3d打印：能打印出实体的打印机

zhjw666 · 发表于 2007-5-28 15:13:46

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3d打印：能打印出实体的打印机
在sw的菜单“文件”下有个“3d打印”，这是个什么功能呢？这个就是将你的模型打印成实体的东西。
下面我们先看看用“3d打印机”打印出的成果：

以上这些东西全是在三维软件中建好模型，然后通过“3d打印”而快速成型的产品。
　　出现在科幻片中的3D打印机一直是设计工作者梦寐以求的，尽管类似产品早已应用在地理勘察、侦测领域，但昂贵的价格、简易的功能限制了其广泛应用。后来随着CAD、CAM技术的飞速发展，以及市场需求的变化，工业设计、柔性制造越来越多的影响到产品周期，能否快速推出新产品直接着厂商的生存状况。因此3D打印机开始受到广泛关注，包括手机、运动鞋、甚至是3D电影行业都对3D打印机极为推崇。
　　所谓3D打印机就是可以“打印”出真实3D物体的一种设备，功能上与激光成型技术一样，采用分层加工、迭加成形，即通过逐层增加材料来生成3D实体，与传统的去除材料加工技术完全不同。称之为“打印机”是参照了其技术原理，因为分层加工的过程与喷墨打印十分相似。

上面这个是美国Z Corporation推出的3D打印机
　　每一层的打印过程分为两步，首先在需要成型的区域喷洒一层特殊胶水，胶水液滴本身很小，且不易扩散。然后是喷洒一层均匀的粉末，粉末遇到胶水会迅速固化黏结，而没有胶水的区域仍保持松散状态。这样在一层胶水一层粉末的交替下，实体模型将会被“打印”成型，打印完毕后只要扫除松散的粉末即可“刨”出模型，而剩余粉末还可循环利用。

　　3D打印机打印过程
　　打印耗材由传统的墨水、纸张转变为胶水、粉末，当然胶水和粉末都是经过处理的特殊材料，不仅对固化反应速度有要求，对于模型强度以及“打印”分辨率都有直接影响。目前的3D打印技术能够实现600dpi分辨率，每层厚度只有0.01毫米，即使模型表面有文字或图片也能够清晰打印。当然受到喷打印原理的限制，打印速度势必不会很快，目前较先进的产品可以实现每小时25毫米高度的垂直速率，相比早期产品有10倍提升，而且可以利用有色胶水实现彩色打印，色彩深度高达24位。
　　由于打印精度高，打印出的模型品质自然不错。除了可以表现出外形曲线上的设计，结构以及运动部件也不在话下。如果用来打印机械装配图，齿轮、轴承、拉杆等都可以正常活动，而腔体、沟槽等形态特征位置准确，甚至可以满足装配要求，打印出的实体还可通过打磨、钻孔、电镀等方式进一步加工。同时粉末材料不限于砂型材料，还有弹性伸缩、高性能复合、熔模铸造等其它材料可供选择。
上世纪90年代，作为参与建立国际空间站的合作方之一，波音公司的工程师们接到的一项任务是，必须制造出50个形状各异的小盒子。由于时间紧迫，而利用传统膜塑方法来制造大约需要9个月，研究人员于是走了捷径。他们利用当时一项名为快速成型（rapidprototyping）的新兴技术，用计算机绘制出物体的三维模拟图，然后输出到3D打印机上，通过激光将微小的尼龙颗粒熔合在一起，一层一层堆积，最终将模拟图“打印”成一个真实的物体。利用这一技术，在短短几小时之内，就制造出了这50个形状各不相同的小盒子，并用这些打印出来的复制品来检测他们将来送往空间站后能否组装在一起并承受得住太空中的低压环境。
　　接下来发生的事情出乎所有人的意料。这些成本低廉的复制品在检测过程中表现优异，波音公司的冶金专家克利夫·布拉姆顿由此提出，既然这些打印的复制品通过了测试，为什么不直接在国际空间站上使用它们呢？他的想法实现了。现在，国际空间站上绕地球轨道运行的50个奇怪的小盒子正是3D打印机“制造”出来的。
　　此后，3D打印技术激发了很多人的梦想。“任何物体、任何领域”都成为3D打印技术所追求的目标。美国军方设想用其制造备用的坦克零部件；未来学家则预言，将来3D打印机会像电脑一样进入每个普通家庭。
　　与传统的去除材料加工技术相比，激光快速成型技术采用的是一种全新的成型原理———分层加工、迭加成形，即通过逐层增加材料来制造零件。目前3D打印已经有很多种不同的技术应用。
　　波音公司专为研发3D打印技术而建立了OndemandManufacturing公司，身为该公司技术总监布拉姆顿表示，3D技术的优势在于能够在各个零部件的构造复杂性和重量轻型化两者之间找到最佳平衡点。目前，波音公司生产的F－18战斗机上就有100个由尼龙材料“打印”而成的零部件，其中大部分为冷却系统导管。波音甚至还为其制造的宇宙飞船主发动机“打印”零件。
　　位于美国新泽西州皮斯卡塔维的西门子助听设备公司（SiemensHearingInstrumentsofPiscataway）同样也是3D打印技术的受益者。这家专门生产定制助听设备的公司利用硅—石蜡材料制作了一个人耳内部结构模型并将其扫描成计算机模拟图，然后使用3D打印机为这个模型“罩”上一层类似尼龙一样的外壳，于是一个坚固但不易察觉的助听器就制成了。Siemens公司的比尔·莱斯科说，在引入3D打印技术之前，所有的工作都靠手工完成，因此很容易出现微小的误差，导致助听器与人耳无法完美契合，使佩戴者感到不舒适。但对于3D技术来说，这样的问题根本不存在。
据说：电影《晶兵总动员》《侏罗纪公园》中有很多东西就是3d打印出来的。
　　不过，快速成型是一回事，制造又是另一回事。例如，设计师们可以造一把模型椅，以检测其各个部位构造是否稳固、使用是否舒适。这种模型椅只需支撑几个小时就行，而最终制造出的成型椅却要求能够承受数年甚至数十年的磨损。可以说，材料是快速成型技术的核心。
　　3D打印机目前常使用的材料有蜡、塑料、陶瓷等。研究人员还用导电、半导电以及绝缘的化合物打印出完整的电子电路。但是目前还没有找到理想的金属作为打印材料。从理论上来说，可以通过激光将覆有化合物外层的细小的金属颗粒熔合在一起，然后再一层一层堆砌起来形成一个三维物体，接着利用高温将化合物外层蒸发掉，同时使部分金属颗粒烧融，从而制造出纯金属模型，最后再使用另一种熔铸金属，比如铜，将该模型的金属颗粒之间的空隙填充满。但是在实际操作中，金属材料的特性较难掌控。因此3D打印技术目前主要应用在飞机制造业等小批量制造一次性产品方面。