自由初学者指南

欢迎使用3DPI的3D打印初学者指南。无论您是3D打印技术新手,还是只是想填补一些知识空白,我们都很高兴您能来。到目前为止,我们大多数人都在某种程度上听说了3D打印的潜力。但有了这本指南,我们将深入了解3D打印的历史和现实——流程、材料和应用——并对3D打印的发展方向进行深思熟虑。我们希望您能发现这是最全面的3D打印资源之一,无论您的技术水平如何,这里都有足够的资源来满足您的需求。

你准备好了吗?让我们开始吧!

3D打印基础知识

3D打印 - 也称为添加剂制造 - 已在金融时报和其他来源中引用,潜在的是大于互联网。有些人认为这是真的。许多其他人敦促这是这个非常令人兴奋的技术领域存在的非凡炒作的一部分。那么,真正的3D打印是什么,谁通常使用3D打印机?

概述

术语3D打印涵盖了一个大量的过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. 从本质上讲,所有工艺和技术的共同点是,在添加工艺中逐层进行生产,这与涉及减法或模塑/铸造工艺的传统生产方法不同。应用程序3D打印技术几乎每天都在出现,随着这项技术继续更广泛和深入地渗透到工业、制造商和消费部门,这只会增加。这一技术领域最著名的评论家都认为,到今天为止,我们才刚刚开始看到3D打印的真正潜力。3DPI是一个可靠的3D打印媒体来源,为您带来这个令人兴奋的领域中出现的所有最新新闻、观点、工艺发展和应用。这篇概述文章旨在为3DPI观众提供可靠的3D打印背景知识(技术,工艺和材料),它是什么历史、应用领域和优点

简介–什么是3D打印?

3D打印是一种从三维数字模型制作物理物体的过程,通常是通过在一种材料上连续放置许多薄层。它通过一层一层地添加材料,将数字对象(其CAD表示)转化为物理形式。

3D打印一个物体有几种不同的技术。3D打印带来了两项基本的创新:以数字格式操作物体,以及通过添加材料制造新的形状。

数字化

+

加法制造

科技对近代人类历史的影响可能比其他任何领域都要大。想想电灯泡、蒸汽机,或者更晚一些的汽车和飞机,更不用说万维网的兴起了。这些技术在许多方面改善了我们的生活,开辟了新的途径和可能性,但通常需要时间,有时甚至是几十年,才能真正的颠覆性技术变得明显。

人们普遍认为,3D打印或增材制造(AM)具有成为这些技术之一的巨大潜力。现在,3D打印已经在许多电视频道、主流报纸和在线资源上进行了报道。有人声称3D打印技术将终结我们所知的传统制造业,彻底改变设计,并对我们的日常生活施加地缘政治、经济、社会、人口、环境和安全方面的影响。

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,在亚毫米尺寸的层次上制造零件。这与任何其他现有的传统制造技术有着根本的不同。

传统的制造业普遍以人力劳动和手工制造为基础,这种意识形态的起源可以追溯到法语单词制造业本身的词源。然而,制造业的世界已经发生了变化,自动化过程,如机械加工、铸造、成型和成型都是(相对)新的、复杂的过程,需要机器、计算机和机器人技术。

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。

对于许多应用来说,传统的设计和生产过程施加了许多不可接受的约束,包括上述昂贵的工具、夹具以及复杂零件的组装需求。此外,减法制造过程(如机加工)可能导致高达90%的原始材料块被浪费。相比之下,3D打印是一个直接创建对象的过程,根据使用的技术,通过各种方式逐层添加材质。简化3D打印背后的思想,对于任何仍在试图理解这个概念的人(还有很多人),它可以被比作用乐高积木自动构建东西的过程。

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。

这为更广泛的受众打开了技术的大门,随着各方面指数级的采用率持续快速增长,越来越多的系统、材料、应用、服务和辅助设备正在涌现。

02 –3D打印的历史

最早的3D打印技术最早出现在20世纪80年代后期,当时被称为快速原型(RP)技术。这是因为流程最初被认为是一种快速且成本效益更高的方法,用于在行业内为产品开发创建原型。有趣的是,1980年5月,日本的Kodama博士首次申请了RP技术的专利。对于Kodama博士来说,不幸的是,完整的专利说明书随后没有在申请后一年的截止日期前提交,考虑到他是一名专利律师,这尤其糟糕!然而,实际上,3D打印的起源可以追溯到1986年,当时发布了第一项立体光刻设备(SLA)专利。这项专利属于其中一人查尔斯·赫尔(夹头)他于1983年首次发明了SLA机器。赫尔随后与他人共同成立了3D系统公司,该公司是当今3D打印行业规模最大、产量最多的组织之一。

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。他在美国申请了一项选择性激光烧结(SLS)快速成型工艺的专利。该专利于1989年发布,随后SLS被授予DTM公司,该公司随后被3D系统公司收购斯科特·克鲁姆Stratasys Inc.的联合创始人之一,为熔融沉积建模(FDM)申请了专利。FDM是该公司至今仍持有的专有技术,但也是许多基于开源RepRap模型的入门级机器所使用的工艺,这些机器如今大量生产。FDM专利于1992年颁发给Stratasys。在欧洲,1989年在德国成立了EOS GmbH,由汉斯·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打印技术和工艺在这几年也出现了,即最初由William Masters获得专利的弹道粒子制造(BPM)、最初由Michael Feygin获得专利的层压物体制造(LOM)、固体地面固化(SGC)最初由伊扎克·波默兰茨等人申请专利,而“三维打印”(3DP)最初由伊曼纽尔·萨克斯等人申请专利。因此,90年代初,RP市场上的竞争公司数量不断增加,但如今只剩下三家——3D系统、EOS和Stratasys。

在整个20世纪90年代和21世纪初,大量的新技术继续被引入,仍然完全集中在工业应用上,当它们仍然主要是原型应用程序的过程时,研发也由更先进的技术供应商为特定的工具进行,铸造和直接制造应用。这见证了新术语的出现,分别是快速模具(RT)、快速铸造和快速制造(RM)。

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,展望科技成立于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。

在本世纪头十年中期,该行业开始显示出明显多元化的迹象,其中两个重点领域的定义如今要清晰得多。首先是高端的3D打印,仍然非常昂贵的系统,面向的是高价值、高设计、复杂的部件生产。这一趋势仍在持续——而且还在不断增长——但直到现在,其结果才真正开始在航空航天、汽车、医疗和高级珠宝行业的生产应用中显现出来,因为多年的研发和认证现在正在产生回报。许多交易仍然是秘密的,或者是在保密协议(NDA)下进行的。在另一个极端,一些3D打印系统制造商正在开发和推进“概念建模器”,他们当时被称为。具体来说,这些3D打印机一直专注于改进概念开发和功能原型,专门作为办公和用户友好,成本效益高的系统开发。这是今天台式电脑的前奏。然而,这些系统仍然主要用于工业应用。

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,市场上第一个3D系统的价格低于10000美元,但这并没有达到预期的目标。这部分是由于制度本身,但也有其他市场影响。当时的圣杯是在5000美元以下获得一台3D打印机——许多业内人士、用户和评论员认为,这是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,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——被认为是值得关注的。由于该组织在生产准备阶段步履蹒跚,结果一事无成。桌面工厂及其领导者凯西·刘易斯(Cathy Lewis)和IP于2008年被3D系统收购,但几乎消失殆尽。事实证明,2007年确实标志着无障碍3D打印技术的转折点——尽管当时很少有人意识到这一点——因为重拍现象已经根深蒂固。早在2004年,鲍耶博士就构思出了开放源码、自我复制3D打印机的RepRap概念,在随后的几年中,他的团队在巴斯付出了沉重的努力,这颗种子发芽了,最著名的是维克·奥利弗和里斯·琼斯,他们通过沉积过程开发出了3D打印机的工作原型。2007年是萌芽开始显现的一年,这一萌芽的、开源的3D打印运动开始变得引人注目。

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。

被一些人称为第二次、第三次,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打印机每一种都采用不同的技术这一过程不同的材料以不同的方式。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,另一个需要强调的重点是,到目前为止,没有一种3D打印流程是即插即用的。在压印之前有许多步骤,一旦部分从打印机上下来,就会有更多的步骤——这些往往被忽视。除了为3D打印设计的现实,这可能是苛刻的,文件准备和转换也可能是耗时和复杂的,特别是在构建过程中需要复杂支持的部件。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,许多部件将需要进行精加工操作。对于需要支持的过程来说,移除支持是一个很明显的步骤,但其他包括打磨、喷漆、油漆或其他类型的传统收尾,这些通常都需要手工完成,需要技巧、时间和耐心。

04 - 3D打印过程

立体光刻

立体刻度(SL)被广泛识别为第一3D打印过程;肯定是第一个被商业化的。SL是一种基于激光的方法,其适用于光聚合物树脂,其与激光器反应,并以非常精确的方式形成固体以产生非常精确的部件。它是一种复杂的过程,但简单地,光聚合物树脂在含有内部的可移动平台中保持在VAT中。激光束根据提供给机器的3D数据(如填充物)的3D数据,在树脂的表面上引导在X-Y轴上,由此树脂精确地硬化激光击中表面的位置。一旦图层完成后,VAT内的平台通过分数(在Z轴上)下降,并且随后的层被激光跟踪。这将继续,直到整个对象完成,并且可以将平台从VAT中抬起以进行拆卸。

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。

在其他后处理步骤方面,很多使用SL 3D打印的物体需要清洗和固化。固化过程包括在类似烤箱的机器中,让零件在强光下完全硬化树脂。

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一个可互换的术语,指的是基于激光的3D打印过程,工作与粉末材料。根据输入到机器的X-Y轴的3D数据,激光被追踪到一个紧密压实的粉末材料的粉末床上。当激光与粉末材料的表面相互作用时,它就会烧结或熔合,粒子相互之间形成固体。当每一层完成时,粉床逐渐滴下,在激光下一次通过之前,辊子将粉床表面平滑,以便随后的层被形成并与前一层融合。

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,在缺点上,由于激光烧结所需的高温,冷却时间可能是相当大的。此外,多孔性一直是该工艺的一个历史问题,虽然在全密度零件方面已经有了显著的改进,但在某些应用中仍然需要使用其他材料来改善力学特性。

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过程温度。用这种工艺生产的零件比用SL或DLP生产的零件要坚固得多,尽管一般表面光洁度和精度都不如SL或DLP。

挤出/ FDM / FFF

利用热塑性材料挤出的3D印刷是易于最常见的 - 可识别的3DP过程。该过程的最受欢迎的名称是融合沉积建模(FDM),因为它的寿命,但这是一个商品名,由Stratasys,最初开发它的公司注册。自20世纪90年代初期以来,Stratasys的FDM技术已经存在,今天是一个工业级3D打印过程。然而,自2009年以来出现的入门级3D打印机的增殖主要利用类似的过程,通常被称为自由形式制造(FFF),但由于仍然由Stratasys仍然持有的专利,以更基本的形式。最早的重新装载机器和所有后续演变 - 开源和商业挤出方法。但是,遵循Stratasys对Afinia的专利侵权申请市场的入门级终端将如何发展是一个问号,因为所有的机器都有可能成为Stratasys的专利侵权前线。

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。在市场的入门级结束时,材料更有限,但范围正在增长。入门级FFF 3D打印机最常见的材料是ABS和PLA。

FDM/FFF过程要求任何具有悬垂几何结构的应用程序的支撑结构。对于FDM来说,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撕下来。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,纳入双挤压头,这已不再是一个问题。

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。

粘合剂喷射:喷射的材料是一种粘合剂,它被选择性地喷射到零件材料的粉末床中,一次一层地熔化它,从而产生/打印所需的零件。与其他粉床系统一样,一旦完成,一层粉末床逐步下降和辊或叶片抚平粉表面的床上,之前的下一个通过飞机头,随后的粘合剂层与上一层形成和融合。

与SLS一样,此过程的优点在于无需支持,因为粉末床本身就提供了这种功能。此外,可以使用一系列不同的材料,包括陶瓷和食物。这个过程的另一个独特的优点是能够轻松地添加一个可以添加到活页夹中的完整的调色板。

然而,直接由机器产生的零件不如烧结工艺产生的零件坚固,需要进行后处理以确保耐久性。

材料喷射:一种3D打印工艺,通过多个喷咀(其他喷咀同时喷注支撑材料),将实际的建筑材料(液态或熔融状态)选择性喷射。然而,这些材料往往是液体光聚物,在每一层沉积时都用紫外光进行固化。

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一层一层地构建零件。每一层新层都用一种粘合剂固定在前一层上,这种粘合剂是根据提供给机器的3D数据选择性地应用的。这意味着在将成为零件的区域沉积的粘合剂密度要高得多,而在作为支撑的周围区域应用的粘合剂密度要低得多,确保相对容易“清除”或移除支撑。

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是极少数能够使用CYMK调色板生产全彩色3D打印零件的3D打印工艺之一。因为这些零件是标准纸张,不需要后处理,所以完全安全环保。该工艺不能与其他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到原料大小的限制。

循证医学

电子束熔化3D打印技术是由瑞典公司Arcam开发的专有过程。该金属印刷方法与从金属粉末的零件的形成方面非常相似。关键差异是热源,因为名称表明是电子束,而不是激光,这意味着在真空条件下进行过程。

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印刷材料

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,现在有太多的专利材料从许多不同的3D打印机供应商涵盖所有这里。相反,本文将以一种更通用的方式来研究最流行的材料类型。还有一些突出的材料。

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是另一种常用的3D打印塑料,在入门级FDM 3D打印机上以细丝形式广泛使用。它是一种特别坚固的塑料,有多种颜色。ABS可以从许多非专有来源购买成丝形式,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,正是出于这个原因,它获得了3D打印的吸引力。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。它有多种颜色,包括透明的,这已经被证明是3D打印的一个有用的选择。然而,它不像ABS那样耐用或灵活。

LayWood是专门为入门级挤压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。最常见的两种是铝和钴衍生物。

粉末不锈钢是3D打印中强度最大、因此最常用的金属之一,用于烧结/熔化/EBM工艺。它是天然的银,但可以镀上其他材料,以产生金或青铜的效果。

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,已经用于3D打印工业应用有一段时间了。它以粉末形式供应,可用于烧结/熔化/循证医学过程。

陶瓷

陶瓷是一种相对较新的材料,可以用于3D打印,并取得了不同程度的成功。这些材料需要特别注意的是,印刷后的陶瓷部件需要经历与任何使用传统生产方法制作的陶瓷部件相同的过程——即烧制和上光。

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

目前有大量的研究正在进行,研究3D打印生物材料在医疗(和其他)应用方面的潜力。一些主要机构正在研究活体组织,以期开发包括打印用于移植的人体器官以及用于替代身体部位的外部组织在内的应用。这一领域的其他研究集中在食品的开发上——肉类就是最好的例子。

食物

在过去的几年里,3D印刷食品物质的挤出机的实验急剧增加。巧克力是最常见的(和可取的)。还有打印机与糖合作,有意大利面和肉类的一些实验。展望未来,正在进行研究,利用3D印刷技术生产完全平衡的整餐。

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打印全局效果

对制造业的全球影响

3D打印已经对产品的制造方式产生了影响——这项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产生新的思维方式,并取得普遍有利的结果。

该声明背后的一个关键因素是3D打印有可能使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积压的可靠方式,这与亚马逊的业务运营方式类似。

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打印的专业服务有机会,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和解。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,但制造业岗位的流失可能会对许多发展中国家造成严重影响,这需要时间来克服。

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打印福利和价值

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打印过程允许大规模定制——根据个人需求个性化产品的能力。即使在同一个制造室中,3D打印的本质意味着可以根据终端用户的要求同时制造大量的产品,而无需额外的工艺成本。

复杂性

3D打印的出现见证了产品(在数字环境中设计)的激增,其复杂程度是其他任何方式都无法实际生产的。虽然设计师和艺术家利用这一优势获得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,人们正在开发应用程序,以实现复杂的组件,这些组件被证明比以前的产品更轻、更强。在这些问题最为重要的航空航天部门出现了显著的用途。

无工具

对于工业制造业来说,产品开发过程中成本、时间和劳动力最密集的阶段之一是工具的生产。对于低到中等批量的应用,工业3D打印(或附加制造)可以消除对工具生产的需求,从而消除与之相关的成本、交付周期和劳动力。这是一个极具吸引力的提议,越来越多的制造商正在利用这一提议。此外,由于上述复杂性优势,产品和部件可以专门设计,以避免复杂几何结构和复杂特征的装配要求,从而进一步消除与装配过程相关的劳动力和成本。

可持续/环保

3D打印也正在成为一种节能技术,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,产生更少的废物,但也在整个添加制造的产品的运行寿命,通过更轻、更强的设计,与传统制造的产品相比,可以减少碳足迹。

此外,3D打印在实现本地制造模式方面表现出巨大的潜力,即产品在需要的地方按需生产——消除了在世界各地运输大量产品的巨额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。

尽管有时会被忽视,但原型设计仍然可能是当今3D打印最大的应用。

自3D打印成型技术出现以来,工艺和材料的发展和改进见证了该工艺被应用到产品开发流程链的更下游。利用不同工艺的优点开发了模具和铸造应用。此外,这些应用程序正在越来越多地被工业部门使用和采用。

同样地,对于最终的制造操作,改进正在继续促进吸收。

对于在所有这些广谱应用中从工业3D打印中受益匪浅的工业垂直市场而言,以下是一个基本细分:

医疗和牙科

医疗部门被视为是一个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。

航空航天

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。

知名用户包括通用电气/莫里斯技术公司、空客/ EADS、劳斯莱斯、BAE系统公司和波音公司。虽然这些公司中的大多数确实采取了现实的方法,就他们目前正在做的技术,大部分是研发,但有些公司确实对未来非常乐观。

汽车

快速原型技术(3D打印的最早体现)的另一个普遍的早期采用者是汽车行业。许多汽车公司——尤其是在赛车运动和F1领域——都遵循着与航空航天公司类似的轨迹。首先(仍然是)将这些技术用于原型设计,但开发和调整它们的制造工艺,以纳入改进材料的好处和汽车零部件的最终结果。

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。

  • 约书亚哈克
  • Dizingof
  • 神经系统公司的杰西卡·罗森克兰茨
  • Pia Hinze
  • 尼克Ervinck
  • Lionel Dean.
  • 还有许多人。

3D扫描与3D打印相结合的学科也给艺术界带来了一个新的维度,然而,艺术家和学生现在已经有了一种行之有效的方法,可以复制过去大师的作品,并创建古代(以及更近的)的精确复制品用于近距离研究的雕塑——否则他们永远无法亲自接触的艺术作品。科斯莫·文曼的工作在这一领域尤其具有启发性。

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(室内或作为服务)作为其工作流程的关键部分,以增加创新和改善沟通。

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。

流行服饰

随着3D打印工艺在分辨率和更灵活的材料方面的改进,一个以实验和大胆声明而闻名的行业开始崭露头角。我们当然是在谈论时尚!

3D印刷配件包括鞋子,头部,帽子和袋子都致电全球跑步。一些更有远见的时装设计师已经证明了高级时装,披肩,全身长袍的技术的能力,甚至是世界各地的不同时尚场地的服装。

Iris van Herpen应该作为这方面的领先先驱受到特别的关注。她以巴黎和米兰的T型台为模型,制作了大量的时装系列,这些系列采用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,往往取得了完全独创的成果。

食物

虽然在3D打印领域姗姗来迟,但食品是一个让人们非常兴奋的新兴应用(和/或3D打印材料),它有潜力真正将这项技术带入主流。毕竟,我们永远都需要吃东西!3D打印正在成为一种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。

展望未来,3D打印也被认为是一种完整的食品制备方法,是一种全面、健康地平衡营养的方法。

消费者

3D打印供应商的圣杯是消费者3D打印。对于这是可行的未来,有一个广泛的辩论。目前,由于进入级别存在的可访问性问题(消费者机器),消费者摄取量很低。通过较大的3D系统和Makerbot等3D打印公司在此方向上进行了前往,作为Stratasys的子公司,因为它们试图使3D打印过程和辅助组件(软件,数字内容等)更可访问和用户-友好的。目前有三种主要的方式,街上的人可以与消费产品的3D印刷技术互动:

  • 设计+印刷
  • 选择+打印
  • 选择+ 3D打印服务实现

09 -术语表

3 dp3 d打印技术

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

DMLS.直接金属激光烧结

循证医学电子束熔化

经济增加值乙烯醋酸乙烯酯

FDM熔融沉积模型(Stratasys商标)

FFF自由形状制造

镜头激光工程成网(SNL商标,Optomec授权)

LS激光烧结

解放军聚乳酸

再保险逆向工程

RM快速制造

RP快速成型

RT快速模具

sl立体光刻

SLA立体光刻机(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Lithograpic