3D实物打印改变世界

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据英国《每日邮报》报道,英国布里斯托尔的科学家前不久用3D打印机打印出了一台真人可骑乘的自行车,这台自行车名为Airbike,打印耗材采用尼龙材料,其坚固程度堪比钢铝材料,重量却要轻65%。Airbike采用一体化结构,车轮、轴承和车轴均在打印过程中制造。打印出自行车?搞错了吧,应该是打印自行车的结构图吧,难道打印机还能够打印实物?没错,这就是最新的3D打印机。它可以在电脑的“指挥”下,直接打印3D实物,用户所要做的,只是在电脑上完成3D设计就可以了。

神奇的3D实物打印

●3D打印机是这样工作的

3D打印机是如何工作的呢?实际上,现有的3D实物打印主要有两种实现方法,即热固法和粘结法。它们的工艺流程基本相同,即先将原料,如塑料、不锈钢、铝材、碳纤维甚至是钛研磨成极细的粉末,来作为原料,接下来在打印过程中,电脑将用户输入的3D图分为成千上万层,以确定当前层上所需要连接的部分,在电脑的“指挥”下,热固型3D打印机采用激光或局部加热的办法,用高温将喷洒在这一部位的粉末熔化,从而让它们粘连在一起。而采用粘结法的打印机则在当前部位喷上一种特殊的胶水,将原料粉末粘在一起,这样经过一层一层的堆积,一个完整的部件就被打印出来了。

●改变工业产品制造方式

3D实物打印的出现,意味着用户可以在较短的时间里,获得所需要的高精度产品,而其成本也能够有效控制。要知道,在以往的成型工艺中,往往要先生产出相应的模具,然后才能生产出产品,而模具的生产需要花费时间,并且制造昂贵的模具需要用户先付出高额成本,同时对于一些复杂而精细的造型,采用模具的方式是很难制造出来的,但3D打印机不存在这些问题,这就是3D打印机的核心优势。那么,3D实物打印可以应用在哪些场合呢?

3D实物打印的出现,对产品设计来说无疑是个极大的利好。要知道,在以往的产品外形设计过程中,由于成型模具价格昂贵,因此在整个设计过程中,往往依靠的只是设计师的经验和能力,在最终产品出来之前,谁也无法预知这个设计的真实效果和细节表现。在这种情况下,为避免产品设计失败,只能依靠黏土等传统方法来临时塑模,即便如此,由于材质手感等因素的不同,仍会影响到最终的设计。而在有了3D打印机后,设计者就可以迅速而廉价地获得相应外形的实物,这样通过真实的接触体验,可以让设计师进一步修改和提升原有设计,以获得最佳的设计效果。

●满足个性化制造需求

而3D实物打印的应用和普及,对于产品的多样化来说也有很大的好处。尤其是对一些小厂家或销量较小的产品制造来说,以往迫于模具的高价格,这些产品大多采用代工制造的方式,或采用市场上存在的公模来生产,这不仅让市场上的产品“千人一面”,极容易产生“撞车”的问题,而且,公模的外形限制,还会影响到产品的功能与性能。同时,公模产品在做工上往往不出色,这又会影响到产品的档次和定位。而3D实物打印能够根据厂家的需求,打印出不同造型的产品,甚至是不同材质的部件,这样制造成本将明显降低,厂家的设计热情被激发后,自然愿意生产造型各异的产品。

●有助于降低制造成本

即便在大规模生产上,3D实物打印同样具有优势。从原理上就可以知道,3D实物打印的材料利用率相当高,即便在打印过程中存在少量的残余原料粉末,也可直接回收利用,这与现在常用的切削工艺需要大量浪费原材料相比,可以节省不少成本。同时,3D实物打印非常灵活,可以打印大量精细、镂空的图案,这样打印出的产品不仅精度很高、外形诱人,还能减少产品的重量,同样有利于控制成本,如Airbike自行车的重量,就比那些通过传统机械手段制造出来的自行车要轻65%,这对降低成本相当有效。

实验室打样→小规模商业生产→大规模工业应用,这是3D实物打印逐步成熟,并走向普及的成功之路。当然,要实现这一切,还要足够多的时间,等待3D实物打印技术的进步,等待3D实物打印的配套行业成熟,如各种原材料生产商增加、产品设计人员接受和采用3D实物打印进行产品生产,当然,3D实物打印的巨大冲击力,注定了它必须和传统行业进行长期的搏杀,才可能获得最终的成功。

3D实物打印对行业的影响

3D打印机的超凡特性,注定了它不仅能在IT行业大展身手,还会对不少传统的制造行业产生巨大冲击,那么在现阶段,3D打印机会影响到哪些行业呢?首先承受冲击的必然是模具行业,毕竟,3D打印让产品的生产脱离了模具的限制,只要输入3D图,3D打印机就可自动完成产品生产制造。当然在短期内,模具行业并不会受到巨大的冲击,毕竟现在的3D打印成本还比较高,不足以大规模影响模具行业,因此目前在工业产品生产时,还得依赖于模具。但在小样打造、测试样本制造方面,3D实物打印足以抢夺这一部分市场。

其实,在精细加工行业方面,3D打印机也有天然的优势,要知道,现在的3D打印机的精度已经达到600dpi,其分层的厚度,甚至达到0.1mm,也就是说,3D实物打印的精度,可以达到惊人的0.1mm,这样的高精度产品,以往要靠顶级数控机床和经验丰富的人员才能够实现,而且在加工过程中,一些造型特殊、有镂空或活动设计的部件,都难以制造,其整体制造成本也非常高,而3D打印对这一切表示毫无压力。这样,在制造成本、制造产品的复杂度上,3D实物打印都具有很强的优势,足以争夺到足够多的市场份额。

3D实物打印作为一种高科技技术,综合应用了CAD/CAM 技术、激光技术、光化学以及材料科学等许多方面的技术和知识,让产品设计、建筑设计、工业设计、医疗用品设计等领域的设计者,第一时间方便轻松地获得全彩色实物模型,便于重新修订CAD设计模型,从而节省了设计制造费用,并节省了研制时间。

随着技术的进步,未来3D打印机在电影动漫、气象、教育、外科医疗等领域都能发挥独特的作用。在教育领域,3D打印机能够将抽象概念带入现实世界,将学生的构思转变为他们可以捧在手中的真实立体彩色模型,让教学更生动;在建筑领域,3D打印机能够为曲面异型建筑的重要精密构件快速制作精确模型,实现传统建筑模型制作无法达到的工艺水平;在工业生产领域,3D打印机可以为金属铸件直接打印模型、模型插件和图案;在地理空间领域,3D打印机可以轻松地将GIS数据转化为三维地形及城市景观模型或沙盘;而在娱乐艺术领域,3D打印机还可根据电子游戏、三维动画以及其他创作产生的三维数据轻松制作自定义头像和雕像。

猎奇1:形形色色的3D打印机

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美国Makerbot公司针对家庭厨房推出了一款可以打印塑料用品的3D打印机,799英镑,在短时间内就销售了3000台
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结构复杂的大型3D打印机,可用沙子打印出较大的实物模型甚至小型固体建筑
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Evil Mad Scientist Laboratories(邪恶科学家实验室)生产的食物3D打印机,它可以打印输出不同形状的食物,当然,打印头喷出的可不是胶水,而是被高温熔化的砂糖
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3D打印机正在工作中(耗材是树脂)
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富士也发布了一款3D打印机,主要用来打印自己旗下的3D相机W1所拍摄的3D照片,采用的耗材是ABS塑料

猎奇2:用3D打印机打印的产品

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南安普敦大学的一个研究小组在研究如何利用3D打印机来制造飞机。他们利用激光烧结技术打印了一架翼展为6.5英尺的飞机,并花费数月时间对其进行材质上的修改,目前这架打印出来的飞机可以每小时100英里的速度飞行。当然,这架飞机是无人机
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女性文胸也能打印,而且量身定做,绝对合体。据说它已经在网上商店开卖,比基尼泳装的上下截分别售价200美元至300美元,一套的价格约合人民币3888元
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这是用3D打印机打印出来的长笛,据说用它吹出的音乐非常出色
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3D打印机输出的复杂结构模型