3D列印技術,是一種以數字模型檔案為基礎,運用粉末狀金屬或塑料等可粘合材料,通過逐層列印的方式來構造物體的技術。3D印表機則出現在上世紀90年代中期,即一種利用光固化和紙層疊等技術的快速成型裝置。它與普通印表機工作原理基本相同,印表機內裝有液體或粉末等“印材料”,與電腦連線後,通過電腦控制把“列印材料”一層層疊加起來,最終把計算機上的藍圖變成實物。如今這一技術在多個領域得到應用,人們用它來製造服裝、建築模型、汽車、巧克力甜品等。比一下網在選購3D印表機時建議考慮以下因素:
列印原理
每一層的列印過程分為兩步,首先在需要成型的區域噴灑一層特殊膠水,膠水液滴本身很小,且不易擴散。然後是噴灑一層均勻的粉末,粉末遇到膠水會迅速固化黏結,而沒有膠水的區域仍保持鬆散狀態。這樣在一層膠水一層粉末的交替下,實體模型將會被“列印”成型,列印完畢後只要掃除鬆散的粉末即可“刨”出模型,而剩餘粉末還可迴圈利用。
列印耗材由傳統的墨水、紙張轉變為膠水、粉末,當然膠水和粉末都是經過處理的特殊材料,不僅對固化反應速度有要求,對於模型強度以及“列印”解析度都有直接影響。3D列印技術能夠實現600dpi解析度,每層厚度只有0.01毫米,即使模型表面有文字或圖片也能夠清晰列印。受到噴列印原理的限制,列印速度勢必不會很快,較先進的產品可以實現每小時25毫米高度的垂直速率,相比早期產品有10倍提升,而且可以利用有色膠水實現彩色列印,色彩深度高達24位。
由於列印精度高,打印出的模型品質自然不錯。除了可以表現出外形曲線上的設計,結構以及運動部件也不在話下。如果用來印表機械裝配圖,齒輪、軸承、拉桿等都可以正常活動,而腔體、溝槽等形態特徵位置準確,甚至可以滿足裝配要求,打印出的實體還可通過打磨、鑽孔、電鍍等方式進一步加工。同時粉末材料不限於砂型材料,還有彈性伸縮、高效能複合、熔模鑄造等其它材料可供選擇。
優點
三維列印技術的魅力在於它不需要在工廠操作,桌面印表機可以打印出小物品,而且,人們可以將其放在辦公室一角、商店甚至房子裡;而自行車車架、汽車方向盤甚至飛機零件等大物品,則需要更大的印表機和更大的放置空間。
3D列印技術最突出的優點是無需機械加工或任何模具,就能直接從計算機圖形資料中生成任何形狀的零件,從而極大地縮短產品的研製週期,提高生產率和降低生產成本。而且,它還可以製造出傳統生產技術無法制造出的外形,讓人們可以更有效地設計出飛機機翼或熱交換器;另外,在具有良好設計概念和設計過程的情況下,三維列印技術還可以簡化生產製造過程,快速有效又廉價地生產出單個物品。
應用發展
人們已經使用該技術打印出了燈罩、身體器官、珠寶、根據球員腳型定製的足球靴、賽車零件、固態電池以及為個人定製的手機、小提琴等,有些人甚至使用該技術製造出了機械裝置。比如,美國麻省理工學院(MIT)的博士生彼得•施密特就打印出了一個類似於祖父輩使用的鐘表的物品。在進行了幾次嘗試之後,他最終用印表機打印出了塑料鐘錶,將其掛在牆上,結果,鍾開始滴答滴答地走動。
三維印表機的應用領域也在隨著技術進步而不斷擴充套件。美國科學家已經研發出了能列印面板、軟骨、骨頭和身體其他器官的三維“生物印表機”。人們還使用三維印表機來製造雕塑並修復雕塑,製造由塑料和聚合物製成的三維物體並打印出了實品。
三維列印技術排除了使用工具加工、機械加工和手工加工,而且改動技術細節的效率極高。在英國,相同的技術被戈登•默裡設計公司用來幫助製造前衛的T.25型城市“生態汽車”,這款汽車已於2010年7月面世。
隸屬於歐洲宇航防務集團(EADS)的一個科研小組正致力於利用此技術打印出飛機的整個機翼。截止2011年3月研究者已使用該技術製造出了飛機起落架的支架和其他飛機零件,其打印出的支架同一只鞋子的大小一樣。
現狀
如今三維列印技術的精度約為0.1毫米,而且印表機本身的售價偏高,不過,隨著技術的進步和成本的降低,一臺普通三維印表機的成本有望比1985年的鐳射印表機還要低。
但生物三維印表機也面臨著諸多挑戰,其中之一是其打印出的物體如何與身體其他器官尤其是大的組織更好地結合,因為任何打印出來的器官或身體組織都需要同身體的血管相連,而這可能非常難實現。一旦克服了這個技術障礙,在未來幾十年內,生物列印技術將成為一項標準技術。
國內發展
3D列印技術雖然在部份國家或地區非常火爆,但是它距離大規模步入桌面端還有很大距離,主要原因還是價格因素的影響,制約著它的普及程序。
3D列印的魅力是非常大的,它吸引著我們把目光及注意力不斷投入它的身上。但是與它給我們的吸引力相反的是,3D印表機距離普及還有非常長的路要走。制約3D列印普及的原因很簡單,主要是價格太貴,不適合桌面端推廣,即使它非常熱門。
業內人士表示,小型桌面3D印表機已經變得很便宜了,售價大概為1.8萬元。不過便宜也是相對而言,對桌面裝置來說,1.8萬對於普通大眾階層還是過於偏高,並且的它的成品率也並不能保證是百分之百的成功,有一定良品率限制,列印材料不光種類少,價格也相對較貴。此外,3D印表機列印速度是還是相對比較慢,和成熟的工業流水線生產相比,不具優勢。
同時,專家認為,3D列印創造了很多新的機會。小批量製造和個性化產品製造已經成為生意。而且,網際網路與3D列印跨界組合將產生更多創新和創業機會。展望未來,3D列印將讓製造業供應鏈鏈條縮短,使得設計、列印、物流更好的整合。