3D打印知识大全

3D3D 打印机知识大全打印机知识大全 3D 打印机 3D Printers 是一位名为恩里科 迪尼 Enrico Dini 的发明家设计的一种神 奇的打印机 它不仅可以 打印 出一幢完整的建筑 甚至可以在航天飞船中给宇航员打 印任何所需的物品 3D 打印是添加剂制造技术的一种形式 在添加剂制造技术中三维对象 是通过连续的物理层创建出来的 3D 打印机相对于其他的添加剂制造技术而言 具有速度 快 价格便宜 高易用性等优点 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 最近几年 3D 打印机的价格已经能让中小企业负担的起 从而使得重工业的原型制造 环节进入办公环境完成 并且可以放入不同类型的原材料进行打印 因为快速成型技术在市场上占据主导地位 3D 打印机在生产应用方面有着巨大的潜力 3d 打印技术在珠宝首饰 鞋类 工业设计 建筑 汽车 航天 牙科及医疗方面都能 得到广泛的应用 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 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 不过 虽然 3D 打印机价格在不断降低 很多厂商 设计院 大学等都开始或准备配备 但产品价格依然较高 3D Systems 推出的新款 InVision LD 入门级桌面型产品价格为 1 59 万美元 而 Z Corporation 出品的中端型号 Z510 要价 10 万美元 好在 3D 打印机的耗材成 本并不夸张 例如打印手机模型 大概花费 20 美元材料费 比起其它成型技术成本要低得 多 3D3D 打印机打印机 发明伊始发明伊始 三维打印机不仅使立体物品的造价降低 且激发了人们的想象力 未来三维打印机的 应用将会更加广泛 据报道 美国科学家近日发明了一种可打印出三维效果的打印机 并已将其成功可打 印出塑料制成的固体制品推向市场 普通打印机能打印一些报告等平面纸张资料 而这种 最新发明的打印机打印出的都是塑料制成的固体制品 它不仅使立体物品的造价降低 且 激发了人们的想象力 未来三维打印机的应用将会更加广泛 在此之前 三维打印机数量很少 大多集中在 科学怪人 和电子产品爱好者手中 他们主要用来打印像珠宝 玩具 工具 厨房用品之类的东西 甚至有汽车专家打印出了 汽车零部件 然后根据塑料模型去订制真正市面上买不到的零部件 现在人们可以在一些电子产品商店购买到这类打印机 工厂也在进行直接销售 不过 物以稀为贵 一套三维打印机的价格从一般的 750 美元到上等质量的 27000 美元不等 科学家们表示 目前三维打印机的使用范围还很有限 不过在未来的某一天人们一定 可以通过 3D 打印机打印出更实用的物品 3D3D 打印机打印机 发展简史发展简史 1986 年 Charles Hull 开发了第一台商业 3D 印刷机 1993 年 麻省理工学院获 3D 印刷技术专利 1995 年 美国 ZCorp 公司从麻省理工学院获得唯一授权并开始开发 3D 打印机 2005 年 市场上首个高清晰彩色 3D 打印机 Spectrum Z510 由 ZCorp 公司研制成功 2010 年 11 月 世界上第一辆由 3D 打印机打印而成的汽车 Urbee 问世 2011 年 6 月 6 日 发布了全球第一款 3D 打印的比基尼 2011 年 7 月 英国研究人员开发出世界上第一台 3D 巧克力打印机 2011 年 8 月 南安普敦大学的工程师们开发出世界上第一架 3D 打印的飞机 2012 年 11 月 苏格兰科学家利用人体细胞首次用 3D 打印机打印出人造肝脏组织 3D3D 打印机打印机 种类种类 喷墨 3D 打印 薄层结合的方式多种多样 部分 3D 打印机使用喷墨打印机的工作原理进行打印 Objet 公 司是以色列的一家 3D 打印机生产企业 其生产的打印机是利用喷墨头在一个托 盘上喷出超薄的 液体塑料层 并经过紫外线照射而凝固 此时 托盘略微降低 在原有薄 层的基础上添加新的薄 层 另一种方式是熔融沉淀成型 总部位于明尼阿波利斯的 Stratasys 公司应用的就是这种方 法 具体过程是 在一个 打印 机头里面将塑料融化 然后喷出丝状材料 从而构成一层层薄层 粉剂 3D 打印 其他的一些方法是利用粉剂作为打印材料 这些粉剂在托盘上被分布成一层薄层 然 后通过喷出 的液体粘结剂而凝固 在一个被称为激光烧结的处理程序中 通过激光的作用 这些粉剂可以熔融成想 要的样式 德国的 EOS 公司把这一技术应用于他们的添加剂制造机 之中 瑞典的 Arcam 公司通过真 空中的电子束将打印机中的粉末熔融在一起 用于 3D 打 印 以上仅仅是众多方法中的少数几种而已 为了制作一些内部空间和出挑结构的复杂构 件 凝胶以及其他材料被用来做支撑 或者空 间预留出来 用没有熔融的粉末以填满 填 充材料随后可以被冲洗掉或被吹掉 现在 能够用于 3D 打印的材料范围非常广泛 塑料 金属 陶瓷以及橡胶等材料都可用于打印 有些 机器可以把各种材料结合在一起 构成的物体既坚硬 又富有弹性 生物 3D 打印 包括一些研究人员开始使用 3D 打印机去复制一些简单的生命体组织 例如皮肤 肌肉 以 及血管等 有可能 大的人体组织如肾脏 肝脏甚至心脏 在将来的某一天也可以进行 打印 如果生物打印机能够使用病人自己的干细胞进行打印的话 那么在进行器官 移植后 其身体就 不可能对打印出来的器官产生排斥 食物也可以被打印 康奈尔大学 的研究人员已经成功打印出了蛋糕 几乎每个人都同意 这 个制造食品的终极武器将会打 印出巧克力来 3D3D 打印机打印机 工作步骤工作步骤 3D 打印机工作步骤是这样的 使用 CAD 软件来创建物品 如果你有现成的模型也可以 比如动物模型 人物 实际过程 6 张 或者微缩建筑等等 然后通过 SD 卡或者 USB 优盘把 它拷贝到 3D 打印机中 进行打印设置后 打印机就可以把它们打印出来 其工作结构分解 图如下 3D 打印机的工作原理和传统打印机基本一样 都是由控制组件 机械组件 打印 头 耗材和介质等架构组成的 打印原理是一样的 3D 打印机主要是在打印前在电脑上设 计了一个完整的三维立体模型 然后在进行打印输出 3D 打印与激光成型技术一样 采用了分层加工 叠加成型来完成 3D 实体打印 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 3D3D 打印机打印机 原理原理 3D 打印是添加剂制造技术的一种形式 在添加剂制造技术中三维对象是通过连续的物 理层创建出来的 3D 打印机相对于其他的添加剂制造技术而言 具有速度快 价格便宜 高易用性等优点 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 随着这项技术的不断进步 我们已经能够生产出与原型的外观 感觉和功能极为 接近的 3D 模型 说的简单一点 3D 打印是断层扫描的逆过程 断层扫描是把某个东西 切 成无数叠 加的片 3D 打印就是一片一片的打印 然后叠加到一起 成为一个立体物体 使用 3D 打印机就像打印一封信 轻点电脑屏幕上的 打印 按钮 一份数字文件便被 传送到一台喷墨打印机上 它将一层墨水喷到纸的表面以形成一副二维图像 而在 3D 打印 时 软件通过电脑辅助设计技术 CAD 完成一系列数字切片 并将这些切片的信息传送到 3D 打印机上 后者会将连续的薄型层面堆叠起来 直到一个固态物体成型 3D 打印机与传 统打印机最大的区别在于它使用的 墨水 是实实在在的原材料 5 3D3D 打印机打印机 研究成果研究成果 1 航模飞机 据国外媒体报道 3D 打印机曾用于制造一些机械零部件和小玩具 但是目前 美国弗 吉尼亚大学工程系的研究人员采用最新的 3D 打印技术制造了一架无人飞机 机翼宽 6 5 英 尺 约合 1 9 米 巡航时速达到 45 英里 约合 72 千米 这个飞机是由美国弗吉尼亚大学工程系学生研制的 它的机翼宽 6 5 英尺 是由打印 零件装配构成 今年 8 月和 9 月初 研究小组在弗吉尼亚州米尔顿机场附近进行了 4 次飞 行测试 这是迄今第三架用于建造飞行的 3D 打印飞机 巡航速度可达到 45 英里 小时 美国弗吉尼亚大学工程师大卫 舍弗尔称 3D 打印技术现已证实是应用于教导学生的 一种宝贵工具 据悉 他和工程系学生史蒂芬 伊丝特和乔纳森 图曼共同建造这架 3D 飞机 舍弗尔称 五年前为了设计建造一个塑料涡轮风扇发动机需要两年时间 成本大约 25 万美元 但是使用 3D 技术 我们设计和建造这架 3D 飞机仅用 4 个月时间 成本大约 2000 美元 这将创建一个前所未有的飞行教学平台 2 神奇的超级 3D 打印机 科学家研制了一款神奇的 3D 打印机 可用于未来行星登陆时建造基地的任务中 比如 未来在月球基地中生活的宇航员可以使用这款 3D 打印机 将月球上岩石或者特殊材料 打 印 成所需要的工具 目前 研究人员演示了如何将月球岩石土壤作为 3D 打印机的原材料 其应用范围几乎可以将任何固体材料制造成所需的工具 可以允许未来的探险家建设外星 球基地 3 骨骼 3D 打印技术 美国研究人员利用 3D 打印机开发骨骼打印技术 造出类似骨骼的材料 研究人员说 它可被用于骨科 牙科治疗或开发治疗骨质疏松症药物 华盛顿州立大学苏斯米塔 博斯 带领研究小组 耗费 4 年时间开发类骨骼物质 他们发现 在生物陶瓷粉主要成分磷酸钙 中添加硅和氧化锌可以使其强度提升一倍 磷酸钙生物陶瓷材料是整形外科领域一类重要 的骨修复材料 可模拟人体自然骨结构 适宜细胞和骨组织的长入 研究人员使用一部先 前用于打印金属材料的 3D 打印机制造类骨骼物质 它在粉末层上喷出塑料黏合剂 粉末层 厚度仅为一根头发丝宽度的一半 粉末层层叠加 干燥后达到要求的支架厚度 然后在 1250 摄氏度下烘烤 2 小时 实验室环境下的未成熟骨细胞生长测试显示 支架上的骨细胞 在移植一周内开始生长 在兔子和老鼠身上的活体实验同样得到可喜效果 研究人员说 这种类骨骼物质可被添加到受损自然骨上 当作支架材料 促使细胞和骨组织生长 而且 这种类骨骼物质可最终降解 没有 明显负面效果 他们说 数年后 医生可利用这一 技术定做更换骨组织 3D 打印只需在电脑上操作 非常方便 博斯在发表于 牙科材料 Dental Materials 杂志的报告中写道 你可以把这种类骨骼生物陶瓷粉用作回填材料 它可以 成为你在电脑上画出的任何形状 我们开发的是可控降解 10 至 20 年后 医生可 将这种骨支架用于与骨生长有关的治疗 博斯说 比如颌骨固定或脊柱融合术 将 3D 打印技术引入骨骼制造并非博斯首创 2009 年 瑞士研究人员复制出一名男子 的拇指骨骼 德国夫琅禾费界面工程与生物工程研究所研究人员把立体打印技术与双光子 聚合技术相结合 于今年开发出血管打印技术 打印时 打印机发出两束强激光 焦点对 准同一分子 这个分子同时吸收两个光子 即所谓的双光子聚合 经过双光子聚合的分子 变成一个有弹性的固体 研究人员用它来制造高精度的弹性结构 也就是血管 abc 4 3D 打印建筑 荷兰阿姆斯特丹建筑大学的建筑设计师 Janjaap Ruijssenaars 最近设计了 全球第一座 3D 打印建筑物 Landscape House 而且特别模拟了奇特的莫比乌斯环 莫比乌斯环 Mbius strip Mbius band 是一种拓扑学结构 只有一个面 表面 和一 个边界 由德国数学家 天文学家莫比乌斯和约翰 李斯丁 1858 年独立发现 它可以用一 个纸带旋转半圈再把两端粘上之后轻而易举地制作出来 本身具有很多奇妙的性质 Ruijssenaars 和数学家 艺术家 Rinus Roelo fs 共同设计了这个项目 将会利用 3D 打印机逐块打印出来 每一块的尺寸都达到了 6 9 米 然后拼接成一个整体建筑 预计需要耗时一年半才能完成 和打印一般小东西不同 这次需要用到的 3D 打印机也十分庞大 是由意大利发明家 Enrico Dini 设计出来的 D Shape 可以使用砂砾层 无机粘结剂打印出一幢两层小楼 尽管如此强大 让它打印一座庞大的建筑也太难了 Dini 因此建议只用它打印整体结 构 外部则使用钢纤维混凝土来填充 Ruijssenaars 打算带着这个项目参加欧洲大赛 Europan 这项赛事在欧洲十五个国家 每两年举办一次 主要面向年轻的立体设计师 并为他们准备 50 个真实的场地来实现构想 5 3D 打印胚胎干细胞 据英国媒体报道 英国研究人员首次用 3D 打印机打印出胚胎干细胞 干细胞鲜活且保 有发展为其他类型细胞能力 研究人员说 这种技术或可制造人体组织以测试药物 制造 器官 乃至直接在人体内打印细胞 研究人员在 5 日出版的 生物制造 杂志发表论文说 检测结果显示 打印 24 小时后 95 以上细胞仍然存活 打印过程未杀死细胞 打印 3 天后 超过 89 细胞存活 而且仍然 维持多能性 即分化出多种细胞组织的潜能 胚胎干细胞 3D 打印机配备两个 生物墨盒 一个装着浸在细胞培养基中的人体胚胎 干细胞 另一个只有培养基 计算机控制微调阀喷出 墨水 速度可通过改变喷口直径 实现精确控制 打印机上有显微镜显示细胞打印情况 两种 墨水 一层一层间隔喷洒 形成不同浓度细胞飞沫 最小飞沫体积仅 2 纳升 包含大约 5 个细胞 飞沫被喷入有诸多 凹孔的培养皿中 翻转培养皿 飞沫形成悬液 在各凹孔内 抱成团 打印机可精确控 制飞沫大小 使干细胞达到分化最佳状态 6 3D 打印房屋 据国外媒体报道 英国伦敦的一家建筑企业 Softkill Design 率先提出了 3D 打印房屋 的新概念 原材料来自塑料 外观像蜘蛛网 该企业表示 如果市场接受这种新概念 3D 打印房屋 今年夏天或可建造出首个实体房屋 设计成员之一的吉尔 瑞特森表示 这项发明不仅对房屋建筑行业是一场革新 甚至 还有望解决英国的住房危机 按照发明者的设计 将所有的组件制造好 需要三个星期的 时间 装配起来则仅需一天的功夫 这种房屋将用维可牢尼龙搭扣或类似按钮的紧固件固 定在一起 而这些在传统建筑技术中则不需要 据悉 这一构想是 2012 年 10 月伦敦 3D 打印展上展出的一款打印房屋原型的延伸 原 型以极具特色的纤维尼龙结构作为骨架 来代替实心的墙体 房屋组件采用激光烧结的生 物塑料 在 3D 印刷厂中制造 这将会比用沙子或混凝土印制的质量更好 纤维结构的厚度 只有 0 7 毫米 用石头打印是不可能的 因为沙子没有足够的结构强度和完整性 而在工 厂环境中 则可以用到像塑料或金属之类更高强度的材料 目前 建造这样一座 3D 房屋的成本并未向外透露 但瑞特森表示 3D 印刷业的蓬勃 发展将会提升经济规模 这意味着在不久的将来 这样的房屋可能因其经济性而在市场竞 争中取得优势 7 3D 打印汽车 地面和空中当快车道 来自世界各地的汽车爱好者们密切关注 MakerBot 和 GrabCAD 公司的未来交通工具设计 展 其中包括 汽车 摩托车 飞机和航天器 未来的运输工具意味着一件事情 任何 人都能够单独驾驶 目前 这些交通工具模型都通过 3D 打印机打印制造出来 2040 年将制造出实体模型 美国总统奥巴马的国情演讲中宣布 计划建立 3D 打印中心 3D 打印技术将逐步形成美国 新兴制造业 8 打印人工耳 近日 美国康奈尔大学和威尔 康奈尔医学院的研究人员合作 利用三维 3D 打印技 术和含有牛耳活细胞的凝胶造出一种新型人工耳 无论在外观还是功能上 均可与真耳相 媲美 相关论文在线发表于 2 月 20 日出版的 PLOS ONE 上 研究人员表示 通常的人工耳材料密度和泡沫聚苯乙烯差不多 质感与真耳相差较大 如果用病人的肋骨组织以手术方式重塑外耳 不仅难度大 还给病人带来很大痛苦 因此 很难制成既美观又实用的人造耳 为造出这种生物工程耳 研究人员先用快速旋转 3D 相机拍摄数名儿童耳朵信息 输入 计算机形成 3D 图像 然后按照图像用 3D 打印机打出一个固体模子 并在其中注入一种高 密度胶原蛋白凝胶 其中含有能生成软骨的牛耳细胞 此后数周内 软骨逐渐增多并取代 凝胶 3 个月后软骨会形成柔韧的外耳 替代最初用于塑形的胶原蛋白支架 9 打印头骨 最近 美国的一家医院完成了一项非常大胆的手术 使用 3D 打印出人的头骨 来替代 患者原本高达 75 已受损骨骼 这次手术在本周早些时候顺利完成 使用了康涅狄格州牛 津性能材料公司提供的原材料 目前患者的病情已稳定 10 3D 打印类生物组织材料 英国研究人员 2013 年 4 月 4 日在 科学 杂志上发表报告说 他们利用特制 3D 打印 机打印出类似生物组织的材料 这一成果将来有望应用在医疗领域 这篇报告由英国牛津大学的黑根 贝利教授及其同事联名发表 据介绍 他们利用 3D 打印机分层次喷出大量被脂类薄膜包裹的液滴 这些液滴形成网状结构 构成特殊的新材 料 研究人员说 这样打印出来的材料其质地与大脑和脂肪组织相似 可做出类似肌肉样 活动的折叠动作 且具备像神经元那样工作的通信网络结构 可用于修复或增强衰竭的器 官 由于这是合成材料 因此它还可避免一些用干细胞等方式制造活体组织而引发的问题 研究人员还说 常规的 3D 打印机无法打印这种新材料 实验中他们使用的是一种特制 3D 打印机 目前这种打印机喷出的液滴直径约 50 微米 有 5 个活体细胞那么大 但相信 将来能够将液滴尺寸缩小 11 最新动态世界首款 3D 打印汽车面世 世界上第一款 3D 打印汽车面世 这次不是玩具 而是真正能开上马路的汽车 据 连线 杂志报道 Urbee 2 是一款三轮的混合动力汽车 它的所有零部件都是 3D 打印出 来的 正如 Makerbot 和 Form 1 正在重新定义制造业 Urbee 正在致力于改变我们制造汽 车的方式 这款汽车是 Jim Kor 和他的 Kor Ecologic 团队头脑风暴的产物 他们一直专注于研究 未来的 3D 交通工具 他们在网站上展示了对于未来汽车的构想 用最少的能耗开最远的路程 把生产 使用 回收过程的污染降到最低 尽可能用汽 车产地附近的原材料生产汽车 传统的汽车制造是生产出各部分然后再组装到一起 3D 打印机能打印出单个的 一体 式的汽车车身 再将其他部件填充进去 据称 新版本 3D 汽车需要 50 个零部件左右 而 一辆标准设计的汽车需要成百上千的零部件 Urbee 的原型使用了 asb 塑料的 熔融沉积建模 fuseddepositionmodelling 方法 车辆由大块和许多个小块组成 根据 thewire 的报道 544 公斤的车辆话费了大约 2500 个 小时来打印 原型车的造价约为 5 万美金 12 用 3D 打印珠宝 个性化 珠宝加工自是对此类需求最为迫切的行业之一 而 3D 打印所具备的优势正好 可以平衡消费者需求与加工成本之间的矛盾 加工成本与造型复杂程度完全无关 事实上 在 Shapeways 上就有大量的设计师们对珠宝类目情有独钟 事实上最早加入的成员就已开始 利用 3D 打印制造首饰 13 4D 打印技术 我们都知道 4D 就是在长 宽 高之外 另外加入了时间的维度 如果套用到打印技 术上的话 指的就是你所打印出来的东西 可以依照你预先设定的程序 随时间而改变形 状 2011 年的 TED 大会中 MIT 的 自我组装实验室 研究院 Skylar Tibbits 也向世人解 释了自我组装构想与初步成果的呈现 只要将经过特殊编码的程序嵌入至元件之中 便能 让元件拥有可变形的重组特性 也许是预见到这种重组变形性质的未来发展 Stratasys 公司与自我组装实验室合作进行研究 期望将此种技术应用到 3D 打印机所打印出的模型上 头 且 2013 年终于有了重大的突破 由 Stratasys 开发出的一种尚未命名的新材料 因为 它能够跟水进行反应 故能够加以编程而进行变形的机制 也因此 Stratasys 公司隆重称 之为下一代的 3D 打印技术 你或许会问 这东西到底有什么用 其实用途还蛮广泛的 除了水以外 未来也可能开 发出与光 热或压力进行反应的新材料 所以像是从 IKEA 买回的家具 你不用自己组合 放在灯光下 它就会慢慢变形成桌椅 地下水管线 遇到地震时 也可以依照受压的部位 来进行变形 减少管线破裂的危险 还有不用人力便能搭建的组合屋等等 而对于更精密 的机器 则也可能够透过更复杂的编码程序 进行二次或三次的变形 就有如变形金刚般 的科幻场景一般 但这项技术目前还处于研究阶段 要达到足够的实用性 的确还有一段 很长的路要走 3D3D 打印机打印机 给传统制造业带来的冲击给传统制造业带来的冲击 1 3D 打印技术的发展满足了消费者的需求 将导致工业制造模式的变化 相比生产大规模标准化产品的模具制造 3D 打印可以在一定约束下随意生产制作个性 化产品 可称之为 大规模定制制造模式 是以互联网为支撑的智能化大规模定制的方 式 或者是 分散生产 就地销售 方式 标志着个性化消费时代的到来 从前 消费者都是在店里挑选 购买已经生产好的商品 现在则可以根据各自的需求 在 3D 打印店 定制 边生产边体验 及时获得自己喜欢的产品 2 3D 打印技术具备传统模具制造没有的独特优势 3D 打印技术是不受产品结构和形状的限制的 任何复杂的造型和结构 只要有 CAD 数 据 都可以轻松完成 这样就给个性化 定制化提供了可能性 而且使用 3D 打印技术 是 不需要开模具的 实现了无模化制造 可使新产品研制的成本下降为传统方式的 1 3 1 5 周期缩短为 1 5 1 10 再加上 3D 打印设备大部分可以实现无人值守 24 小时不间断加 工 也就为厂商节约了人工成本 提高了生产效率 3D 打印的后期辅助加工量大大减小 避免了委外加工的数据泄密和时间跨度 尤其适 合一些高保密性的行业 如军工 核电领域 3D 打印技术 打印 的产品是自然无缝连接的 一体成型 结构之间的稳固性和连接 强度要远远高于传统方法 3 3D 打印技术符合低碳环保的发展理念 第三次工业革命 概念的真正兴起和全球化传播 与全球可持续发展面临的压力息 息相关 具体来说 一是至 20 世纪 80 年代 石油和其他化石能源的日渐枯竭 及随之而 来的全球气候变化给人类的持续生存带来了危机 二是化石燃料驱动的原有工业经济模式 不再能支撑全球的可持续发展 需要寻求一种使人类进入 后碳 时代的新模式 3D 打印 技术适逢其会 以绿色 节能 低碳 环保的全新姿态迅速得到了全球政府和机构的认可 和信赖 3D 打印采用的是加法式制造技术 区别与传统的减法式 铣削式制造方式 基本上是 生产多少重量的东西 所耗费的也就是同等重量的材料 因此所耗费的材料明显减少 个性 化定制以后也不产生产品库存 可以在减少碳排放和原材料消耗的前提下 保持更高的生 产效率 3D 打印的原材料使用仅为传统生产方式的 1 10 这在如今资源珍贵的时代无疑具 备巨大优势 4 3D 打印能有效促进工业设计产业的发展 而全球制造业未来的竞争在于高附加值 的设计环节 原先的制造业是生产 加工环节制约着研发设计环节 新产品的研制从一开始就需要 考虑到最终能否被生产出来 而 3D 打印技术对于产品设计没有限制 只要能设计得出来 完成 CAD 建模 任何结构和形状都可以被生产出来 如此一来 工业设计方面的创意和能 量将被无限释放 谁具备突出的工业设计能力 谁就将成为未来全球制造业的领头羊 创 造高额利润 中国制造业 如果还是停留在国外设计 国内制造或者来料加工的阶段 那么未来只 能在低附加值的加工制造环节上苦苦挣扎 因此 中国政府和制造业的有识之士都已经开 始积极呼吁和大力传播 3D 打印技术 国内的工业设计教育和产业也得到了越来越多的关注 和重视 3D3D 打印机打印机 发展瓶颈发展瓶颈 3D 打印机带来的变革不仅仅是正面的 还有负面的 不过不必太过担心 人类的发展 总是伴随着双刃宝剑披荆斩浪冲刺前进的 如果我们抱着全是消极的态度只 堵 不 疏 那么社会与技术就不会发展 人类一犯愁 上帝会发笑 何必自我烦恼 先让我们 历数这个制造利器所带来的负面作用吧 按危害顺序及目前技术上实现的可能性排列 1 安全隐患 前不久一个狂人的大胆想象用 3D 打印机去制造实践 着实让人大大捏 了一把冷汗 枪械机件的数码模型十分容易传播的 也许一个 STL 文件带上 U 盘就能让万 能制造机吞吐出极具杀伤性武器 这一点真希望 3D 打印机不要那么万能啊 2 盗版问题 万能的拷贝和万能的复制功能让靠智慧吃饭的人士再次担忧 从信息共 享时代就吃尽苦头的创作人士找了好久才摸索到了盈利机制 如今 3D 来了 新形势下 人 们再次将面临新的版权问题 也许利好电子钱包的发展 因为彩色复印机解决不了的防伪问 题 3D 打印轻而易举就 打印 实现了 3 资源消耗增加 环境问题 环境保护者要特别头痛了 在自由想像与创造欲望的驱 动下 随心所欲地涂鸦将带来灾难性的后果 耗材厂商要乐了 而模型设计软件将分支出 与结构优化与耗材压缩相关的数学模型 尽可能减少材料使用但能强化结构 4 道德与伦理 2D 平面时代 艳照已经足够令人恐慌 如今 3D 时代来临 在港 产 3D 情欲影片的引领下 人们更应当做好屏蔽与自我保护 偷透扫 平面照片直接转 为 3D 等高科技的民用化将让人们防不胜防 透视扫描一个人体简直就是秒杀 这不 前阶 段机场透视安检引起的个人隐私问题已招人反对 应当忧虑 打印人像嫁接 PS Photoshop 不 雅照成为网购热卖 一个电子邮件就能传播出一具具某明星脸的充气娃娃做宅男闺蜜的现 象出现 5 设计海洋 创意疲劳将很快出现 信马由缰积极滥造 前仆后继地个性化展示反而 让人们有了新的审美需求 类似谷歌那样的信息海洋指南必将出现 帮助人们搜寻出最实 用符合要求的产品 某种程度的 审美倒退 其实是对优秀设计有了更高需求 人们反而 更加注重简约性和实用性结合的设计 尤其功能与巧思绝妙结合设计的商品更能得到关注 人们愿意为此付钱 这与 2D 时代谁都能照相 但取材与视点绝对需要天赋 一个道理 6 怪异变造人或人造人出现 更加难辨 雌雄更加难分 医学上往有益应用 比如 像医学修复 整形 骨植 义肢等等无疑能帮助人们摆脱疾病与残疾的困扰 但邪恶的想 象一定会让人类生出恶魔的翅膀 打印出零件组合成功能模块 结合核心驱动或智能芯片 钢铁侠绝不会是科幻影片主角 当优秀自然的人种成为稀缺 星球变成阿凡达 人之发肤 受之父母 你愿意选择哪种 7 动物的浩劫 是进化还是毁灭 也许上面的第 6 点在人类方面有所收敛 但在动物 身上一定变本加厉地出现 邪恶的动物变造 把动物变成人类 超越人类 人类社会若果 进入猿人星球 是 3D 时代的生态 8 打印食品 是更加可口富于营养还是破坏口味 这是萝卜青菜各有所需的问题 反 正大多数人是不会选择吃打印成蟑螂 老鼠的美味食品 9 果然是先有盾再有矛 白领痛恨的 打卡机 将扫进历史垃圾 无论是掌纹 虹膜 眼底还是面部识别都将被 3D 打印这只 利矛 逐一破解 10 艺术品收藏 先善意提醒各位 当赝品泛滥充斥时 真品就弥显珍贵了 趁现在 高位收藏还来得及 3D 打印让文物制造者有了更好的工具 举例说 油画耗材的出现 只 要做油画表面的精细扫描 轻易就能一比一打印出一件艺术品 有人也许从各种角度反驳 你应当考虑这种可能性 也许在某一个角落 就已经有人已经调好颜料 打算用电子商场 买来的 2D 喷墨打印机逐层细打实现以上所设想的 3D3D 打印机打印机 厂商厂商 3D3D 打印机打印机 应用领域应用领域 3D 打印的应用范围之广超乎人们的想象 理论上说 几乎只要存在的东西都可以通 过 3D 打印机复制出来 随着技术的不断成熟 3D 打印技术有望在以下几个行业中得到广 泛使用 1 传统制造业 3D 打印无论是在成本 速度和精确度上都远胜于传统制造技术 3D 打印技术本身非常适合大规模生产 汽车行业在进行安全性测试等工作时 可以将一些非 关键部件用 3D 打印的产品替代 在追求效率的同时降低成本 2 医疗行业 在外科手术中 3D 打印技术可为需要器官移植的患者 量身打造 所 需器官 无需担心排异反应 而打印一个人体心脏瓣膜 只需要价值 10 美元的高分子材 料 3 文物保护 博物馆里常常会用很多复杂的替代品来保护原始作品不受环境或意外事 件的伤害 同时复制品也能将艺术或文物的影响更多更远的人 4 建筑设计行业 在建筑行业里 工程师和设计师们已经逐渐开始使用 3D 打印机打 印的建筑模型 这种方法快速 成本低 环保 同时制作精美 完全合乎设计者的要求 同时又能节省大量材料 5 配件饰品行业 3D 打印技术很好地满足了配件饰品消费者个性化多样化的需求 目前国内外已经有一些公司开始为消费者提供个性化 3D 打印服务 1 3D3D 打印机打印机 选购指南选购指南 首先 3D 打印速度 因供应商和实现技术的不同 打印速度 的含义不尽相同 打印速度可能是指单个 打印作业在 Z 轴方向打印一段有限距离所需的时间 例如 每小时在 Z 轴方向打印的英寸或 毫米值 拥有稳定垂直构建速度的 3D 打印机通常采用这种表达方式 其垂直打印速度与 打印部件的几何形状和 或 单个打印工作的部件数无关 垂直构建速度快 且因部件几何 形状或打印部件数而产生很少或不产生速度损失的 3D 打印机 是概念建模的首选 因为这 类打印机能够在最短时间内快速生产大量替换部件 另一种描述打印速度的方式是打印一个具体部件或者具体体积所需的时间 采用此描 述方法的打印技术通常适用于快速打印单个简单的几何部件 但遇到额外的部件被添加到 打印作业中 或者正在打印的几何形状复杂性和 或 尺寸增加时 就会出现减速 由此产 生的构建速度变慢 会导致决策过程的延长 削减个人 3D 打印机在概念建模方面的优势 然而 打印速度始终是越快越好 对概念建模应用而言更是如此 垂直构建速度不受打印 数量和复杂度影响的 3D 打印机 是概念建模应用的首选 因为它们可以快速地大量打印不 同的模型 用于同时进行比较 这就能加速和改善早期决策过程 根据快速成型设备制造商的不同 或者采用的 3D 打印技术的不同 3D 打印速度的衡 量标准是不同的 有些用来指示在 Z 轴方向上打印一定高度所需的时间 针对单次 3D 打印 任务而言 通常用英寸 小时 毫米 小时来表示 那些具备稳定的垂直方向建造速度的 3D 打印机普遍喜欢采用这一技术参数 基本不受被打印物体的结构复杂程度和单次打印部 件的数量的影响 这种 3D 打印机是手板模型 3D 打印的理想选择 因为它们可以在有限的 时间内快速制作出数量可观的 各种各样的模型 方便设计沟通 讨论和对比 另外一种衡量打印速度的技术参数是指打印特定物体或者特定的体积所需的时间 一 些 3D 打印机可以快速打印单个的 简单结构的物体 多采用这种指标 但是这种类型的 3D 打印机在遇到打印数量增加或者结构比较复杂的打印任务时 打印速度就会明显下降 因此不适合用于打印速度要求较高的手板模型的快速成型 其次 3D 打印成本 部件成本 部件成本通常表示为每单位体积的成本 如每立方英寸的成本或每立方厘米的成本 即使是同一台 3D 打印机 打印单个零部件的成本也会因为几何形状的不同而相差很大 所 以一定要了解供应商提供的部件成本是指某一特定部件 还是各类部件的平均值 根据您 自己常用的典型零部件 STL 文件包来估算部件成本 往往更有助于决定您所期望的部件成 本 为了准确地比较不同供应商声称的参数值 有必要了解下成本估算中包含什么 不包 含什么 一些 3D 打印机厂商的部件成本只是指某特定数量打印材料的成本 而且这个数量仅仅 是成品的测量体积 这种计算方法并不能充分体现真实的部件打印成本 因为它忽略了使 用到的支撑材料 打印工艺产生的过程损耗及打印过程中使用的其他消耗品 各种 3D 打印 机的材料使用率有显著的差异 因此了解真实的材料消耗是准确比较打印成本的另一个关 键因素 部分成本取决于 3D 打印机打印一组既定部件所消耗的材料总量和使用材料的价格 通 常 使用粉末材料的 3D 打印技术 部件成本最低 廉价的石膏粉是基础建模材料 未使用 的粉末会不断地在打印机中回收和再利用 因此其部件成本可以达到其他 3D 打印技术的三 分之一到二分之一 有一类塑料部件技术仅使用一种消耗材料 既用于打印部件所需 也用于印刷过程中 的支持需要 相比其他塑料部件技术 它通常使用较少的材料作为支撑材料 因此其产生 稀疏的支撑结构 而且很容易被清理掉 大多数单材料 3D 打印机不会产生大量工艺废料 这使其具有极高的材料性价比 另一类塑料部件技术需要使用专门的支撑材料 但材料售价不高 这类支撑材料需要 在打印完成后通过融化 溶解或加压喷水的方式清理 比起前者 这类技术往往使用大量 的材料用于打印支撑结构 可溶解的支撑材料需要高强度 腐蚀性化学物质进行特殊处理 和清洁措施 喷水清理方法需要进水口和排水口 为此您工作场所的预算成本可能要增加 几千元 这种处理采用劳动密集型方式 并可能导致精致的部件细节被损坏 因为喷水清 理是通过加压的方式清除支撑材料 此外 卡在凹槽处的支撑材料可能由于喷不到而无法 清理干净 能最快 最有效地清理支撑材料的 是采用蜡作为支撑材料的 3D 打印机 通过 融化方式进行清理 可融化的支撑材料只需要一台专门的整理烘箱就能进行快速 批量清 洁 使用最少的劳动力 且不对物体表面施压 故不会对脆弱的细节处造成损坏 即使是 卡在凹槽内的支撑材料也可以被清理掉 这就能顺利打印复杂的几何形状 实现最大的设 计自由 蜡支撑材料的清理不需要使用化学用品 且清理掉的蜡材料可以与普通垃圾放置 在一起 无需特殊处理 请注意 一些受欢迎的 3D 打印机在打印过程中会将昂贵的构建 材料融入支持材料 共同进行支撑 这就增加了打印过程中消耗材料的总成本 这些打印 机通常还会产生大量的过程损耗 因此在打印同一组部件的情况下 会比其他打印机使用 更多的材料 即便使用同一台 3D 打印机 由于受到成型件结构的影响 单个成型件所需的费用也是 千差万别 因此 3D 打印服务的报价经常以典型物体打印价格或者平均水平的价格来呈现 也就不难理解了 如果需要对报价进行对比 可以提供您自己经典样件的一套 STL 数据让 供应商进行报价 并清楚地知道不同报价所包含和不包含的内容 从而选择性价比最高的 供应商 有些供应商提供的报价只包含了成型件所需模型材料的费用 而不含支撑材料或者 3D 打印过程中产生的其他损耗的费用 这种报价不是真实的 最终的报价 不同的 3D 打印工 艺的材料利用率差异很大 因此 实际的材料使用成本是衡量报价的另外一个重要参考 一些塑料件 3D 打印过程中需要同时消耗材料制作模型和支撑 支撑是一些稀疏的 用 于支持成型的结构 可以通过后处理轻松去除 相比其他塑料件成型工艺 3D 打印的方式 所使用的材料相对较少 浪费也较少 因此材料利用率更高 成本更低 还有一些塑料件 3D 打印工艺会损耗大量的支撑材料 因此往往采用不同性能的模型材 料和支撑材料 支撑材料相对价格更低一些 去除支撑的方式有融化 溶解 水压破除等 可能会用到强烈的腐蚀性化学品 要求特殊的处理方式和预防措施 水压破除的方式要求 有水源和排水渠 无疑会增加场地建设费用 而且这种支撑去除方法对人工劳动要求比较 多 还容易造成精细部件损坏或者支撑无法去除干净的问题 最快 最有效的支撑去除方 法是融化蜡质的支撑 在特殊的后处理烤炉的帮助下 蜡质支撑可以快速融化并被轻易去 除 深藏在成型件内部凹陷处的支撑也不在话下 而不会对成型件的细节与复杂结构产生 损害 去除蜡质支撑不需要化学品 融化出来的支撑材料可以视作普通垃圾 不需要特殊处 理 警惕那些在成型过程中使用高价的模型材料制作支撑的 3D 打印机 因为它们会大幅增 加整体打印成本 成型同样体积的样件 它们所需要的材料和损耗的材料明显更多 第三 3D 打印机细节分辨率 3D 打印机提供的最令人费解的指标之一是 分辨率 应谨慎使用 分辨率可能写成 每英寸点数 DPI z 轴层厚 像素尺寸 束斑大小和喷嘴直径等等 尽管这些参数有助于 比较同一类 3D 打印机的分辨率 但是很难用来比较不同的 3D 打印技术 最好的比较策略 是亲自用眼睛去鉴定不同技术打印出来的部件成品 查看锋利的边缘和拐角清晰度 最小 细节尺寸 侧壁质量和表面光滑度 使用数字显微镜会有助于部件成品的鉴定 因为这种 廉价设备可放大并拍摄微小的细节便于比较 对 3D 打印机进行鉴定测试时 至关重要的是 打印部件能准确地呈现设计效果 根据鉴定测试方式 对最小细节质量进行妥协 降低测 试结果的准确度 简单举例 分辨率的表述有 DPI dots per inch 每英寸的像素点 Z 轴方向层厚 像素大小 射束点大小 点直径等 在同类 3D 打印机对比时 这种表述可 能有帮助 但是如果用来考量多种 3D 打印技术则不太适用 其实 最好的对比方式是目视检查不同 3D 打印技术的样件 寻找是否存在剃刀般锋利 的边缘 清晰的角 最小的特征尺寸 薄壁件质量和表面光洁度 采用一台便宜的数字显 微镜来检查很有效 显微镜能够放大细节特征用于对比 在 3D 打印功能测试模型时 成型 件能够如实精确地反映设计特征是关键性因素 如果成型件精确度或分辨率不够 有些功 能测试的结果的准确性也会随之降低 第四 3D 打印精度 3D 打印通过层层叠加的方式制造部件 将材料从一种形式处理成另一种形式 从而创 造出打印部件 处理过程中可能会出现变数 如材料收缩 在打印过程中 必须进行补 偿以确保最终部件的准确度 粉末材料的 3D 打印机通常使用粘合剂 打印过程中拥有最小 的收缩变形度 因而成品准确度往往较高 塑料 3D 打印技术一般通过加热 紫外线光或二 者共用来处理打印材料 这就增加了影响准确度的风险因素 其他影响 3D 打印准确度的因 素还包括部件尺寸和几何形状 有些 3D 打印机提供不同程度的打印准备工具 可以为特定 的几何形状细调准确度 制造商宣称的准确度一般是指特定测试部件的测量值 实际情况 会因部件的几何形状而有所不同 所以有必要先确定您应用领域的准确度要求 然后使用 该应用涉及的几何形状进行测试打印 使用粉末材料的 3D 打印机所使用的粘合剂 通常不易