免费初学者指南

欢迎来到3DPI 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,我们都很高兴您的来访。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。但通过这份指南,我们将深入了解3D打印的历史和现实——流程、材料和应用——以及它的发展方向。我们希望您会发现这是最全面的3D打印资源之一,无论您的技能水平如何,这里将有大量的满足您的需求。

你准备好了吗?让我们开始吧 !

01 - 3D打印基础知识

3D打印 - 也称为增材制造 - 被引用在金融时报和其他来源可能比互联网更大。有些人相信这是真的。许多人呼吁,这是围绕这个令人振奋的技术领域中存在的非凡炒作的一部分。那么,什么是真正的3D打印,谁通常使用的3D打印机什么?

概述

3D打印这个术语涵盖了a流程和技术的主机,提供的功能,用于在不同的生产零件和产品的全谱材料。从本质上讲,所有这些工艺和技术的共同之处在于,生产是在一层一层的叠加过程中进行的,这与涉及减法或模压/铸造过程的传统生产方法不同。应用程序随着3D打印技术继续更广泛、更深入地渗透到工业、制造和消费领域,这种趋势只会加剧。该技术领域的大多数知名评论员都认为,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,为您带来这一激动人心的领域的所有最新消息、观点、工艺发展和应用。这篇概述性的文章旨在为3DPI的读者提供一个关于3D打印的可靠的背景知识(技术、工艺和材料),它历史、应用领域和好处

简介 - 什么是3D打印?

3D打印是一种将三维数字模型制作成物理物体的过程,通常是通过连续多层的薄层材料来完成的。它通过添加一层一层的材料,将数字对象(它的CAD表示)带入物理形式。

3D打印对象有几种不同的技术。3D打印带来了两项基本创新:对数字格式物体的操作,以及通过添加材料制造出新的形状。

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。想想灯泡、蒸汽机,或者更近一些的汽车和飞机,更别提万维网的兴起和发展了。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,才能让这项技术真正的颠覆性变得明显。

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。3D打印现在已经覆盖了许多电视频道,主流报纸和在线资源。有人声称3D打印将终结我们所熟知的传统制造业,彻底改变设计,并对我们的日常生活带来地缘政治、经济、社会、人口、环境和安全方面的影响。

背后3D打印最基本的,差异化的原则是,它是一种添加剂制造工艺。这的确是关键,因为3D打印是基于先进的技术完全不同的制造方法,在亚毫米规模积聚部分,累加,在层。这是其他任何现有的传统制造技术有着根本的不同。

传统制造业有许多局限性,它广泛建立在人工劳动和手工制造的意识形态基础上,这可以追溯到法语中“制造”一词的词源。然而,制造业的世界已经发生了变化,机械加工、铸造、成型和模具等自动化过程(相对而言)都是新的、复杂的过程,需要机器、计算机和机器人技术。

然而,这些技术无论是实现最终产品本身,还是生产用于铸造或模压过程的工具,都需要从更大的块中减去材料,这是整个制造过程中一个严重的限制。

对于许多应用来说,传统的设计和生产过程带来了许多不可接受的限制,包括上面提到的昂贵的工装、夹具和复杂零件的装配需求。此外,减法制造过程,如机械加工,可能导致高达90%的原始材料块被浪费。相比之下,3D打印是一种直接创建对象的过程,根据所使用的技术,通过各种方式一层一层地添加材料。简化3D打印背后的理念,对于那些仍然试图理解这个概念的人(还有很多人)来说,它可以被比作自动用乐高积木建造东西的过程。

3D打印是一个有利的技术,以前所未有的设计自由度,鼓励和推动创新,同时免工具的过程,降低高昂的成本和交货时间。组件可以被特别设计以避免与复杂的几何形状和在不增加成本创建复杂的功能组件的要求。三维打印也正在成为一种高能效的技术,可以同时在制造工艺本身方面提供环境的效率,利用多达标准材料的90%,以及在整个产品的工作寿命,通过更轻,更强的设计。

近年来,3D打印已经超越了工业原型和制造过程,因为这项技术已经变得更容易被小公司甚至个人使用。由于拥有一台3D打印机的规模和经济效益,曾经是大型跨国公司的领域,较小的(性能较差的)3D打印机现在可以在1000美元以下购买。

这为更广泛的受众打开了技术大门,并且随着各方面的指数级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出现。

02 -3D打印的历史

最早的3D打印技术出现在20世纪80年代末,当时它们被称为快速原型(RP)技术。这是因为该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。值得一提的是,RP技术的第一个专利申请是1980年5月由一个小玉玉博士在日本提出的。不幸的是,对于Kodama博士来说,完整的专利说明书在申请后的一年期限之前没有提交,考虑到他是一个专利律师,这是非常灾难性的!实际上,3D打印的起源可以追溯到1986年,第一个专利是立体平版印刷术(SLA)。这项专利属于一个人查尔斯·赫尔(夹头)他在1983年首次发明了他的SLA机器。赫尔还与人共同创立了3D系统公司,这是目前3D打印领域规模最大、产量最大的公司之一。

3D Systems’ first commercial RP system, the SLA-1, was introduced in 1987 and following rigorous testing the first of these system was sold in 1988. As is fairly typical with new technology, while SLA can claim to be the first past the starting post, it was not the only RP technology in development at this time, for, in 1987,卡尔·迪卡他在美国申请了选择性激光烧结(SLS) RP工艺的专利。这项专利于1989年发布,随后SLS被授权给DTM公司,DTM公司后来被3D Systems公司收购斯科特嘎吱声,Stratasys公司公司的联合创始人申请了熔融沉积成型(FDM)专利 - 这仍然是由该公司今天召开的专有技术,但也受到许多入门级机器的使用过程的基础上,开源的RepRap模型,今天是多产。在FDM专利颁发给Stratasys公司于1992年在欧洲,1989年也看到了EOS股份有限公司在德国的形成,通过成立汉斯·兰格。用SL过程调情后,EOS” R&d焦点沉重放置在激光烧结(LS)方法,其继续从强度去强度。今天,EOS系统在世界各地公认的质量输出3D打印的工业样机和生产应用。EOS售出第一“音响”系统在1990年该公司的直接金属激光烧结(DMLS)过程导致从与伊莱克斯芬兰的一个部门,后来由EOS获取的初始项目。

其他3 d打印技术和过程也出现在这些年中,即弹道粒子制造(BPM)最初由威廉专利大师,叠层对象制造(LOM)最初由迈克尔Feygin专利,坚实的基础治疗(国网公司)最初由Itzchak专利Pomerantz et al,三维打印的(3 dp)最初由伊曼纽尔专利(goldman Sachs)等。因此,上世纪90年代初,RP市场上的竞争公司越来越多,但如今只有三家原厂存在——3D Systems、EOS和Stratasys。

在整个20世纪90年代和20世纪初,大量的新技术继续被引进,仍然完全集中在工业应用上,而他们仍然主要是原型应用的过程,研发也被更先进的技术供应商进行具体的工具,铸造和直接制造应用。这就出现了新的术语,即快速模具(RT)、快速铸造和快速制造(RM)。

在商业运作方面,桑德斯原型(后来Solidscape)和ZCorporation于1996年成立,雅骏成立于1997年,Objet公司的几何结构在1998年推出,MCP技术(成立的真空浇注OEM)推出的SLM技术在2000年,EnvisionTec成立于2002年,ExOne成立于2005年作为分拆从趋宏公司和西亚基公司基于其专有的电子束焊接技术开拓其自己的添加剂的过程。这些公司都担任膨胀跨运营于全球市场的西方公司的行列。该术语也演变与制造应用的增殖和接受的总称所有进程的是添加剂制造(AM)。值得注意的是,有发生在东半球许多平行发展。然而,这些技术,而显著自己和享受一些当地的成功,并没有真正在当时影响全球市场。

在头十年中期,该行业开始显示出明显的多元化的迹象与被更加明确地界定今天强调两个具体领域。首先,有3D打印,还是很昂贵的系统,将其面向部分朝生产高价值的,高度工程,复杂的零件的高端。这是仍在进行 - 和不断增长 - 但结果现在才真正开始成为横跨航空航天,汽车,医疗和珠宝首饰行业的生产应用程序可见,随着岁月的R&d和资格的,现在回报。一个伟大的交易仍然闭门造车和/或在非披露协议(NDA)。在光谱的另一端,一些3D打印系统制造商正在开发和推进“的概念建模者”,因为他们在当时叫。具体地,这些是三维打印机,保持了注重改善概念开发和功能原型,即正在专门开发作为按职位和用户友好的,具有成本效益的系统。前奏到今天的台式机。然而,这些系统都还非常适合工业应用。

回头看,这真是暴风雨前的平静。

在低端市场——3D打印机如今被视为中档产品——一场价格战伴随着打印精度、速度和材料的不断提高而爆发。

2007年,市场上看到下$ 10,000的第一个系统的3D系统,但是这从来没有完全切中要害,这是应该。这部分是由于系统本身,还包括其他市场的影响。当时的制胜法宝是让在$ 5000三维打印机 - 这被许多业内人士,用户和评论家视为关键,开放的3D打印技术,更广泛的观众。对于很多当年,备受瞩目的桌面工厂的到来 - 这许多人预测将是制胜法宝的实现 - 被标榜为一个观看。它石沉大海作为该组织在运行动摇达产。桌面工厂及其领导人,卡西·刘易斯,2008年被收购,与IP一起,通过3D系统,而且几乎消失了。事实证明,虽然,2007年实际上是做了标记为可访问的3D打印技术的拐点年 - 尽管很少在当时意识到 - 作为的RepRap现象扎下了根。鲍耶博士设想一个开源的,自我复制的3D打印机,早在2004年的RepRap概念,种子在接下来的几年中在巴斯,最值得注意的是维克奥利弗和里斯·琼斯,谁开发发芽一些重猛击他的团队通过使用沉积工艺三维打印机的工作原型的概念。2007年是嫩枝开始显示出经过一年这个胚胎,开源的3D打印开始获得知名度的运动。

但直到2009年1月,第一部基于RepRap概念的成套3D打印机才上市销售。这是BfB的RapMan 3D打印机。同年4月,紧随其后的是Makerbot Industries,其创始人一直大力参与RepRap的开发,直到他们在大量投资后脱离了开源理念。自2009年以来,许多类似的沉积打印机已经出现了边际独特卖点(USPs),他们继续这样做。有趣的是,虽然RepRap现象催生了一个全新的商业、入门级3D打印机领域,但RepRap社区的精神都是关于3D打印的开源发展和保持商业化。

2012年,替代的3D打印工艺被引入市场的入门级。B9Creator(利用了DLP技术)在6月份最先出现,随后是Form 1(利用了立体平版印刷术)在12月份出现。它们都是通过Kickstarter网站推出的,都获得了巨大的成功。

随着市场分歧的结果,在产业层次与功能和应用,为越来越多的制造商运动急剧增加的意识和吸收显著的进步,2012也是许多不同的主流媒体渠道上的技术拿起一年。2013是显著增长和整合的一年。其中最显着的移动是通过Stratasys公司收购Makerbot的。

被誉为第二,第三,有时甚至是第四次工业革命,不可否认的是,3D打印正在对工业部门的影响和巨大的潜力,3D打印正在为未来的消费者展示。这种潜力将以何种形式展现在我们面前。

03 - 3D打印技术

对于任何3D打印过程的出发点是3D数字模型,可使用各种3D软件程序来创建 - 在工业,这是3D CAD,对制造商和消费者有更简单,更方便的程序可用 - 或者用扫描3D扫描仪。该模型然后“切片”成层,从而由3D打印机设计转换成一个文件的可读性。由3D打印机所处理的材料然后根据设计和过程分层。如上所述,有许多不同类型的3D印刷技术,该处理器处理以不同的方式来创建最终对象不同的材料。功能性塑料,金属,陶瓷和沙子,现在,所有的常规用于工业原型设计和生产应用。研究也被用于3D打印生物材料和不同类型的食物进行。一般来说,虽然,在市场上的入门级,材料要有限得多。塑料是目前唯一广泛使用的材料 - 通常采用ABS或PLA,但也有越来越多的替代品,包括尼龙。也有越来越多的已被应用于食品,如糖和巧克力入门级的机器。

这个怎么运作

不同类型的3D打印机每一种都使用不同的技术处理不同的材料以不同的方式。在材料和应用方面 - - 了解3D打印的最基本的限制是一个很重要的是,没有“通用解决方案”。例如,一些三维打印机处理粉末材料(尼龙,塑料,陶瓷,金属),其在所定义的形状一起利用光/热源到粉末的烧结/熔融/熔丝层。其他处理聚合物树脂材料,并再次利用光/激光凝固在超薄层中的树脂。微小液滴的喷射是另一种三维印刷过程中,令人联想起2D喷墨印刷的,但具有优越的材料,以油墨和粘结剂以固定层。也许最常见的和容易识别过程是沉积,这是通过多数入门级3D打印机所采用的过程。这个过程压出塑料,通常PLA或ABS,在长丝形式通过加热的挤出机中以形成层,并创建预定的形状。

因为零件可以直接打印出来,所以就有可能生产出非常精细和复杂的产品,这些产品通常具有内置的功能,无需装配。

然而,另一个需要强调的重要一点是,目前没有一个3D打印过程是即插即用的。在按下打印前有很多步骤,而且零件从打印机上脱落后还有很多步骤,这些都经常被忽略。除了3D打印的实际设计需要大量的时间之外,文件的准备和转换也非常耗时和复杂,特别是在构建过程中需要复杂支持的部分。但这些功能的软件也在不断更新和升级,情况正在改善。此外,一旦脱离打印机,许多部件将需要进行精加工。对于需要支持的流程来说,移除支持是显而易见的,但是其他的包括磨砂、喷漆、油漆或其他类型的传统最后润色,这些通常都需要手工完成,并且需要技能、时间和耐心。

04 - 3D印刷工艺

立体光刻

立体光刻(SL)被广泛认为是第一3D印刷工艺;它肯定是要商业化的第一个。SL是基于激光的方法,与光聚合物树脂的行为,与激光器和固化反应以形成在制造非常精确的零件非常精确的方式为固体。这是一个复杂的过程,但简单地说,光聚合物树脂与移动平台内一大桶举行。的激光束根据提供给所述机器(该.STL文件),使树脂硬化恰恰是激光打表面3D数据指向穿过树脂的表面上的X-Y轴。一旦该层完成后,缸内的平台由一小部分(沿Z轴)下落和随后的层被激光描绘出。这样继续下去,直到整个对象完成,该平台可在增值税去除提高了。

由于SL流程的性质,它需要为某些部件提供支持结构,特别是那些有悬挑或凹边的部件。这些结构需要手动移除。

在其他后处理步骤中,很多使用SL 3D打印的物体需要清洗和固化。固化包括在一个像烤箱一样的机器中对强光照射以使树脂完全硬化。

立体平版印刷通常接受为具有优良的表面光洁度的最精确的三维印刷方法中的一个。然而限制因素包括所需的后处理步骤和材料随着时间的推移,其可以变得更脆的稳定性。

DLP

DLP - 或数字光处理 - 是一个相似的过程,立体的,因为它是一个3D打印过程中使用光敏聚合物的作品。主要的区别在于光源。DLP使用更传统的光源,例如弧光灯,具有液晶显示面板或可变形的反射镜装置(DMD),其被施加到光聚合物树脂的大桶的整个表面在单次通过,通常使其比SL快。

另外像SL,DLP产生具有优异的分辨率非常精确的零件,但其相似之处还包括支持结构和后期养护同样的要求。然而,DLP超过SL的一个优点是,只有树脂的浅表大桶需要,以促进该过程,这通常导致更少的浪费和降低运行成本。

激光烧结/激光熔化

激光烧结和激光熔化是指基于激光的三维印刷工艺可互换的术语,与粉末材料的作品。激光跨紧密压实粉状材料的粉末床追查,根据馈送到机器的三维数据,在X-Y轴。正如与粉末材料的表面上的激光相互作用它烧结,或保险丝,粒子彼此形成固体。随着每个层完成粉末床逐渐下降和辊之前的激光的下传床的表面上平滑粉末为要形成的后续层,并与先前层熔融。

构造腔完全密封,因为它是必要的过程特定于所选择的粉末材料的熔点期间保持精确的温度。一旦完成,整个粉末床从机器上移除,并且可以除去过量的粉末离开“印刷”的部件。一个的这个过程的主要优点是,粉末床用作过程中的支撑结构为无法以任何其他方式来制造悬和底切,因此复杂的形状是可能的这一过程。

然而,不利的一面是,由于激光烧结所需的高温,冷却时间可以相当可观。此外,多孔性一直是这一工艺的一个历史问题,虽然在完全致密的零件上已经有了显著的改进,但一些应用仍然需要用其他材料渗透来改善机械特性。

激光烧结可以加工塑料和金属材料,尽管金属烧结需要更高的功率激光器和更高的工艺温度。虽然表面光洁度和精度一般不是很好,但用这种工艺生产的零件比用SL或DLP生产的强度大得多。

挤压/ FDM / FFF

3D印刷使用的热塑性材料的挤出是容易最常见的 - 的和可识别 - 3DP过程。该过程的最流行的名字是熔融沉积成型(FDM),由于它的寿命,但是这是一个商品名称,由Stratasys公司,公司最初开发它注册。自1990年代初Stratasys公司FDM技术已经出现了,今天是工业级的3D打印过程。然而,自2009年以来已出现入门级3D打印机的增殖很大程度上利用类似的过程中,通常被称为自由成形制造(FFF),但在一个更基本的形式,由于通过专利的Stratasys仍然保持。最早的RepRap机器和所有后续演进 - 开源和商业 - 采用挤压方法。然而,以下Stratasys公司对Afinia专利侵权立案由于所有这些机器都有可能成为Stratasys专利侵权事件的导火索,入门级终端市场目前将如何发展仍是个问号。

根据提供给打印机的3D数据,通过加热挤压机一次熔敷一层塑料长丝,将其熔敷到一个构建平台上。每一层都在沉积时变硬,并与前一层结合。

Stratasys公司已经开发了一系列的专有工业级材料其FDM过程适合于一些生产应用。在市场的入门级结束,材料较为有限,但幅度越来越大。对于入门级FFF 3D打印机最常见的材料是ABS和PLA。

FDM/FFF流程需要支持任何具有悬垂几何图形的应用程序的结构。对于FDM来说,这需要第二种水溶性材料,一旦打印完成,支撑结构就可以相对容易地被冲走。或者,分离支撑材料也是可能的,可以通过手动将它们从部件上撕下来。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,双挤压头已经不再是问题。

就生产的模型而言,Stratasys的FDM过程是一个准确可靠的过程,相对适合办公/工作室,尽管可能需要大量的后处理。在初级阶段,正如预期的那样,FFF过程产生的模型要少得多,但是情况在不断改进。

对于某些零件几何形状,加工过程可能会很慢,层与层之间的粘合可能会造成问题,导致零件不是防水的。同样,使用丙酮的后处理可以解决这些问题。

喷墨

有两种使用喷射技术的3D打印过程。

粘合剂喷射:被喷射的材料是粘合剂,并有选择地喷入部分材料的粉末床,一次将其熔合一层,以创建/打印所需的部分。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,此过程的优点包括,无需支持,因为粉末床本身提供了此功能。此外,可以使用一系列不同的材料,包括陶瓷和食品。该工艺的另一个独特的优势是能够轻松地添加一个完整的调色板,可以添加到活页夹。

然而,直接由机器产生的零件,没有烧结过程那么坚固,需要后处理以确保耐用性。

材料喷射:一种3D打印工艺,将实际的建造材料(液态或熔融状态)有选择地通过多个喷嘴喷射(其他喷嘴同时喷射支撑材料)。然而,材料往往是液体光聚合物,它是固化通过紫外光作为每层淀积。

该产品的特性允许同时沉积一系列材料,这意味着单个零件可以由具有不同特性和性能的多种材料生产。材料喷射是一种非常精确的3D打印方法,生产精确的零件与非常光滑的抛光。

选择性沉积层压(SDL)

SDL是通过Mcor技术开发和制造一个专有的三维印刷工艺。有一种诱惑,比较与分层实体制造(LOM)通过Helisys在1990年的发展过程这个过程由于分层和成形纸,以形成最终的部分相似之处。然而,这是其中任何相似的端部。

SDL 3D打印工艺使用标准复印纸逐层打印零件。根据提供给机器的3D数据,有选择地使用粘合剂将每一层新层固定在前一层上。这意味着在将成为零件的区域沉积了密度高得多的粘合剂,而在用作支撑的周围区域涂上密度低得多的粘合剂,确保相对容易的“除草”或去除支撑。

一张新的薄片被送入从所述供纸机构的三维打印机后并放置在前面的层上选择性地施加粘合剂的顶部,构建板向上移动到一个热板,并施加压力。这个压力确保的两张纸之间的正键。构建板然后返回到生成高度,其中可调节的钨硬质合金刀片切割一次一张纸,描图纸对象轮廓来创建部分的边缘。当这个切割的序列是完整的,三维打印机沉积物粘合剂的下一层,等等,直到该部件完成。

SDL是极少数能够使用CYMK调色板生产全彩3D打印部件的3D打印过程之一。而且因为这些部件是标准纸张,不需要后处理,所以它们是完全安全和环保的。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被限制在原料的大小。

EBM

电子束熔炼3D打印技术是由瑞典公司的Arcam开发的专有工艺。该金属印刷法是非常相似的直接金属激光烧结(DMLS)工艺中从金属粉末形成部分中的条款。关键区别是热源,其,顾名思义是电子束,而不是激光器,这需要该过程是在真空条件下进行。

EBM具有在各种金属合金制造完全致密的部分,甚至到医用级的能力,并且作为结果的技术中已经特别成功用于在医疗行业的范围内生产的应用,特别是用于植入物。然而,其他高科技行业,如航空和汽车也看了EBM技术制造完成。

05 - 3D印刷材料

自3D打印技术早期以来,可用于3D打印的材料已经走过了漫长的道路。现在有各种各样不同的材料类型,供应在不同的状态(粉末,长丝,颗粒,颗粒,树脂等)。

目前,特定材料通常是为特定平台开发的,用于执行专门的应用(例如牙科部门),其材料特性更适合应用。

然而,现在有太多不同的3D打印机供应商提供的专有材料,无法在这里全部介绍。相反,本文将以更通用的方式查看最流行的材料类型。还有一些非常突出的材料。

塑料

尼龙或聚酰胺,以粉末形式常用与烧结过程中或在与FDM处理长丝形式。这是一个已被证明可靠三维打印一种强韧的柔性和耐用的塑料材料。它的颜色是自然白皙,但它可以是彩色的 - 前或后打印。这种材料也可以被组合(以粉末形式)与粉末状铝以产生另一种常见的三维印刷材料烧结 - Alumide。

ABS是用于3D打印的另一种常见塑料,广泛用于入门级FDM 3D打印机的灯丝形式。它是一种特别坚固的塑料,有各种各样的颜色。ABS可以从许多非propreitary来源购买到灯丝形式的ABS,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,因为这个原因,它在3D打印中获得了吸引力。它可以用于DLP/SL工艺的树脂格式,也可以用于FDM工艺的长丝形式。它提供多种颜色,包括透明,这已证明是一个有用的选择,为一些应用的3D打印。然而,它不像ABS那样耐用或灵活。

LayWood是一种专门为入门级挤压3D打印机开发的3D打印材料。它以长丝的形式出现,是一种木材/聚合物复合材料(也被称为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的衍生物。

用于3D打印的最坚固的金属之一是粉末不锈钢,用于烧结/熔化/EBM工艺。它是天然的银,但可以与其他材料镀以金或青铜的效果。

在过去几年黄金和白银都被添加到可以直接3D打印机,与整个珠宝行业明显应用的金属材料的范围。这些都非常坚固的材料和以粉末形式加工。

钛是最坚固的金属材料之一,已经在3D打印工业应用中使用了一段时间。以粉末形式供应,可用于烧结/熔化/EBM工艺。

陶瓷

陶瓷是一种相对较新的材料,可用于3D打印,并取得不同程度的成功。这些材料需要特别注意的是,在印刷后,陶瓷零件需要经过与任何用传统方法生产的陶瓷零件相同的工艺,即烧成和上釉。

标准A4复印纸是由Mcor Technologies提供专有的SDL过程中采用的三维打印材料。本公司经营显着不同的商业模式,其他3D打印厂商,因此本机的资本支出处于中档,但重点是非常的容易获得,具有成本效益的材料供应,可以在当地购买。与纸制作的3D打印模型是安全,环保,易于回收,并且不需要后处理。

生物材料

3D打印生物材料在医学(和其他)领域的应用潜力正在进行大量的研究。一些主要机构正在研究活体组织,以期开发应用,包括打印用于移植的人体器官,以及打印用于替代人体器官的外部组织。这一领域的其他研究集中在开发食品原料上——肉类就是最好的例子。

食物

在过去的几年里,用挤压机进行3D打印食品物质的实验急剧增加。巧克力是最常见的(也是最受欢迎的)。还有一些打印机可以用糖和意大利面和肉做实验。展望未来,研究正在进行中,利用3D打印技术生产精细平衡的全膳食。

其他

最后,一个公司,确实有独特的(专有)材料产品是Stratasys公司,与该Connex公司的Objet三维打印平台的数字资料。本次发行装置,其标准的Objet 3D印刷材料可在打印过程中被组合 - 在不同的和特定的浓度 - 以形成具有所需性质的新材料。多达140层不同的数字的材料可以从现有的主材料以不同的方式相结合来实现。

06 - 三维打印全局效果

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——这项技术的本质允许人们从社会、经济、环境和安全等方面对制造过程的影响进行新的思考,并取得普遍有利的结果。

其中的这句话背后的关键因素是三维打印,使生产更接近最终用户和/或需求,从而降低了现有的供应链限制的潜力。3D打印和需求生产小批量的生产的能力的定制值是一个肯定的方式来吸引消费者,降低或取消库存,库存堆积 - 类似亚马逊如何经营业务的东西。

从世界的一个地方到另一个地方运送备件和产品可能会被淘汰,因为备件可能是现场3D打印的。这将对未来全球范围内大小企业、军队和消费者的运营和互动产生重大影响。许多人的最终目标是让消费者在家里或社区内操作自己的3D打印机,这样任何(可定制的)产品的数字设计都可以通过互联网下载,并可以发送到打印机,其中装载了正确的材料。目前,有一些关于这是否会发生的争论,甚至更激烈的争论它可能发生的时间框架。

3D打印技术的广泛应用可能会导致许多已经发明的产品被重新发明,当然,还有更多的全新产品。今天,以前不可能的形状和几何图形可以用3D打印机创建,但旅程真的才刚刚开始。许多人认为,3D打印在促进创新和带回本地制造业方面具有巨大潜力。

对全球经济的潜在影响

采用3D打印技术对全球经济的潜在影响,如果采用了世界各地。生产和销售的从当前模型的本地化生产基于按需的转变,在现场,定制生产模式可能减少出口和进口国之间的不平衡。

3D打印将有潜力创造新的产业和全新的职业,如与3D打印机生产相关的那些。围绕3D打印的专业服务存在机遇,从新型产品设计师、打印机运营商、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材料和其他当地材料降低了制造成本,但制造业就业机会的丧失可能对许多发展中国家造成严重打击,这需要时间来克服。

发达世界,或许会受益于3D打印,其中年龄人口的日益老龄化社会和转变是关系到生产和工作压力的关注最多。另外,医疗用3D打印的对健康的益处将满足以及老龄化的西方社会。

07 - 三维打印优点和价值

3D打印,无论是在工业,地方或个人层面上,带来的好处主机制造(或样机)的传统方法根本无法。

定制

3D打印过程允许大规模定制——根据个人需求和要求个性化产品的能力。即使在相同的建造室,3D打印的性质意味着可以同时根据终端用户的要求制造大量的产品,而不需要额外的工艺成本。

复杂

3D打印的出现已经看到的产品(在数字环境设计),其中涉及到根本无法在物理上以任何其他方式产生的复杂程度的激增。虽然这种优势已经采取了由设计师和艺术家,以令人印​​象深刻的视觉效果,也取得了工业应用,因此应用程序正在开发中兑现复杂的组件,它们被证明是既比他们的前辈更轻,更强的一个显著的影响。值得注意的用途出现在航空航天领域,其中这些问题是最重要的。

免工具

对于工业制造来说,产品开发过程中成本、时间和劳力最密集的阶段之一就是工具的生产。对于中低批量应用,工业3D打印(或增材制造)可以消除工具生产的需求,从而降低与之相关的成本、交货时间和劳动力。这是一个极具吸引力的主张,越来越多的制造商正在利用这一点。此外,由于上述的复杂性优势,产品和组件可以专门设计,以避免复杂的几何形状和复杂特征的装配要求,进一步消除与装配过程有关的劳动力和成本。

可持续/环保

3 d印刷也成为一种节能的技术,可以提供环境效率方面的制造过程本身,利用90%的标准材料,因此,产生更少的浪费,而且在一个加法制造产品的使用寿命,通过更轻、更强的设计,减少碳足迹与传统制造产品。

此外,3D打印在实现本地制造模式方面显示出了巨大的潜力,即在需要产品的地方按需生产产品,从而消除了大量库存和向世界各地运输大量产品时不可持续的物流。

08 - 3D打印应用程序

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。这在整个产品开发过程的开始阶段节省了时间和金钱,并确保了在生产工具之前的信心。

原型仍可能是最大的,尽管有时会被忽视,如今3D的应用程序进行打印。

自3D打印原型出现以来,工艺和材料的发展和改进,见证了这些工艺在产品开发过程链的进一步应用。利用不同工艺的优点开发了模具和铸造应用。同样,这些应用程序在工业部门中被越来越多地使用和采用。

对于最终的制造操作也是如此,改进正在继续促进采用。

工业垂直市场从所有这些广泛应用的工业3D打印中获益良多,以下是基本的细分:

医疗及牙科

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打印技术被用于许多不同的应用。除了制造原型以支持医疗和牙科行业的新产品开发外,该技术还用于制造下游牙冠金属铸造的模式,以及用于制造用于制造牙科对准器的塑料真空成型工具。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,以及事故和创伤的受害者。针对特定手术的3D打印手术指南也是一种新兴应用,有助于外科医生的工作和患者的康复。皮肤、骨骼、组织、药物甚至人体器官的3D打印技术也正在开发中。然而,这些技术离商业化还有几十年的时间。

航空航天

像医疗领域,航空航天领域是三维打印技术的早期采用者在产品开发和原型他们最早的形式。这些公司,通常与学术和研究机构共同合作,一直处于尖锐端方面或推动技术边界制造应用。

由于飞机开发的关键性质,研发是苛刻的和艰苦的,标准是关键的,工业级3D打印系统通过他们的能力。工艺和材料开发已经为航空航天领域开发了许多关键应用,而一些非关键部件已经可以在飞机上随时飞行。

高知名度的用户包括通用电气/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都采取了现实的方法来处理他们现在正在做的技术,其中大部分是研发,但一些公司确实对未来相当乐观。

汽车

快速原型技术——3D打印最早的化身——的另一个普遍早期采用者是汽车行业。许多汽车公司——尤其是处于赛车运动和F1前沿的汽车公司——都走上了与航空航天公司类似的道路。首先(现在仍是)将这些技术用于原型应用,但要开发和调整它们的制造流程,以将改进材料的好处和汽车零部件的最终结果结合起来。

现在许多汽车公司也在寻找在3D的潜力打印后销售职能履行生产的备件/更换零件方面,需求,而不是抱着巨大的库存。

首饰

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和知识,涉及特定的学科,包括制造、模具制造、铸造、电镀、锻造、银/金锻造、石头切割、雕刻和抛光。这些学科的每一个都经过多年的发展,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。

对于珠宝行业,3D打印已被证明是尤其具有破坏性。还有的极大兴趣 - 和摄取 - 基于三维如何打印可以,而且会,有助于这个行业的进一步发展。从新设计自由度能够通过3D CAD和3D打印,通过改善生产珠宝的所有直接3D打印的生产省去许多传统步骤的方式传统工艺,3D打印已经有了 - 并继续对 - 在这一领域产生了巨大影响。

艺术/设计/雕塑

艺术家和雕塑家正在与3D打印在无数不同的方式探索形式和功能在以前不可能的方式。无论是纯粹地寻找新的原始表达或学习旧的大师,这是一个高度负责的部门,正在越来越多地寻找新的方式与3D打印工作,并将结果介绍给世界。现在有许多艺术家通过专门从事3D建模、3D扫描和3D打印技术而成名。

  • 约书亚·哈克
  • Dizingof
  • 杰西卡在索恩罗森克兰兹神经系统
  • Pia Hinze
  • 尼克Ervinck
  • 莱昂内尔·迪恩
  • 和许多其他人。

3D扫描与三维也印刷相结合的学科带来了新的层面的艺术世界,然而,在艺术家和学生现在有重现过去的主人的工作和创造的精确复制品的行之有效的方法古(更近)雕塑近距离研究 - 艺术作品,他们本来永远都没有机会亲自与互动。科斯莫Wenman的工作是特别启发在这个领域。

体系结构

长期以来,建筑模型一直是3D打印过程的主要应用,用于为建筑师的愿景生成准确的演示模型。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或其他建筑师使用的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(在室内或作为服务)作为其工作流程的一个关键部分,以增加创新和改善沟通。

最近,一些有远见的建筑师正在寻找3D打印作为一个直接的施工方法。研究在许多关于这方面最明显的是拉夫堡大学,轮廓卡夫丁和宇宙结构的组织,正在开展。

时尚

随着3D打印工艺在分辨率和柔性材料方面的改进,一个以实验和夸张声明闻名的行业脱颖而出。我们当然是在谈论时尚!

3D打印配件包括鞋,头片,帽子和包包都取得了在全球走秀他们的方式。有的甚至更有远见的时装设计师已经证明了高科技的高级时装的能力 - 连衣裙,披肩,全长礼服,甚至一些下穿在世界各地的不同时尚的场地已经推出。

艾里什·凡·赫彭应得到特别提及在此背景下的领导先锋。她已经制作了大量藏品 - 仿照巴黎和米兰的时装秀 - 结合了3D打印炸毁“一般规则”不再适用于时装设计。许多人跟着,继续走,在她的脚步,往往与原来的完全结果。

食物

虽然是3D打印的后来者,但食物是一个新兴的应用(和/或3D打印材料),它让人们非常兴奋,并有潜力将这项技术真正带入主流。毕竟,我们所有人,永远都需要吃饭!3D打印正在成为一种准备和展示食物的新方式。

初始进军3D打印食物是巧克力和糖,而这些事态发展继续保持快速增长与特定的3D打印机进入市场。其他一些早期的实验用的食物,包括“肉”在细胞蛋白水平的3D打印。最近,意大利面是正在研究用于3D打印食物另一食品集团。

展望未来3D打印也被视为一个完整的食品制备方法和全面,健康地平衡营养素的一种方式。

消费者

对于3D打印厂商的制胜法宝是消费者对3D打印。有一种普遍的辩论,这是否是一个可行的未来。目前,消费者摄取低,由于与入门级(消费机)存在的可访问性问题。有进展通过诸如3D系统和Makerbot较大的3D印刷企业这个方向做,为Stratasys公司的子公司,因为他们试图让3D印刷工艺和辅助组件(软件,数字内容等),更方便,用户-友好。目前有三种主要方式是在大街上的人可以用3D打印消费类产品的高科技互动:

  • 设计+打印
  • 选择+打印
  • 选择+ 3D打印服务开通

09 - 词汇表

3DP3 d打印技术

腹肌丙烯腈 - 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

EBM电子束融化

伊娃乙烯醋酸乙烯酯

FDM熔融沉积成型(Stratasys公司的商标)

FFF自由曲面加工

镜头激光工程网整形(SNL商标,授权Optomec)

LS激光烧结

中国人民解放军聚乳酸

再保险逆向工程

R M快速制造

RP快速原型

RT快速模具

SL立体光刻

SLA立体平版印刷机(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公司的注册商标)

STL / .stl立体Lithograpic