三d打印技術(shù)論文(2)
三d打印技術(shù)論文
三d打印技術(shù)論文篇二
談3D打印技術(shù)的優(yōu)勢(shì)
摘要：3D 打印技術(shù)是一種新興的快速成型技術(shù)，近一段時(shí)間以來(lái)受到了社會(huì)的廣泛關(guān)注。本文分析了3D打印技術(shù)的概念、工作原理，并對(duì)進(jìn)行了展望。
關(guān)鍵詞：3D打印技術(shù) 簡(jiǎn)介 工作原理 優(yōu)勢(shì) 展望
3D打印技術(shù)以前主要用來(lái)制造一些比較小型的東西。時(shí)至今日，一些大型制造商已經(jīng)開始準(zhǔn)備將其用來(lái)制造更大的物件。一些3D打印設(shè)備的制造商認(rèn)為，隨著這種技術(shù)的成熟，將來(lái)一些汽車零部件的庫(kù)存只需要保留電子文檔，而無(wú)需制造出來(lái)存在倉(cāng)庫(kù)。一旦有需要，直接打印即可。
一、3D打印技術(shù)簡(jiǎn)介
3D打印技術(shù)是指通過(guò)連續(xù)的物理層疊加，逐層增加材料來(lái)生成三維實(shí)體的技術(shù)，與傳統(tǒng)的去除材料加工技術(shù)不同，因此又稱為添加制造(AM，Additive Manufacturing)。作為一種綜合性應(yīng)用技術(shù)，3D打印綜合了數(shù)字建模技術(shù)、機(jī)電控制技術(shù)、信息技術(shù)、材料科學(xué)與化學(xué)等諸多方面的前沿技術(shù)知識(shí)，具有很高的科技含量。3D打印機(jī)是3D打印的核心裝備。它是集機(jī)械、控制及計(jì)算機(jī)技術(shù)等為一體的復(fù)雜機(jī)電一體化系統(tǒng)，主要由高精度機(jī)械系統(tǒng)、數(shù)控系統(tǒng)、噴射系統(tǒng)和成型環(huán)境等子系統(tǒng)組成。此外，新型打印材料、打印工藝、設(shè)計(jì)與控制軟件等也是3D打印技術(shù)體系的重要組成部分。
目前，3D打印技術(shù)主要被應(yīng)用于產(chǎn)品原型、模具制造以及藝術(shù)創(chuàng)作、珠寶制作等領(lǐng)域，替代這些領(lǐng)域傳統(tǒng)依賴的精細(xì)加工工藝。3D打印可以在很大程度上提升制作的效率和精密程度。除此之外，在生物工程與醫(yī)學(xué)、建筑、服裝等領(lǐng)域，3D打印技術(shù)的引入也為創(chuàng)新開拓了廣闊的空間。如2010年澳大利亞Invetech公司和美國(guó)Organovo公司合作，嘗試以活體細(xì)胞為“墨水”打印人體的組織和器官，是醫(yī)學(xué)領(lǐng)域具有重大意義的創(chuàng)新。
二、3D打印機(jī)的工作原理
3D打印機(jī)的工作原理其實(shí)很簡(jiǎn)單，通俗地說(shuō)，首先在電腦上設(shè)計(jì)一個(gè)完整的三維立體模型(也成為計(jì)算機(jī)輔助性設(shè)計(jì))，然后把膠體或粉末等“打印材料”裝入打印機(jī)，再將打印機(jī)與電腦相連接，就可以通過(guò)電腦控制把“打印材料”和三維立體模型一層層地疊加，最終把計(jì)算機(jī)上的藍(lán)圖變成實(shí)物。這種通過(guò)連續(xù)的物理層創(chuàng)建出三維對(duì)象的3D打印技術(shù)是疊加式制造工序的一種形式，與傳統(tǒng)的疊加式制造工序相比，其具有速度快、價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)。
在Windows網(wǎng)絡(luò)或工作站上運(yùn)行的打印設(shè)備軟件可以讀取大部分的3D文件格式計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)繪圖數(shù)據(jù)。
這種軟件的作用就是將數(shù)據(jù)傳輸至3D打印設(shè)備，從而控制印刷頭的移動(dòng)與材料輸出。在3D打印設(shè)備工作時(shí)，塑性模型材料細(xì)絲與可溶性支撐材料將被加熱至半液體狀態(tài)，然后通過(guò)擠壓頭輸出，精確地沉積成極其細(xì)微的分層。分層的厚度范圍在0.005英寸至0.013英寸(即0.127毫米至0.33毫米)，具體數(shù)值取決于打印設(shè)備性能。
印刷頭只沿水平方向或垂直方向移動(dòng)，模型與支撐材料將自低而上地構(gòu)造，壓盤根據(jù)實(shí)際情況上下移動(dòng)。在構(gòu)造模型時(shí)，有了支撐材料(圖中褐色部分物件)的承托，模型的懸掛部分能夠順利完成材料沉積，此外，支撐材料還有助于構(gòu)造結(jié)構(gòu)復(fù)雜的模型，如嵌套結(jié)構(gòu)，以及具有移動(dòng)部件的多重組件。打印工作完成后，可以將模型置于水中，支撐材料將會(huì)自行溶解，如果需要，還可以為模型涂上顏料，或者進(jìn)行其它處理。
三、使用3D打印技術(shù)，加快設(shè)計(jì)周期
一項(xiàng)產(chǎn)品停留在設(shè)計(jì)周期的時(shí)間越長(zhǎng)，推向市場(chǎng)的時(shí)間也會(huì)越漫長(zhǎng)，這意味著企業(yè)的潛在利潤(rùn)將會(huì)越來(lái)越少。某項(xiàng)調(diào)查表明，產(chǎn)品的上市時(shí)間是受訪者最關(guān)心的日常問(wèn)題。受訪者同樣表示，在17%的產(chǎn)品中，產(chǎn)品原型制作消耗相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間，是縮短上市時(shí)間的最大障礙。
業(yè)界普遍認(rèn)為產(chǎn)品應(yīng)該更加快速地推向市場(chǎng)。隨著縮短上市時(shí)間的重要性越來(lái)越大，在設(shè)計(jì)的概念階段，企業(yè)不得不縮減決策時(shí)間，同時(shí)又必須確保所作決定的準(zhǔn)確性。這些決定會(huì)影響大部分的成本因素，如材料選擇、制造技術(shù)以及設(shè)計(jì)壽命。通過(guò)快速制作產(chǎn)品模型進(jìn)行測(cè)試，加快設(shè)計(jì)迭代速度，3D打印技術(shù)可以優(yōu)化設(shè)計(jì)流程，為企業(yè)最大化潛在利潤(rùn)。
例如為專業(yè)領(lǐng)域生產(chǎn)噴漆和紋理設(shè)備的Graco公司，該公司的工程師使用一臺(tái)3D打印設(shè)備去測(cè)試各種噴漆槍和噴管組合，設(shè)計(jì)出最合理的噴流形式和試驗(yàn)出最精確的噴射量，而生產(chǎn)出的新型噴射紋理槍是由3D打印設(shè)備制作的ABS塑料功能原型。3D打印技術(shù)可以幫助減少產(chǎn)品開發(fā)時(shí)間，Graco公司估計(jì)減少的最大幅度可達(dá)75%。從一個(gè)絕妙的創(chuàng)意，到一項(xiàng)成功的產(chǎn)品，中間充滿著重重困難。GregStevens和James Burley在他們經(jīng)常被引用的新產(chǎn)品開發(fā)分析報(bào)告《3000個(gè)原始創(chuàng)意=1次商業(yè)成功》中指出，除了3000個(gè)原始創(chuàng)意，一項(xiàng)成功的創(chuàng)新還需要125個(gè)小規(guī)模計(jì)劃，4項(xiàng)大型開發(fā)和 1.7個(gè)產(chǎn)品發(fā)布。在評(píng)估創(chuàng)意是否值得投放開發(fā)資源時(shí)，3D打印技術(shù)能夠助企業(yè)一臂之力，縮短傳統(tǒng)評(píng)估所需要用的時(shí)間，提高效率。
四、3D打印技術(shù)未來(lái)發(fā)展的主要趨勢(shì)
隨著智能制造的進(jìn)一步發(fā)展成熟，新的信息技術(shù)、控制技術(shù)、材料技術(shù)等不斷被廣泛應(yīng)用到制造領(lǐng)域，3D打印技術(shù)也將被推向更高的層面。未來(lái)，3D打印技術(shù)的發(fā)展將體現(xiàn)出精密化、智能化、通用化以及便捷化等主要趨勢(shì)。
提升3D打印的速度、效率和精度，開拓并行打印、連續(xù)打印、大件打印、多材料打印的工藝方法，提高成品的表面質(zhì)量、力學(xué)和物理性能，以實(shí)現(xiàn)直接面向產(chǎn)品的制造;開發(fā)更為多樣的3D打印材料，如智能材料、功能梯度材料、納米材料、非均質(zhì)材料及復(fù)合材料等，特別是金屬材料直接成型技術(shù)有可能成為今后研究與應(yīng)用的又一個(gè)熱點(diǎn);3D打印機(jī)的體積小型化、桌面化，成本更低廉，操作更簡(jiǎn)便，更加適應(yīng)分布化生產(chǎn)、設(shè)計(jì)與制造一體化的需求以及家庭日常應(yīng)用的需求;軟件集成化，實(shí)現(xiàn)CAD/CAPP/RP的一體化，使設(shè)計(jì)軟件和生產(chǎn)控制軟件能夠無(wú)縫對(duì)接，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)者直接聯(lián)網(wǎng)控制的遠(yuǎn)程在線制造;拓展3D打印技術(shù)在生物醫(yī)學(xué)、建筑、車輛、服裝等更多行業(yè)領(lǐng)域的創(chuàng)造性應(yīng)用。
3D打印技術(shù)提供了一種極具成本效益的方式去完成多次設(shè)計(jì)迭代，在關(guān)鍵的開發(fā)過(guò)程初始階段，獲取產(chǎn)品設(shè)計(jì)的即時(shí)反饋信息。對(duì)于產(chǎn)品設(shè)計(jì)幾乎即時(shí)的修改，不僅有助于降低成本，而且能夠加快產(chǎn)品上市時(shí)間。對(duì)于在設(shè)計(jì)流程中采用3D打印技術(shù)的企業(yè)來(lái)說(shuō)，無(wú)疑增加了明顯的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。
隨著價(jià)格的下降，3D打印設(shè)備市場(chǎng)將會(huì)進(jìn)一步擴(kuò)大，尤其是在中小型企業(yè)和學(xué)校方面。3D打印設(shè)備耐用，打印快捷、準(zhǔn)確，成本低廉等好處可以幫助企業(yè)縮短產(chǎn)品上市周期，增強(qiáng)企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力。
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