3D打印,即快速成型技術(shù)的一種,其工作原理與普通打印機(jī)基本相同,只是打印材料有些不同,普通打印機(jī)的打印材料是墨水和紙張,而3D打印機(jī)內(nèi)裝有金屬、陶瓷、塑料、砂等不同的原材料。具體工作過程:先通過計(jì)算機(jī)建模軟件建模,再將建成的三維模型“分區(qū)”成逐層的截面,即切片,然后指導(dǎo)打印機(jī)逐層打印。打印機(jī)通過讀取文件中的橫截面信息,用液體狀、粉狀或片狀的材料將這些截面逐層地打印出來,再將各層截面以各種方式粘合起來從而制造出一個(gè)實(shí)體。這種技術(shù)的特點(diǎn)在于其幾乎可以造出任何形狀的物品。
3D打印存在著許多不同的技術(shù)。它們的不同之處在于以可用的材料的方式,并以不同層構(gòu)建創(chuàng)建部件。
類型 |
累積技術(shù) |
基本材料 |
擠壓 |
熔融沉積式 |
熱塑性塑料,共晶系統(tǒng)金屬、可食用材料 |
線 |
電子束成形制造 |
幾乎任何合金 |
粒狀 |
直接金屬激光燒結(jié) |
幾乎任何合金 |
電子束熔化成型 |
鈦合金 |
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選擇性激光熔化 |
鈦合金,鈷鉻合金,不銹鋼,鋁 |
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選擇性熱燒結(jié) |
熱塑性粉末 |
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選擇性激光燒結(jié) |
熱塑性塑料、金屬粉末、陶瓷粉末 |
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粉末噴頭 |
石膏3D打印 |
石膏 |
層壓 |
分層實(shí)體制造 |
紙、金屬膜、塑料薄膜 |
光聚合 |
立體平板印刷 |
光硬化樹脂 |
數(shù)字光處理 |
光硬化樹脂[6] |
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幾大限制:
1、材料的限制
打印機(jī)也還沒有達(dá)到成熟的水平,無法支持日常生活中所接觸到的各種各樣的材料。目前打印機(jī)支持的材料基本為合金粉末、陶瓷、塑料等。
2、機(jī)器的限制
3D打印技術(shù)在重建物體的幾何形狀和機(jī)能上已經(jīng)獲得了一定的水平,但是那些運(yùn)動(dòng)的物體和它們的清晰度就難以實(shí)現(xiàn)了。
3、工藝的限制
例如汽車發(fā)動(dòng)機(jī)部件,需要依靠事先制作好的高強(qiáng)度原材料塊經(jīng)過精密的數(shù)控機(jī)打磨出來質(zhì)量才可靠,而且材料本身就很堅(jiān)固,所以能勝任高強(qiáng)度的環(huán)境下工作。如果靠打印,融化后一層層的疊上來,就只能看而不能使用。
4、軟件的問題
不同的3D打印設(shè)備的構(gòu)造是不同的,這就需要軟件的重新開發(fā),目前尚不能實(shí)現(xiàn)3D打印軟件的標(biāo)準(zhǔn)化。
產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀:在規(guī)模上,2013年全球3D打印市場規(guī)模大概接近40億美金,美國大概15億美金,歐洲大概10億美金,國內(nèi)大概3億美金。一年內(nèi)規(guī)模大概增長了一倍。
就目前而言,3D打印很難進(jìn)入傳統(tǒng)的如模具生產(chǎn)加工、通用型零部件等批量生產(chǎn)的制造業(yè)領(lǐng)域,主要因?yàn)?D打印生產(chǎn)1件和生產(chǎn)1萬件的成本單價(jià)基本接近,且其耗費(fèi)時(shí)間較長。而在非批量的、精密的、尖端的產(chǎn)品制造中其前景較大,比如航空航天、醫(yī)療器械等領(lǐng)域,打造的材料基本為鈦合金,鋁鋰合金,超高強(qiáng)度鋼,高溫合金等,這些材料基本都具有強(qiáng)度高,化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定,不易成型加工,傳統(tǒng)加工工藝成本高昂的特點(diǎn)。目前,我國是除美國以外第二個(gè)能夠利用3D打印技術(shù)制造飛機(jī)零件的國家。