3D打印:崛(jué)起中的智(zhì)能製造方式(shì)
點擊量:361 發布時間:2017-03-13 作者:狀(zhuàng)邁(上海)增材製造技術有限公司
製造技術大致可(kě)分為三種(zhǒng)方式。其一是(shì)減材製(zhì)造,是指利(lì)用刀具或電化學的方(fāng)法,去除不需要的材料,剩(shèng)下的部分即是所需要的產品。其二是(shì)等材(cái)製造,是指利用模具控形,將液體或固體材料變為所需要的產品。這兩種方法是傳統的製(zhì)造方法,例如(rú)鑄造技術從三千多年前的青(qīng)銅器時代就開始(shǐ)使用。其三是近30年發(fā)展起(qǐ)來的3D打印技術,學名為增材製造,它是(shì)用材料逐(zhú)層累積製造物體的方法。
1、技術(shù)原(yuán)理
美國材料與測試協會增材製造技術委(wěi)員會(ASTMF42)對增材製造的定義是:一種與減材製造相反,根據三維數據把材料(liào)集中一體(tǐ)的生產(chǎn)過程(chéng)。按(àn)照(zhào)這一權威定義,增材製造必(bì)須由數據驅動。3D打印技術是一係列(liè)增材(cái)製造技術的統稱(chēng),其基本原理都是疊層製造,即由快速原型機在X-Y軸坐標方向(xiàng)生(shēng)成目標物體的截麵(miàn)形狀,然後在Z軸坐標間斷地作(zuò)層麵厚度的位移,最終形成三維製件。而在人類曆史的大部分時間裏,我們通過切割原料或通過模具成型(xíng)製造新的實體物品,例如鑄造(等材製造)或切削鑽孔(減材製(zhì)造)。
大多數人第一次聽(tīng)到(dào)3D打印時,他(tā)們就想到了(le)傳統的桌麵打印機。3D打(dǎ)印其實和傳統打印非常相似,都是由數據驅動硬件完成打印。通常來說,人們使用傳(chuán)統技(jì)術(shù)的噴墨打印機進行打印,過(guò)程是這樣的:輕點電腦(nǎo)屏幕上的“打印”按鈕,一份數字文件便被傳送到一台噴墨打印機上,接著(zhe)打印機將一層墨水噴到紙的表麵形成一副二維圖像。而使用3D打印(yìn)機也是一樣(yàng),控製軟件會通過切片(piàn)引擎(用於將立體模型分解成多個橫截麵)完成一係列數字(zì)切片,然後將這些(xiē)切片信息傳送到3D打印機上,後者會進行逐層打印,然(rán)後堆疊起來,直到一個固態物體成型。
就終端用戶的實際體(tǐ)驗而言,往(wǎng)往是感覺(jiào)不到3D打印和傳統打印在製作流程上的不同,能感受到的最大區別在於(yú)使用的“墨(mò)水”是實(shí)實在在的原材料,正是(shì)因為這樣的相似,增材製造(zào)技術才會被形象地(dì)稱為(wéi)3D打印技術。
普通打印(yìn)機與3D打印機(jī)
其實兩者在打印(yìn)材料和原理上存在著(zhe)較大差異。3D打印材料可以分為金屬和(hé)非金屬兩大類,形態包括固態、液態(tài)、粉(fěn)末等,每一類材料都對應一種或(huò)多種打印原理。對於設備用戶而言,3D打印和傳統(tǒng)打印的最主要的(de)區別是電腦上要設計出的是一(yī)個完整的三維立體模(mó)型,然後再(zài)進行打印輸出。因(yīn)此,3D打印(yìn)在複雜程度上遠超傳統(tǒng)打印。
傳統(tǒng)打印與3D打印(yìn)對比
3D打印流程(chéng)一般包括數據獲取、數據處(chù)理,打印和後處(chù)理四個步驟。前兩個步(bù)驟主要涉及軟件和光學成像技術,第三個步驟涉及材料、機械和電子。前三個步驟相(xiàng)輔(fǔ)相成,任何一個環節存在問題都會影響打(dǎ)印的最終結果。後處理步驟更多是采用傳統加工方式改善打印物品的外觀和特性。
由於打印(yìn)步驟所涉及的技術和領(lǐng)域最廣(guǎng)泛(fàn),行業內的關(guān)注點普遍(biàn)集中在打印步驟。3D打印的(de)核心技術大(dà)多也圍繞著這一步驟發展。
2、技(jì)術類別
3D打印技術發(fā)展至(zhì)今,在最初的基(jī)礎上(shàng)已經衍生出幾十種打印技術,基於不同的原理有不同的分類方法。我們按不同的打印原理(lǐ)、所用耗材(cái)和成(chéng)型原理的差異以及打印耗材種類,來列舉三種(zhǒng)不同的分類方法(fǎ)。
ASTMF42增材製造技術委員會在其(qí)發布的《增材製(zhì)造技術標準術語》(ASTMF2792-12a)把打印原理分為七大類。
3D打印技術分類(lèi)(基於打印原理)
資料來源:ASTM
根據(jù)所用耗材形態和(hé)成型原理的差異,目前主流(liú)的3D打印技術大致可分為擠出熔融成型、粒狀物料成型、光聚合成型等三種類型。每個類型按成型技術的不同,又演化出多個種類。其中,熔融層積(FDM)屬於擠出熔融成型類,粒狀物料(liào)成型(xíng)類(lèi)包括直接金(jīn)屬激光燒結(DMLS)、電(diàn)子束熔融(róng)(EBM)、選擇性激光(guāng)燒結(SLS)、選擇(zé)性熱燒結(SHS)、選擇性激光熔化成型(SLM),光聚(jù)合成型類則包括光固(gù)化成型(SLA)、數字光處理(DLP)、聚合物噴射(PI)。
隨著技術發展和市場需求不斷提高,基於典型3D打印技(jì)術衍生出了一些新的技術,比如石膏3D打印(PP)、分層實體製造(LOM)、三維打印(3DP)、電子束自由成型製造(EBF)、激光淨(jìng)形製造(zào)(LENS)等。
3D打印(yìn)技術(shù)分類(基(jī)於物料形態和成型原理)
如果基於(yú)打印耗材(cái)種類的不同,3D打(dǎ)印技術又可分為非金屬3D打印技術和金屬3D打印技術。其中,FDM、SLA、DLP、3DP等屬於非金屬3D打印技術;SLM、DMLS、EBM等屬於金屬材料3D打印技術。

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