快速成型 揭秘3D打印機

一句話解密3D打印

    3D打印，在專業(yè)領(lǐng)域，它又有另一個名稱“快速成型技術(shù)”。它出現(xiàn)于20世紀80年代后期，是基于材料堆積法的一種高新制造技術(shù)。這個并不新的技術(shù)，為何在這幾年突然火起來呢？

    工業(yè)級設備走入民間

    太爾時代科技有限公司的市場部經(jīng)理郭嶠認為，這主要得益于國外數(shù)百萬元級別的工業(yè)級3D打印設備，在這幾年，轉(zhuǎn)變?yōu)樽烂婕壍脑O備。有些3D打印“神器”售價在1500美元以內(nèi)，甚至更低，一時間受到DIY愛好者追捧，他們充分發(fā)揮自己的才智，打印出各種極具創(chuàng)意的3D物品，再加上網(wǎng)絡的發(fā)達，所以就在過去的兩年間，關(guān)于3D打印機，許多“魔幻現(xiàn)實主義”般的新聞突現(xiàn)在人們眼前。

    2011年3月，英國一名科學家設計出一款自行車，并用打印機一次成型地打印出車輪、軸承和車軸，更重要的是它可以騎，而且其堅固程度與鋼鋁材料不相上下；幾乎與此同時，美國康奈爾大學一位教授帶領(lǐng)他的學生，在實驗室里用一臺打印機，打印出一塊有草莓醬的巧克力蛋糕；2011年9月，世界首輛3D打印機制造的汽車現(xiàn)身加拿大溫尼伯市……

    另外，還有一個值得注意的原因，就是國際上的影響。美國為了實現(xiàn)“制造業(yè)回流”，2011年6月，奧巴馬宣布一項新政策，并向3D打印產(chǎn)業(yè)支出5億美元以提升美國在制造業(yè)上的領(lǐng)先地位；2013年2月，奧巴馬在國情咨文演講中表示，將建設一個包含15個制造創(chuàng)新中心的全國性網(wǎng)絡，希望專注于3D打印和基因圖譜等各種新興技術(shù)。

    原理：類似蠶的吐絲結(jié)繭

    對于3D打印機的工作原理，郭嶠打了一個形象的比喻：蠶吐出很細的絲，一層一層把自己包裹起來，就形成了一個“立體”的繭。雖然目前材料和工藝不一樣，但3D打印的基本原理都是根據(jù)要打印的物體形狀，通過一層層地堆積而成。比如塑料材質(zhì)，就是將塑料加熱后，形成塑料絲，然后將塑料絲一層一層地堆起來，就形成了三維物品；還有一種是用激光照射光敏樹脂或者金屬粉末，形成固體后堆積起來變成三維物品。

    不管是哪種材料，都是一層一層往上加材料，而不是像傳統(tǒng)制作工藝“車、洗、磨”那樣把原料削去。“3D打印是增加你需要的部分，傳統(tǒng)制作工藝是減掉你不需要的部分，這是兩種不同的方法論。”

    在北京3D照相館隔壁的北京上拓科技有限公司，記者也看到了各種不同打印工藝的機器，該公司市場營銷總監(jiān)邵先生介紹道，由于具體堆疊的形式有多種多樣，因此產(chǎn)生了多種3D打印工藝，每種工藝能夠打印的材料類型也不相同，如常見的有SLA（激光固化光敏樹脂成型）、FDM（熔融擠壓堆積成型）、3DP(三維噴涂黏結(jié)成型)、SLS（選擇性激光燒結(jié)成型）、Ployjet（噴墨成型）等，“而這五種主流的3D打印工藝我們這里都有�！�

    另外，目前3D打印機可打印的材料主要有石膏、尼龍、ABS塑料、PC、樹脂、金屬、陶瓷等，這些原材料都是專門針對3D打印而研發(fā)的新材料，并不是普通意義的石膏、塑料、樹脂，而原材料的形態(tài)一般有粉末狀、絲狀、液體狀等。

    3Done.cn的站長小彥指出，不同的技術(shù)有著不同的優(yōu)勢，同樣適合于不同的領(lǐng)域。FDM系統(tǒng)構(gòu)造原理和操作簡單，因此也是目前民用市場常用的一種3D成型技術(shù)；SLA所用的原料是光敏樹脂，這種原料遇光就凝固，特點就是成型速度快，精度非常高，做出來的東西表面很光滑，但是這種設備對操作要求非�？量蹋�不適合家用；SLS所用的原料金屬粉末和陶瓷粉末，屬于比較高端的技術(shù)，除了本身的設備成本，還需要很多輔助保護工藝，制造和維護成本非常高，一般適合大型制造業(yè)。

    北京3D照相館里打印彩色立體模型，則采用的是3DP技術(shù)，它是在色彩外觀方面，打印產(chǎn)品最接近成品的3D打印技術(shù)，而3D照相館使用的也是3DP技術(shù)的典型設備：3DS旗下的ZPrinter 650，最大可以輸出39萬色，色彩方面非常豐富。

    打印帶球的哨子只需40分鐘

    郭嶠認為，3D打印最主要的應用就是快速把產(chǎn)品推向市場。傳統(tǒng)制作方式下，拿到設計后，要先建模具，再做實體，周期都是以天計算，而且還不包括模具建錯了或者不適合客戶要求等狀況。而3D打印，不管模型多復雜，它所花的時間，是以小時計算的，比傳統(tǒng)的方式還是快得多。設計的產(chǎn)品打印出來后，還能快速驗證外觀、功能，這樣就能縮短產(chǎn)品研發(fā)周期。

    利威爾（香港）有限公司（句容利威爾電器有限公司）的魏宏輝認為，3D打印機還可以實現(xiàn)常規(guī)工藝實現(xiàn)不了的一些結(jié)構(gòu)零件�！爸灰�三維設計軟件能設計出來的，打印機都可以打印出來，根本不需要進行常規(guī)制造工藝的考慮”。比如傳統(tǒng)工藝中的實心部分無法做成空心，但是3D打印機就可以通過設置，將里面做成空心，直接打印出來，還能節(jié)省很多材料。

    他用自己的設備驗證了這個優(yōu)勢：他用3D打印機打印過一個帶球的哨子，按照常規(guī)的工藝，哨子應該分為幾步，先做外殼，再把球放進去，然后把外殼合起來，最后封起來。哨子要想做得好看，吹得響亮，不僅要花上數(shù)天的工夫，還要有很好的手工活才行，而通過3D打印機，只花了40分鐘左右，就做成一個哨子，更重要的是，哨子里面的球還在。

    對于3D打印機的工作效率，上拓科技的邵先生認為，在沒有3D數(shù)據(jù)之前無法準確界定所需要的時間，3D打印的時間取決于3D數(shù)據(jù)的體積和所選擇的打印工藝。同樣一個10厘米高的物件，如果是空心的，那么會比實心的更快完成打印，如果選擇3DP工藝，會比使用FDM工藝更快完成打印制作�！暗�毫無疑問，在小批量生產(chǎn)上，它肯定比傳統(tǒng)工藝制造速度要快得多�！鄙蠄D的花瓶，打印出來僅花了6個小時。

    主要用于批量生產(chǎn)之前

    由于各種原因，目前，3D打印技術(shù)在工業(yè)領(lǐng)域的應用主要還是在產(chǎn)品研發(fā)過程中的設計驗證，與傳統(tǒng)工藝相結(jié)合是當前最多的形式。如在進行批量生產(chǎn)之前，設計出產(chǎn)品，通過3D打印，打印出樣品，進行評估，及時發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品設計中存在的問題，并對設計的樣品進行功能測試等，甚至還包括用3D打印技術(shù)進行模具制造，如打印出真空鑄造件和熔模鑄造件的母模、注塑模等。

    這似乎與那些能夠打印飛機零件、巧克力甚至打印汽車的3D打印技術(shù)有著較大的區(qū)別。魏宏輝認為，這源于3D打印機自身的局限性，“目前的3D打印機，精度直接達到模具成型出來的那種程度，打印機的價格都非常昂貴。民用級的價格低，但是精度不夠。另外，不同的材質(zhì)需要不同的3D打印機，也就是說，暫時沒有一種打印機能通吃所有材料�！�

    但是，這些都沒有阻止他們對于3D打印技術(shù)的憧憬和向往，正如邵先生所說，“我相信隨著3D打印技術(shù)的發(fā)展，將會有越來越多的新工藝、新材料、新裝備的出現(xiàn)，3D打印也將能更好地滿足用戶的所有個性定制需求，而在工業(yè)領(lǐng)域則更好地實現(xiàn)設計到產(chǎn)品的直接制造。”而一旦到了那個時候，魏宏輝說“宅男也可以在家開工廠”；郭嶠說，如果車里的一個零件壞了，廠家就會把這個零件的3D數(shù)據(jù)發(fā)給離你最近的打印點，直接打印出零件來安裝上。