3D打印技术的发展和应用.doc
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1、3D打印技术的发展和应用1 3D打印技术的起源与发展 前几天,美国的福特汽车公司宣布自家的3D打印部门已经能够打印悬挂部件了,而且在不久的将来能将整车都3D打印出来!还是美国的公司,用3D打印机打印了一座房子,仅用24小时就造了一所37平米的小公寓,而造价被控制在10000美刀之内!再把目光转向国内,2017年的3D打印TCT展会正在上海开展,国内外百余家厂商在会展上竞相展出自家的新品。3D打印,这个似乎有点陌生的词汇有什么魔力汇聚众多行业的关注,乃至于基于这个技术产出的事物都能变成新闻?有别于传统的模具制造方式,3D打印是一种新时代的工业生产方式。 数字化与实体模具是3D打印与模具制造上的一
2、个质的区别,无需投产前的模具准备、样品调整、耗材预估等环节,直接采用数字模型生产,所见即所得。此外,3D打印可以制造出更复杂的结构、更高精度的细节,同时保证极高良品率下的无污染生产。在19世纪90年代初,美国出现了3D打印技术的思想。直到20世纪后期这个思想才得到根本性的发展,被广泛称为“上上个世纪的思想,上个世纪的技术,这个世纪的市场”。相比于传统制造方法,3D打印技术在产品制造复杂程度、生产制造范围、生产制造效率、满足客户个性化需求等方面有着明显的优势。何工艺的发展史都不是线性的,要了解3D打印技术,我们需要深入探索3D打印技术最早的起源。 2011年,约瑟夫?比曼从照相雕塑和地貌成形技术
3、两个角度追溯了3D打印从19世纪中期到20世纪70年代的历史。其中,照相雕塑是指先用相机和镜头获取物体外形,然后模拟照相制版法制造出物体。地貌成形技术是指先用线性方式描绘物体的外形,再用线性形式复制出该物体。比曼根据这两种技术差异将3D打印的发展主要分为两个方向。一个是用分层物体制造的方式进行3D打印,例如FDM技术;另一个(照相雕塑)则利用光照使光敏树脂固化,比如SLA技术。后来本杰明?切维顿将照相雕塑机进行了改进,于1884年获得了缩放雕塑的雕塑打印机专利。于此同时,法国工程师兼设计师阿希尔?科拉斯利用缩放仪研究出另一种雕塑的制作方法。前面提到的制造设备被认为是数控铣床的前身。而数控铣床则
4、是3D打印机的前身。 在照相雕塑技术中,发明人威廉在巴黎建了一个工作室,美国人卡洛?贝斯建议在威廉的制作工艺中加入明胶使雕刻品更为柔和,把一层层膨胀胶质叠放起来,制造出浮雕效果。但现在来看这种工艺并不可行,因为在添加新层时,上一叠层可能已经收缩变硬了。感光材料的发展,起源于1839年蒙戈?庞顿发现铬合金硬化材料开始,直至20世纪早期利用陶瓷照相制作浮雕瓷砖,这些工艺为20世纪的快速成型工艺奠定了基础,标志着光敏树脂浮雕工艺的诞生,它是现代3D打印技术的重要组成部分。在早期的照相浮雕制作工艺中,人们通过加入感光明胶,一旦经过水洗后,明胶就会形成有色调的浮雕:亮区凸出来,暗区凹进去。为了制作出更具
5、立体感的三维物体,工程师奥托?芒兹申请了“照相凹版记录”专利。通过依次曝光一层照相乳剂,通过光照使之固化,以此来制造三维物体。待曝光照片用光敏树脂来进行处理,图片在曝光后硬化。 直到20世纪60年代,光敏树脂才开始在印刷界广泛使用。光敏树脂材料的广泛运用,为1986年第一台光固化3D打印机的发明奠定了基础。当时的3d打印机非常巨型而且昂贵。现在,3d打印技术已经走向成熟,生产链条也基本完善成型。 2 3D打印技术的应用 “只有你想不到,没有什么做不到”用这句话来阐明3D打印的用途,似乎有些简单粗暴了些,但话糙理不糙。3D打印技术的基本原理是扫描一个在电脑中已经完成好的或者完整的三维立体零件模型
6、,按照微积分的思想,沿空间某一坐标轴切成许多个有一定厚度的剖面,然后通过打印机打印出每个剖面部分,再将剖面一层层连接起来,最终就是得到所需要的实体,也即是“分层制造、逐层叠加”。目前核心的3D打印技术方法有以下几种:(1)光固化立体成型;(2)分层实体制造;(3)选择性激光烧结;(4)熔积成型。3D打印数字化的生产方式决定了其具备跨行业、多用途的性质,多模式化的生产包括了定制化、自动化、快速生产等。下面针对几个行业做一些具体的介绍: 2.1 铸造业。近年来,中国铸造业飞速发展,铸造业零部件的生产也跟随世界发展潮流,逐步趋向自动化,数字化以及绿色化。铸造模具的使用在各类铸造工艺当中最为频繁,同时
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