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耗材決定能力邊界——3D打印技術(shù)原理

3D打印技術(shù)在原理上并不復雜。與傳統制造業(yè)在材料上做減法不同,它奉行的是加法守則。要打印一個(gè)東西,你首先要有一張3D立體圖,配套的軟件會(huì )把這張圖上的物體進(jìn)行一系列數字切片,并將切片信息傳送到打印機,打印噴頭立刻啟動(dòng),根據切片信息,一層層極薄地堆疊出立體物件。

在這一核心“秘笈”指導下,不同打印機有不同的流派打法,而使用的“墨水”則是其中的關(guān)鍵。

在北京北五環(huán)外永豐科技園的北京計算中心,一臺售價(jià)160萬(wàn)元人民幣的Objet3D打印機,已經(jīng)在這里服務(wù)一年有余。這臺雙缸洗衣機大小的銀灰色打印機,使用光敏樹(shù)脂耗材,這是一種遇紫外線(xiàn)照射會(huì )立刻變硬的特殊材料,另外一種支撐材料也必不可少。在電腦的三維數據圖像的控制下,打印機的六個(gè)噴頭以16微米的厚度,一層層噴出液態(tài)材料,物體的部分使用光敏樹(shù)脂,其余部分則噴出填充材料,每噴一層,就進(jìn)行一次紫外線(xiàn)照射,液態(tài)材料隨即變硬。

打印完成后,最初從打印機肚子里拿出的是一個(gè)立方體,需要再給它洗個(gè)澡,沖去填充材料,打印的東西就“水落石出”了。

Stratasys公司使用的則是一種叫做“熔積成型”的技術(shù),整個(gè)流程是將一根粗的塑料繩,在噴頭內熔化液體,一層層沉積塑料纖維成型。還有一些系統使用粉末微粒作為打印介質(zhì),最常用的是石膏粉,粉末微粒被噴撒在鑄模托盤(pán)上形成一層極薄的粉末層,然后由噴頭噴出的液態(tài)粘合劑進(jìn)行固化,或者用“激光燒結”,熔鑄成指定形狀。

耗材的擴展,決定了3D打印機的能力邊界。

受到耗材的限制,3D打印最初的應用主要局限在樣品制作。汽車(chē)零部件制造商或齒科醫生在完成一個(gè)產(chǎn)品設計時(shí),往往需要用一臺3D打印機在幾個(gè)小時(shí)內打印出其設計的產(chǎn)品,反復修改后再投入到規?;纳a(chǎn)線(xiàn)制造,這種樣品制作方式相比傳統的模型制作極大地節約了時(shí)間和材料成本。

隨著(zhù)可供打印使用的耗材的不斷拓展,3D打印也逐漸具備了制作成品的可能。這是3D打印技術(shù)一個(gè)質(zhì)的飛躍,這種變化在最近兩年才逐步發(fā)生。2011年,鈦合金和不銹鋼材料的使用,使波音公司開(kāi)始用這種技術(shù)直接打印飛機機翼,當然這種打印機的體型和價(jià)格都在另一個(gè)層級上。

目前,僅Objet一家公司已經(jīng)可以使用14種基本材料并在此基礎上混搭出107種材料,兩種材料的混搭使用、上色也已經(jīng)是現實(shí)。這些材料的價(jià)格便宜的幾百塊(人民幣)一公斤,最貴的要4萬(wàn)元左右。

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