,仍然是非常昂贵的系统,这是面向零件生产高价值,高度工程,复杂的零件。这仍在继续,而且还在增长,但直到现在,在航空航天、汽车、医疗和高级珠宝行业的生产应用中,这些成果才真正开始显现出来,因为多年的研发和认证工作正在取得成效。很多交易仍然是秘密的和/或保密协议(NDA)。在光谱的另一端,一些3D打印系统制造商正在开发和推进“概念模型”,他们当时被称为。具体来说,这些3D打印机专注于改进概念开发和功能原型设计,它们被专门开发为办公和用户友好、成本效益高的系统。这是今天台式机的前奏。然而,这些系统仍然主要用于工业应用。

回头看,这真是暴风雨前的平静。

在低端市场——如今被视为中档的3D打印机——随着打印精度、速度和材料的不断提高,出现了价格战。

2007年,市场上出现了第一个售价低于1万美元的3D系统,但它从未达到预期的目标。这部分是由于体系本身,但也有其他市场影响。当时的圣杯是得到一个低于5000美元的3D打印机-这被许多业内人士,用户和评论员视为打开3D打印技术向更广泛的观众的关键。在那一年的大部分时间里,备受期待的桌面工厂的到来——许多人预测这将是圣杯的实现——被宣告为值得关注的一个。由于该组织在生产的准备阶段出现了问题,结果一事无成。桌面工厂和它的领导,凯西·刘易斯,连同它的IP,在2008年被3D系统公司收购,几乎消失了。但事实证明,随着RepRap现象生根发芽,2007年确实标志着3D打印技术的转折点——尽管当时很少有人意识到这一点。博士鲍耶RepRap构思一个开源的概念,自我复制的3 d打印机早在2004年,在接下来的几年里,种子发芽从他的团队在巴斯一些沉重的艰难,尤其是维克奥利弗和里斯•琼斯,谁开发的概念通过3 d打印机使用的工作原型沉积过程。2007年,这个萌芽期的开源3D打印运动开始崭露头角。

但直到2009年1月,第一台商用的3D打印机——以套件形式,基于RepRap概念——才开始出售。这就是BfB RapMan 3D打印机。同年4月,Makerbot Industries紧跟其后,该公司的创始人大量参与了RepRap的开发,直到他们在大量投资后离开了开源哲学。自2009年以来,许多类似的沉积式打印机出现了边缘独特的卖点(USPs),他们继续这样做。有趣的是,RepRap现象带来了一个全新的商业入门级3D打印机领域,RepRap社区的精神是关于3D打印的开源开发和避免商业化。

2012年是替代3D打印工艺在市场入门级引入的一年。B9Creator(利用DLP技术)首先在6月出现,接着是Form 1(利用立体平版印刷)在12月。这两款游戏都是通过融资网站Kickstarter推出的,并且都获得了巨大的成功。

由于市场分化、行业能力和应用水平的显著进步、不断增长的创客运动的认知度和接受度的显著提高,2012年也是许多不同主流媒体关注这项技术的一年。2013年是大幅增长和整合的一年。最引人注目的举措之一是Stratasys对Makerbot的收购。

被一些人称为第二,第三,有时甚至是第四次工业革命,不可否认的是3D打印对工业部门的影响和3D打印为未来的消费者展示的巨大潜力。这种潜力将以何种形式展现在我们面前。

03 - 3D印刷技术

任何3D打印过程的起点都是一个3D数字模型,它可以使用各种3D软件程序创建——在工业中这是3D CAD,对于制造商和消费者来说,有更简单、更方便的程序可用——或使用3D扫描仪扫描。然后,模型被“切”成几层,从而将设计转换为3D打印机可读的文件。然后根据设计和工艺对3D打印机加工的材料进行分层。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。功能塑料,金属,陶瓷和沙子,现在,都是常规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品的研究也在进行中。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品,包括尼龙。也有越来越多的入门级机器被用于食品,如糖和巧克力。

它是如何工作的

不同类型的3D打印机每一种都采用了不同的技术处理不同的材料以不同的方式。重要的是要了解,3D打印的一个最基本的限制-在材料和应用方面-是没有“一个解决方案适合所有”。例如,一些3D打印机处理粉末材料(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,形成特定的形状。另一些则加工聚合物树脂材料,再利用光/激光将树脂固化成超薄层。喷射细小液滴是另一个3D打印过程,让人联想到2D喷墨打印,但使用优越的材料来油墨和粘合剂来固定层。也许最常见和容易识别的过程是沉积,这是大多数入门级3D打印机所采用的过程。该工艺通过加热挤出机将塑料(通常为聚乳酸或ABS)以长丝形式挤出,形成层状,并形成预定的形状。

因为零件可以直接打印,所以可以生产出非常详细和复杂的物体,通常都有内置的功能,无需装配。

然而,需要强调的另一点是,目前为止,3D打印过程都不是即插即用的。在压印前有许多步骤,一旦部件从打印机上脱落,则有更多的步骤-这些往往被忽视。除了3D打印设计的现实要求,文件准备和转换也证明是耗时和复杂的,特别是在构建过程中需要复杂支持的部分。然而,这些功能的软件不断更新和升级,情况正在改善。此外,一旦离开打印机,许多零件将需要进行精加工操作。对于需要支持的过程,去除支持是一个明显的过程,但其他包括砂光、漆、油漆或其他类型的传统收尾,这些通常都需要手工完成,需要技能和/或时间和耐心。

04 - 3D打印过程

有限元

立体光刻(SL)被广泛认为是第一个3D打印工艺;这当然是第一个被商业化的。SL是一种基于激光的过程,与光聚合物树脂一起工作,与激光发生反应并固化,以一种非常精确的方式形成固体,以生产非常精确的零件。这是一个复杂的过程,但简单地说,光聚合物树脂被保存在一个桶里,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轴上穿过树脂表面,由此树脂在激光击中表面的地方精确硬化。一旦该层完成,缸内的平台下降了一个分数(在Z轴),随后的层被激光追踪。这将继续进行,直到整个对象完成,平台可以从大桶中升起来进行移除。

由于SL工艺的性质,它需要一些部件的支撑结构,特别是那些有悬垂或下切的部件。这些结构需要手动删除。

就其他后处理步骤而言,需要清除使用SL打印的许多对象3D,并固化。固化涉及使部件在烤箱状机中进行强烈的光,以完全硬化树脂。

立体光刻被普遍认为是最精确的3D打印工艺之一,具有优异的表面光洁度。然而,限制因素包括所需的后处理步骤和材料的稳定性,随着时间的推移,可能变得更脆。

DLP.

DLP(数字光处理)是一种类似于立体光刻的过程,它是一种使用光聚合物的3D打印过程。主要的区别是光源。DLP使用更传统的光源,如弧灯,带有液晶显示面板或可变形镜设备(DMD),它一次应用于光聚树脂大桶的整个表面,通常比SL快。

也像SL一样,DLP生产具有优异分辨率的高精度零件,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,与SL相比,DLP的一个优点是只需要一个浅桶的树脂来促进过程,这通常会导致更少的浪费和更低的运行成本。

激光烧结/激光熔化

激光烧结和激光熔化是可互换的术语,指的是基于激光的3D打印过程,工作与粉末材料。根据输入到机器上的3D数据,在X-Y轴上,激光沿着紧密压实的粉末材料的粉床进行跟踪。当激光与粉末材料的表面相互作用时,它会烧结或熔合,粒子彼此形成固体。当每一层完成时,粉末层逐渐滴下,在激光束的下一遍通过之前,一辊子将粉末在床层表面上抚平,以形成随后的层并与前一层融合。

建造室是完全密封的,因为有必要在特定的粉末材料的熔点的过程中保持精确的温度。一旦完成,整个粉床被从机器上移除,多余的粉末可以被移除,留下“印刷”部分。该工艺的一个关键优势是,粉床作为悬挑和下切的过程中支撑结构,因此可以通过该工艺制造出其他任何方式都无法制造的复杂形状。

然而,在缺点上,由于激光烧结所需的高温,冷却时间可以相当大。此外,孔隙度是这种过程的历史问题,而虽然对完全密集的部件进行了显着改善,但一些应用仍然需要用另一种材料渗透以改善机械特性。

激光烧结可以加工塑料和金属材料,尽管金属烧结需要更高功率的激光和更高的过程温度。用这种工艺生产的零件比用SL或DLP强得多,尽管通常表面光洁度和精度都不那么好。

挤出/ FDM / FFF

3D打印利用热塑性材料的挤出很容易是最常见的-和识别- 3DP过程。该工艺最流行的名字是熔融沉积模型(FDM),因为它的寿命长,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技术自上世纪90年代初就已问世,如今已成为工业级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过程,通常被称为自由形式制造(FFF),但由于专利仍然由Stratasys持有,以更基本的形式出现。最早的RepRap机器和所有随后的演进(开源和商业)都采用挤压方法。然而,后Stratasys对Afinia的专利侵权诉讼有一个问标志,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。

该工艺的工作原理是熔化塑料丝,然后通过加热挤出机,根据提供给打印机的3D数据,一层一层地沉积在搭建平台上。每一层都随着沉积和前一层结合而变硬。

Stratasys公司为其FDM工艺开发了一系列适用于某些生产应用的专有工业级材料。在市场的入门级端,材料更加有限,但范围正在扩大。入门级FFF 3D打印机最常用的材料是ABS和PLA。

FDM/FFF过程需要任何具有悬垂几何形状的应用程序的支持结构。对于FDM,这需要第二种水溶性材料,一旦打印完成,支撑结构相对容易被冲走。另外,分离支撑材料也是可能的,可以通过手动将其从部件上折断来移除。支持结构,或缺乏支持结构,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,采用了双挤压头,这已经不再是一个问题。

就生成的模型而言,来自Stratasys的FDM过程是一个准确和可靠的过程,相对办公室/工作室友好,尽管可能需要大量的后处理。在入门阶段,正如预期的那样,FFF过程产生的模型要差得多,但情况正在不断改善。

对于某些零件的几何形状,过程可能会比较慢,而且层与层之间的粘附可能是个问题,导致零件不防水。同样,使用丙酮进行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:在喷射的材料是粘合剂的情况下,并选择性地将其喷射到部分材料的粉末床中,以便一次将其熔合成层以创建/打印所需部分。与其他粉末床系统的情况一样,一旦完成层,粉末床逐渐下降,滚子或叶片在喷射头的下一次通过之前将粉末平滑在床的表面上,用粘合剂随后的层形成并与前一层融合。

与SLS一样,这个过程的优点包括不需要支持,因为粉床本身提供了这个功能。此外,可以使用一系列不同的材料,包括陶瓷和食品。该过程的另一个独特优势是能够轻松添加一个完整的调色板,并将其添加到活页夹中。

然而,直接由机器产生的部件不如烧结过程那样坚固,需要后处理以确保耐久性。

材料喷射:3D打印过程,其中实际构建材料(液体或熔融状态)通过多次喷射头选择性地喷射(与其他同时喷射支撑材料)。然而,这些材料倾向于是液体光聚合物,其用UV光的通过,因为每层沉积每层。

该产品的性质允许同时沉积一系列材料,这意味着单个部件可以由具有不同特性和性能的多种材料生产。材料喷射是一种非常精确的3D打印方法,以非常光滑的光洁度生产精确的零件。

选择性沉积层压(SDL)

SDL是Mcor Technologies开发和制造的专有3D打印工艺。人们很容易将这种工艺与Helisys公司在20世纪90年代开发的层压物体制造(LOM)工艺进行比较,因为在形成最后部分的层压和塑形纸张方面有相似之处。然而,相似之处也就到此为止了。

SDL 3D打印过程使用标准复印纸一层一层地构建零件。每个新层使用粘合剂固定到前一层,粘合剂根据提供给机器的3D数据有选择地应用。这意味着更高密度的胶粘剂会沉积在成为零件的区域,而更低密度的胶粘剂会应用在作为支撑的周围区域,确保相对容易的“除草”或支撑去除。

当一张新的纸从送纸机构被送入3D打印机,并放置在前一层选择性应用的粘合剂上,构建板被移动到热板和压力应用。这种压力确保了两张纸之间的正键合。然后构建板返回到构建高度,一个可调节的碳化钨刀片每次切一张纸,跟踪对象轮廓创建部分的边缘。当这一切割过程完成后,3D打印机就会沉积下一层粘合剂,以此类推,直到零件完成。

SDL是少数能够使用CYMK调色板生产全彩色3D打印部件的3D打印过程之一。因为这些部件都是标准纸张,不需要后处理,所以它们是完全安全环保的。该工艺无法与其他3D打印工艺竞争的地方是在生产复杂的几何形状和建造尺寸受原料的尺寸限制。

循证医学

电子束熔化3D打印技术是瑞典公司Arcam开发的专有工艺。这种金属印刷方法在金属粉末成形方面与直接金属激光烧结(DMLS)工艺非常相似。关键的区别在于热源,顾名思义,热源是电子束,而不是激光,这使得手术必须在真空条件下进行。

EBM有能力在各种金属合金中制造全致密的部件,甚至达到医疗级别,因此该技术在医疗行业的一系列生产应用中特别成功,特别是植入物。然而,航空航天和汽车等其他高科技行业也在寻找EBM技术来实现制造。

05 - 3D打印材料

可用于3D打印的材料已经取得了长足的进步,从技术的早期。现在有各种不同的材料类型,供应在不同的状态(粉末,长丝,颗粒,树脂等)。

特定材料现在通常是为执行专用应用的特定平台(例如牙科部门)开发的,其材料属性更适合应用。

但是,现在有许多不同的3D打印机供应商的专有材料太多了,以便在这里覆盖它们。相反,本文将以更通用的方式查看最受欢迎的材料类型。还有几种脱颖而出的材料。

塑料

尼龙,或聚酰胺,常用粉末形式与烧结工艺或长丝形式与FDM工艺。它是一种坚固、柔韧、耐用的塑料材料,已被证明可用于3D打印。它是天然的白色,但它可以上色-印刷前或后。这种材料也可以(以粉末形式)与粉末铝结合,以生产另一种常见的3D打印材料烧结-铝。

ABS是另一种用于3D打印的常用塑料,广泛用于长丝形式的入门级FDM 3D打印机。它是一种特别强大的塑料,有各种各样的颜色。可以从多个非局部来源以灯丝形式购买ABS,这是它如此受欢迎的另一个原因。

PLA是一种生物可降解的塑料材料,由于这个原因,3D打印已经获得了牵引力。它可以用于树脂格式的DLP/SL工艺,以及灯丝形式的FDM工艺。它提供了多种颜色,包括透明,这已被证明是3D打印的一些应用程序的一个有用的选择。然而,它不像ABS那样耐用或柔韧。

LayWood是专门为入门级挤出3D打印机开发的3D打印材料。它以长丝形式出现,是一种木材/聚合物复合材料(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。其中最常见的两种是铝和钴衍生物。

最强,因此最常用的3D印刷金属是粉末形式的不锈钢,用于烧结/熔融/ EBM工艺。它是自然的银色,但可以用其他材料镀成金或青铜效果。

在过去的几年里,黄金和白银被添加到可以直接3D打印的金属材料中,在珠宝行业有着明显的应用。这些都是非常强的材料,被加工成粉末形式。

钛是最强烈的金属材料之一,已用于3D印刷工业应用一段时间。以粉末形式供应,可用于烧结/熔融/ EBM过程。

陶瓷

陶瓷是一组相对较新的材料,可以用于3D打印不同程度的成功。这些材料需要特别注意的是,印刷后,陶瓷部件需要经历与任何使用传统生产方法制成的陶瓷部件相同的过程,即烧制和上光。

标准A4复印纸是由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,即机器的资本支出在中端,但重点是非常容易获得,成本效益高的材料供应,可以在当地购买。3D打印的纸张模型是安全的,环保的,容易回收,不需要后期处理。

生物材料

关于3D打印生物材料在医疗(和其他)应用方面的潜力,目前正在进行大量的研究。一些主要机构正在研究活组织,以期开发各种应用,包括打印供移植的人体器官以及用于替代身体部位的外部组织。这一领域的其他研究集中在发展食品——肉类是最好的例子。

食物

在过去的几年里,用3D打印食品物质的挤出机进行的实验急剧增加。巧克力是最常见的(也是最受欢迎的)。也有一些打印机可以处理糖,也有一些实验是处理意大利面和肉类。展望未来,研究正在进行,利用3D打印技术生产精细均衡的全餐。

其他

最后,Stratasys公司确实提供了一种独特的(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组合——以不同的和指定的浓度——形成具有所需属性的新材料。通过对现有原始材料的不同组合,可以实现多达140种不同的数字材料。

06 - 3D打印全球效果

全球对制造业的影响

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。

这种说法背后的一个关键因素是,3D打印有潜力将生产更接近最终用户和/或消费者,从而减少当前的供应链限制。3D打印的定制价值和按需生产小批量产品的能力是吸引消费者、减少或消除库存和库存的可靠方式——这与亚马逊运营业务的方式类似。

将零部件和产品从世界的一个地方运送到另一个地方可能会过时,因为这些零部件可能是现场3D打印的。这可能对未来全球范围内大小企业、军队和消费者的运作和互动方式产生重大影响。许多人的最终目标是让消费者在家里或在他们的社区中操作自己的3D打印机,任何(可定制的)产品的数字设计都可以通过互联网下载,并可以发送到打印机,并装入正确的材料。目前,关于这一目标能否实现存在一些争论,而关于这一目标可能实现的时间范围则存在更激烈的争论。

3D打印的广泛应用可能会导致一些已经发明的产品的再发明,当然,更多的全新产品。今天,以前不可能的形状和几何图形可以用3D打印机创造出来,但这一旅程才刚刚开始。许多人认为,3D打印具有极大的潜力,可以为创新注入增长,并带回本地制造业。

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被采用,将对全球经济产生潜在的影响。生产和分销模式从目前的模式向基于按需、现场、定制的本地化生产模式转变,可能会减少出口国和进口国之间的不平衡。

3D打印有潜力创造新的行业和全新的职业,比如那些与3D打印机生产相关的行业。围绕3D打印的专业服务,从新形式的产品设计师、打印机运营商、材料供应商到知识产权法律纠纷和解决都有机会。对于许多知识产权持有者来说,盗版是当前3D打印的一个问题。

3D打印对发展中国家的影响是一把双刃剑。积极影响的一个例子是通过回收和其他当地材料降低制造成本,但制造业就业机会的损失可能对许多发展中国家造成严重打击,这需要时间来克服。

发达国家可能会从3D打印中受益最多,在那里,日益老龄化的社会和人口老龄化的变化已经成为生产和劳动力的一个问题。此外,3D打印在医疗方面的益处也可以很好地满足西方社会老龄化的需要。

07 - 3D打印的好处和价值

3D打印,无论是在工业、地方还是个人层面,带来了许多传统制造方法(或原型)无法带来的好处。

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打印技术的出现见证了产品(在数字环境中设计)的激增,这些产品的复杂程度根本无法用其他任何方式进行物理生产。虽然这一优势已经被设计师和艺术家利用以产生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,应用程序正在开发,以物化复杂的组件,证明比他们的前辈既轻又强。在航空航天部门出现了显著的用途,这些问题在航空航天部门是最重要的。

Tool-less

对于工业制造来说,产品开发过程中成本、时间和劳动最密集的阶段之一是工具的生产。对于低到中等规模的应用,工业3D打印——或增材制造——可以消除对工具生产的需求,因此,成本、交货时间和劳动力相关。这是一个极具吸引力的主张,越来越多的制造商正在利用这一点。此外,由于上述的复杂性优势,产品和组件可以专门设计,以避免复杂的几何形状和复杂特征的装配要求,进一步消除与装配过程相关的劳动力和成本。

可持续发展/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,因此,产生更少的浪费,而且在附加制造产品的使用寿命,通过更轻和更强的设计,与传统制造的产品相比,减少了碳足迹。

此外,3D打印在实现本地制造模式方面显示出了巨大的前景,即产品在需要的地方按需生产,消除了庞大的库存和向世界各地运输大量产品的不可持续的物流。

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。这在整个产品开发过程的一开始就节省了时间和金钱,并确保了生产工具之前的信心。

原型可能仍然是最大的,尽管有时被忽视,3D打印今天的应用。

该过程和材料的开发和改进,自3D打印用于原型设计以来,在产品开发过程链中进一步播放了应用的过程。利用不同流程的优点,开发了工具和铸造应用。同样,这些应用程序越来越多地用于工业部门。

同样,对于最终制造业务,改善是促进摄取的。

从工业垂直市场来看,在所有这些广泛的应用中,从工业3D打印中获益良多,以下是一个基本的细分:

医疗和牙科

医疗行业被视为是一个3 d打印技术的早期采用者,也是行业巨大的增长潜力,由于定制和个性化功能的技术和改善人民生活的能力的开发过程改进和材料符合药用标准。

3D打印技术被用于许多不同的应用。除了制作原型以支持医疗和牙科工业的新产品开发外,还利用这些技术为下游的牙冠金属铸件制作图案,并制造工具,在这些工具上用真空成型塑料来制作牙齿对准器。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,还有事故和外伤受害者。针对特定手术的3D打印手术指南也是一种新兴的应用,它可以帮助外科医生的工作和患者的康复。3D打印皮肤、骨骼、组织、药物甚至人体器官的技术也在发展中。然而,这些技术距离商业化仍有几十年的时间。

航空航天

与医疗部门一样,航空航天部门是3D打印技术的早期采用者,其最早的形式是用于产品开发和原型设计。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一直处于前沿或推动边界。

由于飞机发展的关键性质,研发是要求和艰苦的,标准是关键的,工业级3D打印系统通过他们的步伐。工艺和材料的开发已经为航空航天部门开发了许多关键应用,一些非关键部件已经在飞机上完全可以使用。

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

快速抗议技术的另一个普遍提升者 - 3D印刷最早的化身 - 是汽车领域。许多汽车公司 - 特别是在电机运动和F1的尖端 - 遵循与航空航天公司类似的轨迹。首先(和仍然)使用原型应用的技术,但是开发和调整其制造过程,融入了改进材料的益处和汽车部件的最终结果。

许多汽车公司现在也在关注3D打印的潜力,以满足备用/替换部件的生产的售后功能,而不是持有大量的库存。

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和涉及特定学科的知识,包括制造、模具制造、铸造、电镀、锻造、银/金锻造、石材切割、雕刻和抛光。这些学科中的每一个都经过了多年的发展,在应用到珠宝制造时,每一个都需要技术知识。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打印被证明是特别具有破坏性的。有大量的兴趣-和吸收-基于如何3D打印可以,并将促进这一行业的进一步发展。从3D CAD和3D打印带来的新的设计自由,通过改进珠宝生产的传统流程,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

艺术家和雕塑家参与3D打印在无数不同的方式,以探索形式和功能的方式,以前不可能。无论是单纯寻找新的原创表达,还是向老大师学习,这是一个高度紧张的部门,越来越多地寻找与3D打印工作的新方法,并将结果介绍给世界。有许多艺术家,现在已经成名为自己专门与3D建模,3D扫描和3D打印技术。

  • 约书亚哈克
  • Dizingof
  • 神经系统的杰西卡·罗森克兰兹
  • Pia Hinze
  • 尼克Ervinck
  • 莱昂内尔院长
  • 和许多其他人。

然而,3D扫描与3D打印相结合的学科也为艺术世界带来了一个新的维度,现在,艺术家和学生们有了一种行之有效的方法,可以复制过去大师的作品,并创造出古代(和近代)雕塑的精确复制品,以便近距离研究——否则,他们永远无法亲自接触这些艺术作品。科斯莫·文曼在这方面的工作尤其具有启发性。

体系结构

建筑模型长期以来一直是3D打印过程的主要应用,用于生成建筑师愿景的精确演示模型。3D打印提供了一种相对快速、简单和经济可行的方法,可以直接从3D CAD、BIM或建筑师使用的其他数字数据中生成详细的模型。许多成功的建筑公司,现在普遍使用3D打印(室内或作为一种服务)作为他们工作流程的一个关键部分,以增加创新和改善交流。

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。研究正在进行在这方面的一些组织,最著名的拉夫堡大学,轮廓工艺和宇宙建筑。

时尚

随着3D打印过程在分辨率和更柔韧的材料方面有所改善,一个工业,以实验和令人愤慨的陈述而闻名,已经前进。我们当然谈论时尚!

3D打印的鞋子、头饰、帽子和包等配饰都登上了全球的t台。一些更有远见的时装设计师已经展示了高级定制技术的能力——连衣裙、斗篷、长礼服,甚至一些内衣已经在世界各地的不同时尚场所首次亮相。

作为这方面的领军人物,艾瑞斯·范·赫本应该得到特别的关注。她制作了许多时装系列——以巴黎和米兰的t台为模型——采用3D打印技术打破了不再适用于时装设计的“常规规则”。许多人追随并继续追随她的脚步,往往都取得了完全原创的成果。

食物

虽然延迟了3D打印党,但食物是一种新兴应用程序(和/或3D印刷材料),让人们非常兴奋,并且有可能真正将该技术置于主流中。毕竟,我们将永远,需要吃饭!3D印刷是作为准备和呈现食物的新方式。

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,这些发展还在继续。其他一些早期的食物实验包括在细胞蛋白质水平上3D打印“肉”。最近,意大利面是另一个正在研究3D打印食品的食品组。

展望未来,3D打印也被认为是一种完整的食物制备方法,并以全面和健康的方式平衡营养。

消费者

3D打印供应商的圣杯是消费者3D打印。对于这样的未来是否可行,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,消费者获取率很低。作为Stratasys的子公司,3D Systems和Makerbot等大型3D打印公司在这方面正在取得进展,因为它们试图使3D打印过程和辅助组件(软件、数字内容等)更容易获得和用户友好。目前,人们在大街上可以通过三种主要方式与3D打印技术进行消费产品的交互:

  • 设计+打印
  • 选择+打印
  • 选择+ 3D打印服务实现

09 -术语表

3 dp3D打印

腹肌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

迪尔德直接金属沉积

摘要直接金属激光烧结

循证医学电子束融化

伊娃乙烯醋酸乙烯酯

FDM熔融沉积模型(Stratasys商标)

FFF成形技术

镜片激光工程网络整形(SNL商标,授权Optomec)

LS激光烧结

中国人民解放军聚乳酸

再保险逆向工程

RM快速制造

RP快速原型

RT快速的工具

SL有限元

SLA立体光刻仪(3D系统注册商标)

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

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