自由初学者指南

欢迎来到3DPI的3D打印初学者指南。无论您是3D打印技术的新手,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,我们大多数人在某种程度上都听说过3D打印的潜力。但通过这本指南,我们可以深入了解3D打印的历史和现实——流程、材料和应用——以及它可能走向的衡量思想。我们希望你会发现这是最全面的3D打印资源之一,无论你的技能水平是什么,这里将有足够的满足你的需求。

你准备好了吗?让我们开始吧 !

3D打印基础知识

英国《金融时报》和其他媒体援引3D打印(又称增材制造)的话说,它的规模可能超过互联网。有些人认为这是真的。许多人认为,这是围绕这个非常令人兴奋的技术领域的非凡宣传的一部分。那么3D打印到底是什么,谁通常使用3D打印机,是为了什么?

概述

术语3D打印涵盖了一个大量的过程和技术为不同的零件和产品提供完整的频谱能力材料.从本质上讲,所有这些工艺和技术的共同之处在于,在加法过程中,生产是一层一层地进行的,这与涉及减法或模压/铸造过程的传统生产方法形成了对比。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

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

+

添加剂制造

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为铸造或成型过程生产工具,这是整个制造过程中的一个严重限制。

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,包括上面提到的昂贵的工具、夹具和对复杂零件装配的需求。此外,减法制造过程,如机械加工,可以导致高达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,根据使用的技术,以各种方式逐层添加材料。简化3D打印背后的意识形态,对于任何仍在尝试理解这个概念(还有很多)的人来说,它可以被比作用乐高积木自动构建东西的过程。

3D打印是一种启用技术,鼓励和推动创新,以前所未有的设计自由,同时是一种减少禁止成本和交货时间的工具的过程。组件可以专门设计为避免具有复杂几何形状的装配要求,并且在无需额外成本创建的复杂功能。3D打印也被揭示为节能技术,可以通过制造过程本身提供环境效率,利用高达90%的标准材料,以及整个产品使用更轻,更强大的设计。

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。

这使得这项技术向更广泛的受众开放,随着各方面的指数级采用率继续快速增长,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)他在1983年首次发明了SLA机器。赫尔继续共同创立了3D系统公司-最大和最多产的组织之一,在3D打印领域运营今天。

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,卡尔戴斯卡尔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·克鲁姆作为Stratasys公司的联合创始人之一,他为熔融沉积建模(FDM)申请了一项专利——该专利技术目前仍由Stratasys公司持有,但基于开源RepRap模型的许多入门级机器也在使用该技术。FDM专利于1992年授予Stratasys公司。在欧洲,1989年也见证了德国EOS GmbH的成立汉斯langer..在与SL工艺的延迟之后,EOS的研发重点在很大程度上放在激光烧结(LS)过程中,这继续从强度达到强度。如今,EOS系统在全球范围内认可为其质量输出,为3D打印的工业原型制作和生产应用。EOS于1990年销售了其第一个“立体声”系统。该公司的直接金属激光烧结(DMLS)工艺由初级项目与伊斯兰电解芬兰的初始项目产生,后来被EOS获取。

其他3D打印技术和工艺也在这几年出现,包括由William Masters申请专利的弹道粒子制造(BPM),由Michael Feygin申请专利的层压物体制造(LOM),固体地面固化(SGC)最初由itchak Pomerantz等人申请专利,而“三维打印”(3DP)最初由Emanuel Sachs等人申请专利。因此,90年代初见证了RP市场上越来越多的竞争公司,但现在只有三家原始公司仍然存在——3D Systems、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,1996年,Arcam成立了1996年的Arcam,1998年推出的Objet Geometries(建立的真空铸造OEM)在2000年推出了SLM技术,Arcam在1997年建立了1996年,Arcam在2000年推出了SLM技术的成立。EnvisionTec成立于2002年,外来成立于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。

在中期的中期期间,该部门开始表现出不同多样化的迹象,这两个特定的重点领域今天更加明确定义。首先,有3D印刷的高端,仍然非常昂贵的系统,旨在为高价值,高度设计,复杂的零件生产的部分生产。这仍然是正在进行的 - 而且增长 - 但结果才真正开始在航空航天,汽车,医疗和精美珠宝领域的生产应用中可见,因为多年的研发和资格现在正在偿还。一个很好的交易仍然落后于闭门和/或在非披露协议(NDA)之后。在频谱的另一端,一些3D打印系统制造商正在开发和推进“概念制定者”,因为当时被调用。具体而言,这些是3D打印机,使得专注于改善概念开发和功能原型,这些原型专门被开发为办公和用户友好,经济高效的系统。今天的桌面机器的前奏。然而,这些系统仍然非常适合工业应用。

回头看,风暴前真的是平静的。

在市场的下端 - 今天被视为在中期的3D打印机 - 价格战中的印刷精度,速度和材料的增量改善。

在2007年,市场看到了3D系统的第一个低于1万美元的系统,但这并没有达到预期的目标。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台低于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——被认为是值得期待的。由于该组织在准备生产的过程中摇摇欲坠,它最终无果而终。2008年,“桌面工厂”及其领导者凯茜·刘易斯(Cathy Lewis)连同IP被3D系统公司收购,几乎消失殆尽。事实证明,2007年确实是3D打印技术普及的转折点——尽管当时很少有人意识到这一点——因为RepRap现象开始生根。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,照片开始展示,这个萌芽的开源3D打印运动开始获得关注。

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年是在市场进入级别引入替代3D打印过程的年份。B9Creator(利用DLP技术)于6月首次出现,其次是12月的表格1(利用立体刻录)。两者都是通过资金网站踢球运动员推出 - 并且均享有巨大的成功。

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。

这个怎么运作

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。重要的是要理解3D打印最基本的限制 - 在材料和应用方面 - 是没有“一个解决方案”适合所有人。例如,一些3D打印机处理粉末材料(尼龙,塑料,陶瓷,金属),其利用粉末的光/热源与粉末的烧结/熔融/熔丝层一起以限定的形状。其他过程聚合物树脂材料并再次利用光/激光固化超薄层中的树脂。精细液滴的喷射是另一个3D打印过程,让人想起2D喷墨印刷,但用墨水和粘合剂具有优异的材料来固定层。也许最常见且易于识别的过程是沉积的,这是大多数入门级3D打印机采用的过程。该方法通过加热的挤出机以细丝形式挤出塑料,通常是PLA或ABS以形成层并产生预定形状。

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打印流程

有限元

立体光刻(SL)被广泛认为是第一种3D打印工艺;它当然是第一个商业化的。SL是一种基于激光的工艺,使用光聚合物树脂,与激光发生反应并固化,以非常精确的方式形成固体,从而生产非常精确的零件。这是一个复杂的过程,但简单地说,光聚合树脂是装在一个大桶里,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轴上穿过树脂的表面,在激光击中表面的地方,树脂精确地硬化。一旦该层完成,缸内的平台下降一小部分(在Z轴),随后的层被激光描出。这一过程将一直持续下去,直到整个对象完成,平台可以从缸中升起以便移除。

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。

立体光刻通常被认为是具有优异表面光洁度的最精确的3D印刷过程之一。然而,限制因素包括所需的后处理步骤以及材料随时间的稳定性,这可能变得更加脆弱。

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。

构建室完全密封,因为在特定于粉末材料的熔点的过程中需要保持精确的温度。完成后,将整个粉末床从机器中取出,可以移除多余的粉末以留下“印刷”零件。该方法的关键优点之一是粉末床用作用于悬垂和底切的过程支撑结构,因此可以通过该过程以任何其他方式制造的复杂形状。

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

利用热塑性材料挤压的3D打印是最常见和最容易识别的3DP工艺。该工艺最受欢迎的名字是熔融沉积建模(FDM),因为它的寿命很长,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技术早在20世纪90年代早期就出现了,如今是一种工业级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工艺,通常被称为Freeform Fabrication (FFF),但由于Stratasys仍然持有专利,因此采用了更基本的形式。最早的RepRap机器和所有随后的发展-开源和商业-采用挤压方法。然而,后Stratasys对Afinia的专利侵权诉讼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。

在生产的模型方面,来自Stratasys的FDM过程是一种准确且可靠的过程,即相对办公室/工作室友好,尽管可能需要广泛的后处理。在入门级,正如预期的那样,FFF进程产生了更低的准确模型,但事情不断改进。

对于某些零件的几何形状和层与层之间的粘附可能是一个问题,导致零件不是水密的。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: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,直接从机器产生的零件,不像烧结过程那样坚固,需要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,这意味着单个部件可以由具有不同特性和性质的多种材料制成。材料喷射是一种非常精确的3D印刷方法,生产精确的部件,饰面非常平滑。

选择性沉积层压(SDL)

SDL是由MCOR技术开发和制造的专有3D打印过程。在1990年的Helisys开发的层压物体制造(LOM)过程中,由于分层和塑造纸的相似性来形成最后一部分,有一个诱惑。但是,这就是任何相似性结束的地方。

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。

在从供纸机构进入3D打印机的新纸张之后并将在上一层上的选择性施加的粘合剂上放置在上一层上,将构建板移动到加热板,并施加压力。这种压力确保了两张纸之间的正键。然后,构建板返回到构建高度,可调节碳化钨刀片一次切割一张纸,追踪物体轮廓以产生部分的边缘。当该切割序列完成时,3D打印机沉积下一层粘合剂,直到部件完成。

SDL是使用CYMK颜色调色板产生全彩3D打印零件的少量3D打印过程之一。而且由于部件是标准纸张,需要无需后处理,因此它们完全安全和环保。在该过程不能与其他3D打印过程中有利地竞争的情况下,在复杂几何形状的生产中,并且构造尺寸限于原料的尺寸。

ebm.

电子束熔化3D打印技术是由瑞典公司Arcam开发的专利工艺。这种金属印刷方法非常类似于直接金属激光烧结(DMLS)工艺,从金属粉末形成零件。关键的区别在于热源,顾名思义,热源是电子束,而不是激光,因为激光需要在真空条件下进行。

EBM具有在各种金属合金中创造完全密集的部件,甚至是医疗等级,因此该技术对于医疗行业的一系列生产应用特别成功,特别是植入物。然而,其他高科技领域,如航空航天和汽车也向EBM技术提供了制造实现。

05 - 3D打印材料

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,目前通常开发了针对执行专用应用的特定平台(一个示例是牙科扇区)的特定材料,这些平台具有更精确适合应用的材料属性。

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,烧结过程或具有FDM工艺的长丝形式。它是一种强大的柔性且耐用的塑料材料,已证明3D打印可靠。它自然是白色的,但它可以是着色的 - 印刷前或印刷后。该材料也可以用粉末铝组合(以粉末形式)组合,以产生用于烧结铝的另一种常见的3D印刷材料。

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用于工业级3D印刷。最常见的两个是铝和钴衍生物。

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,黄金和银已被添加到可以直接印刷3D的金属材料系列,在珠宝领域的明显应用。这些都是非常强的材料,并以粉末形式加工。

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,拥有独特(专有)材料提供的一家公司是Stratasys,其数字材料为Objet Connex 3D打印平台。该产品意味着标准Objet 3D打印材料可以在印刷过程中组合 - 以各种和特定的浓度 - 形成具有所需性质的新材料。最多可实现最多140种不同的数字材料以不同的方式将现有的主要材料组合。

06 - 3D打印全球效果

全球对制造业的影响

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。

这种说法背后的一个关键因素是,3D打印有可能使生产更接近终端用户和/或消费者,从而减少当前供应链的限制。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堆积的一种肯定的方式——类似于亚马逊的业务运作方式。

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印刷技术的使用对全球经济有潜在的影响,如果全世界采用。从当前模型转向当前模型到基于本地化生产的基于需求,现场定制的生产模式可能会降低出口和进口国家之间的不平衡。

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,但制造业工作岗位的流失可能对许多发展中国家造成严重冲击,这需要时间来克服。

发达国家,将从3D印刷中获得最大的影响,越来越老的社会和年龄人口统计学的转变是与生产和劳动力有关的关注。此外,3D印刷医疗使用的健康益处将为一个老化的西方社会提供良好。

07 - 3D打印的好处和价值

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

3D打印的出现已经见证了产品(在数字环境中设计的)的激增,这些产品所涉及的复杂程度是其他任何物理方式都无法生产的。虽然这一优势已经被设计师和艺术家所采用,带来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,应用程序正在被开发,以实现复杂的组件,证明比它们的前辈更轻和更强。在这些问题具有首要重要性的航空航天部门正在出现显著的用途。

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。对于低到中批量应用,工业3D打印——或增材制造——可以消除工具生产的需求,因此,与之相关的成本、交货期和劳动力。这是一个极具吸引力的主张,越来越多的制造商正在利用它。此外,由于上述复杂性优势,产品和组件可以专门设计,以避免具有复杂几何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显示出了巨大的前景,即产品在需要的地方按需求生产,从而消除了巨大的库存和不可持续的物流,将大量产品运往世界各地。

08 - 3D打印应用

这origins of 3D printing in ‘Rapid Prototyping’ were founded on the principles of industrial prototyping as a means of speeding up the earliest stages of product development with a quick and straightforward way of producing prototypes that allows for multiple iterations of a product to arrive more quickly and efficiently at an optimum solution. This saves time and money at the outset of the entire product development process and ensures confidence ahead of production tooling.

原型制作可能仍然是当今3D打印最大的应用,尽管有时被忽视。

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。

在所有这些广谱应用中,工业3D打印极大地受益于工业垂直市场,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打印技术正在用于多个不同的应用程序。除了制作原型以支持医疗和牙科行业的新产品开发之外,还用于制造牙科冠的下游金属铸件的模式,以及在制造塑料真空以制造牙齿对齐器的工具中的制造模式.该技术也有利于直接制造股票和膝关节植入物,如患者特定产品,如助听器,鞋类的矫形器,用于患有疾病的患者的耳机,个性化的假肢和一次性植入物如骨关节炎,骨质疏松症和癌症以及事故和创伤受害者。3D用于特定操作的印刷外科指南也是一个新兴应用程序,这些应用程序是在他们的工作和患者恢复期间的辅助外科医生。技术也正在为皮肤,骨,组织,药品甚至人体器官的3D印刷开发。然而,这些技术在很大程度上仍然远离商业化。

航空航天

与医疗领域一样,航空航天领域以最早的形式为3D印刷技术的早期采用,以便产品开发和原型。这些公司通常与学术和研究机构合作,一直在锐利的结束或推动制造应用技术的界限。

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。

首饰

传统上,珠宝的设计和制造过程始终需要高水平的专业知识和知识,涉及特定学科,包括制造,制造,铸造,电镀,锻造,银/金摩擦,石材切割,雕刻和抛光。这些学科中的每一个都在发展多年来,每个人都需要在适用于珠宝制造时的技术知识。只是一个例子是投资铸造 - 这一起源可以追溯到4000多年。

对于珠宝部门,3D印刷已被证明特别破坏性。有很多兴趣 - 和吸收 - 基于3D打印如何,并将有助于这行业的进一步发展。从3D CAD和3D打印使新的设计自由,通过改善珠宝生产的传统工艺一直来指导3D印刷生产消除了许多传统步骤,3D打印已经 - 并继续拥有 - 对这一部门的巨大影响。

艺术/设计/雕塑

艺术家和雕塑家在无数的不同方式中与3D打印进行了探索形式和功能以先前不可能探索。无论是纯粹找到新的原始表达还是从旧大师那里学习,这是一个带来的高度收费的部门,越来越多地找到了使用3D打印和向世界引入结果的新方法。有许多艺术家现在通过专门与3D建模,3D扫描和3D打印技术一起工作,为自己创造了名称。

  • 约书亚·霍克
  • Dizingof
  • Jessica Rosenkrantz神经系统
  • Pia Hinze
  • 尼克ervinck.
  • 莱昂内尔院长
  • 还有许多人。

然而,3D扫描与3D打印的结合也给艺术世界带来了一个新的维度,因为艺术家和学生现在有了一种经过验证的方法,可以复制过去大师的作品,并为近距离研究创造精确的古代(和更近的)雕塑复制品——否则他们永远无法亲自接触的艺术作品。在这方面,Cosmo Wenman的工作尤其具有启发性。

建筑学

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。

时尚

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打印的鞋子、头饰、帽子和包等配饰都登上了全球t台。一些更有远见的时装设计师已经证明了这项技术在高级定制时装方面的能力——连衣裙、披肩、长裙,甚至一些内衣已经在世界各地的不同时尚场所首次亮相。

作为这方面的先驱,艾里斯·范·荷本应该特别提一下。她以巴黎和米兰的t台为模特,制作了许多系列服装,这些服装结合了3D打印技术,打破了时尚设计中不再适用的“常规规则”。许多人追随并继续追随她的脚步,结果往往是完全原创的。

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。

初始的Forays进入3D印刷食物含有巧克力和糖,这些发展仍在继续采用特定的3D打印机击中市场。一些其他早期的食物实验,包括在细胞蛋白质水平的“肉”的3D印刷。最近意大利面是另一种正在研究3D印刷食物的食物组。

展望未来,3D打印也被认为是一种完整的食物制备方法,一种全面、健康的营养平衡方法。

消费者

3D打印供应商的圣杯是消费者3D打印。关于这是否是一个可行的未来,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,消费者的理解很低。大型3D打印公司如3D Systems和Makerbot (Stratasys的子公司)在这个方向上取得了进展,他们试图使3D打印过程和辅助组件(软件、数字内容等)更容易使用和友好。目前,大街上的人可以通过三种主要方式与3D打印技术进行消费产品的互动:

  • 设计+打印
  • 选择+打印
  • 选择+ 3D打印服务履行

09 -术语表

3dp.3 d打印技术

ABS.丙烯腈丁二烯苯乙烯

添加剂制造

CAD / CAM计算机辅助设计/计算机辅助制造

CAE电脑辅助工程

DLP数字光处理

DMD直接金属沉积

摘要直接金属激光烧结

ebm.电子束熔化

伊娃乙烯醋酸乙烯酯

FDM.熔融沉积模型(Stratasys商标)

FFF成形技术

镜头激光工程成网(SNL商标,Optomec授权)

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 Systems的注册商标)

STL / .stl立体Lithograpic