摘要:3D打印技術(shù)也被稱為增材制造技術(shù),其應(yīng)用范圍與蜂窩通訊產(chǎn)業(yè)一樣廣泛。3D打印已被發(fā)現(xiàn)是一個針對任何領(lǐng)域所發(fā)生問題的快速的降低成本效益的解決方案。3D打印的應(yīng)用越來越多,這是一個非常令人興奮的技術(shù)期待。筆者在文中介紹了3D打印技術(shù)員如何運用3D打印機進行3D打印工作、目前3D打印技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)的發(fā)展狀況以及分析了3D打印技術(shù)在未來的應(yīng)用。
關(guān)鍵詞:3D打印技術(shù);3D打印的原理;3D打印的發(fā)展及前景
引言
3D打印機打印的對象有數(shù)字模板和三維物理模板。印刷是用塑料、金屬、尼龍和一百多種其他材料一層一層地進行的(增材制造)。3D打印技術(shù)已被發(fā)現(xiàn)并在制造業(yè)、工業(yè)設(shè)計、珠寶、鞋類、建筑、工程和建筑、汽車、航空航天、牙科和醫(yī)療、教育、地理信息系統(tǒng)、土木工程等許多領(lǐng)域運用。然而,3D打印技術(shù)需要一個有能力的人來制作數(shù)字文件和進行最終打印。
1. 3D打印技術(shù)
3D打印或增材制造是通過一個數(shù)學(xué)模型將不同形狀的材料層進行連續(xù)鋪設(shè)從而轉(zhuǎn)變?yōu)槿S實體的一個過程。傳統(tǒng)的加工技術(shù)依賴于通過切割或鉆孔等方法去除材料,而3D打印層是相繼添加的,因此,它使用分層技術(shù),一層一層地構(gòu)造對象,直到生成完整的對象。這樣,3D打印使我們從大規(guī)模生產(chǎn)線轉(zhuǎn)向一次性定制生產(chǎn)??梢赃@么說,你可以制作任何東西,無論是房子還是巧克力條。最初的3D打印機是在20世紀80年代進行使用的,最早的3D打印機的使用是由計算機跟蹤浸沒在液體聚合物中的圖形,由于激光的作用,使追蹤到的圖案硬化成紫菜,這就是如何用塑料制造出一個物體的方法。從那時起,3D打印技術(shù)取得了巨大的進步,現(xiàn)在使用的材料擠壓就是通過這種方法進行的。
有趣的是,隨著技術(shù)的進步,購買3D打印機的成本一直在下降。國內(nèi)3D打印機的使用率一直在上升,平均一臺3D打印機的成本幾百美元不等。然而,一個主要的缺點是,打印3D實體需要專業(yè)的知識。也就是說,3D打印技術(shù)需要一個有能力的人來制作數(shù)字文件和進行最終打印。
2. 3D打印技術(shù)的工作原理
進行3D打印時首先對要創(chuàng)建的對象進行虛擬設(shè)計,虛擬設(shè)計用作要創(chuàng)建的物理對象的模板,這種虛擬設(shè)計可以使用三維建模程序如CAD(計算機輔助設(shè)計)從頭開始創(chuàng)建設(shè)計。或者,3D掃描儀可以用于現(xiàn)有對象,掃描儀可以對物體進行三維數(shù)字復(fù)制,并將其放入三維建模程序中。然后,模型被切成成百上千的臥式切片并準備打印。這樣,這個準備好的文件就被上傳到了3D打印機中,進而3D打印員將看到打印機一層一層地創(chuàng)建3D對象。而且,打印機讀取每個切片(2D圖像),然后逐層創(chuàng)建對象,結(jié)果對象沒有可見分層的跡象,而是一個三維結(jié)構(gòu)。
3. 3D打印技術(shù)的產(chǎn)業(yè)發(fā)展及前景分析
3.1 3D打印技術(shù)的產(chǎn)業(yè)發(fā)展
3D打印技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用到各個領(lǐng)域。
(1)汽車工業(yè)和航空航天工程領(lǐng)域。3D打印機在該領(lǐng)域的商業(yè)用途也在不斷增加。例如,汽車和航空航天工業(yè)正在制造零部件[1],從而提高了規(guī)模經(jīng)濟。3D打印正在改變工業(yè)生產(chǎn)線的工作方式,這使得一些分析師將3D打印機的出現(xiàn)稱為第二次工業(yè)革命。
(2)醫(yī)學(xué)領(lǐng)域。從仿生學(xué)到假肢再到數(shù)字牙科。不可避免地,這正積極地影響和改變著醫(yī)學(xué)的方方面面。雖然3D打印技術(shù)的大部分工作仍處于探索階段,但專家預(yù)測,3D打印工具的集成將給未來的醫(yī)學(xué)帶來革命性的變化。
(3)制造領(lǐng)域。3D打印技術(shù)使得現(xiàn)在的制造可以跳過原型階段,直接進入最終產(chǎn)品。汽車和飛機零件制造公司正在使用3D打印技術(shù)以一種快速和有效的方式進行汽車及飛機零件的打印。因為客戶可以編輯數(shù)字設(shè)計文件并發(fā)送給制造商,所以定制的產(chǎn)品可以得到快速生產(chǎn)。諾基亞公司已經(jīng)率先在這一領(lǐng)域制造和發(fā)布其三維設(shè)計文件從而使得其最終用戶可以定制它的規(guī)格以及獲得特殊的3D打印產(chǎn)品。
(4)家庭使用。3D打印機可以在家里用來制作小物件,如裝飾品,如項鏈和戒指。小型塑料玩具也可以在家里打印。在未來,人們將能夠在家里打印自己的產(chǎn)品,而不是從商店購買。
(5)服裝領(lǐng)域。時裝業(yè)也未能幸免,3D打印服裝正在制作中,時尚設(shè)計師正在嘗試使用3D打印機打印背帶褲、鞋子和連衣裙。耐克2012年推出的蒸汽激光鷹爪足球鞋和新百倫公司(New Balance)為運動員定制的運動鞋也是使用了3D原型進行打印的,由此可見,這項生產(chǎn)是在商業(yè)規(guī)模上進行的。
(6)3D打印技術(shù)現(xiàn)在正被納入學(xué)習(xí)課程。學(xué)生現(xiàn)在可以應(yīng)用印刷分子模型用塑料齒輪對他們的3D模型原型進行打印,這有助于學(xué)生的學(xué)習(xí)過程。由于3D打印技術(shù)可以實際地向?qū)W生進行展示,所以學(xué)生能夠更好地理解3D打印的概念。
3.2 3D打印技術(shù)的發(fā)展前景
(1)制造業(yè)。3D打印行業(yè)將迎來前所未有的市場增長,市場分析人士預(yù)測,制造行業(yè)將同比增長18%。預(yù)計到2025年,3D打印零件市場規(guī)模將達到84億美元。汽車零部件和航空航天[2]將在零部件銷售預(yù)測中處于領(lǐng)先地位。
(2)3D打印器官。干細胞研究與3D打印技術(shù)的結(jié)合,將在未來產(chǎn)生可移植的人體器官[3]。真正的身體功能部件將能夠通過3D打印制造出來。
(3)貿(mào)易。亞馬遜建立了一個3D打印機商店,消費者可以以自己的數(shù)字3D設(shè)計文件為基礎(chǔ)打印產(chǎn)品并向商店支付費用,這將徹底改變產(chǎn)品的供應(yīng)方式。
結(jié)束語:
3D打印行業(yè)正步入增長軌道,隨著研究的不斷深入,3D打印的應(yīng)用越來越廣泛。亞馬遜提出的商店模型證明了3D打印將改變?nèi)藗冑徺I產(chǎn)品的方式,3D打印技術(shù)的貿(mào)易領(lǐng)域的領(lǐng)跑人絕對是一個游戲規(guī)則的改變者。筆者認為,有很多3D打印技術(shù)的前景是值得期待的。
參考文獻
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[2]明越科,段玉崗,王奔,肖鴻,張小輝.高性能纖維增強樹脂基復(fù)合材料3D打印[J].航空制造技術(shù),2019,6204:34-38+46.
[3]唐超蘭,溫竟青,張偉祥,楚瑞坤,孫梅.鈦合金3D打印成形技術(shù)及缺陷[J].航空材料學(xué)報,2019,3901:38-47.
作者簡介:曹晨茜(1990-),女,漢族,陜西西安;陜西省石油化工研究設(shè)計院,碩士研究生,研究方向:工程設(shè)計。
(作者單位:陜西省石油化工研究設(shè)計院)