3d打印的低成本快速原型制造

作者：Mike Hudspeth，IDSA    來源：《Cadalyst》雜志
在您全力以赴地設(shè)計完自己的方案，此時您認(rèn)為自己獲得所有需要的成果，這時，你覺得有必要親手觸摸一下實(shí)體原型的感覺了。這時，你要做出幾項(xiàng)選擇。在所謂美好的“老時光”（以往經(jīng)歷中），你需要制作完整的詳圖，將詳圖發(fā)給機(jī)加工車間，讓車間制作模型。這樣的方式需要幾周才能獲得返回的模型，再尋找是否需要做出修改。這樣需要幾次反復(fù)，你才有足夠的信心在設(shè)計方案上簽字，然后開始預(yù)備性加工。然后，你必須有足夠的原型以供進(jìn)行測試。

機(jī)加式方式可以為你提供這個能力，但是此時如果需要做出修改，則這個過程的成本高得可怕而且十分費(fèi)時�；�稽的是，那些所謂美好的“老時光”（以往經(jīng)歷）聽起來不再美妙。但是，如今的做法已經(jīng)完全不同，您會做的更好。

我們可以做得更好。我們擁有了正確的技術(shù)。我們的原型制作工作比以前更好，而且也不會花上600萬美元。今天，我們可以采用快速原型方法。什么是快速原型方法呢？這就要略加說明了�？焖僭�型（RP）是唯一一種從20世紀(jì)繼承下來的最令人興奮的技術(shù)！可以將它設(shè)想為《星際迷航》中的復(fù)制機(jī)的早期階段。這是一種可以制作出你想要的任何原型的設(shè)備，而且無需花費(fèi)高昂的加工成本。

內(nèi)在技術(shù)
當(dāng)然，不同的快速原型設(shè)備采用不同的技術(shù)。其中絕大多數(shù)均采用了venerable stereolithography（STL）文件格式。
這種文件格式可讓RP制造設(shè)備能夠?qū)⒛愕挠嬎銠C(jī)模型切成薄層，有些薄層不足0.005英寸，并能夠讓RP制造設(shè)備逐層構(gòu)建和堆疊這些薄層，直至整個部件制作完成。這個過程稱為添加材料制造工藝。它通過添加材料來制作部件。
另一項(xiàng)技術(shù)就是光敏樹脂激光選擇性固化,，這項(xiàng)技術(shù)采用激光器來加工的光敏固化樹脂。一些原型制造設(shè)備采用了粉末材料，粉末可以在光作用或電作用下熔結(jié)。其它一些設(shè)備采用了通過加熱噴頭輸出的精細(xì)塑料條。還是一些其它設(shè)備可供使用，但這里我將只集中討論這些。
所有RP設(shè)備中共同的一件事是其高昂的成本（一些設(shè)備耗資數(shù)十萬美元）。其它共同的顯著特性是昂貴的原材料以及必須嚴(yán)格控制的工作環(huán)境。從以前來看，這些方面都導(dǎo)致RP只能成為專業(yè)型供貨商的小宗生產(chǎn)，但時代不同了。價格正在下滑中。在過去幾年，一場靜默無聲的革命正在進(jìn)行當(dāng)中，并且將會給所有人帶來大范圍的影響。

桌面三維打印機(jī)的價格目前已經(jīng)降到3萬美元以下。這些三維打印機(jī)與常規(guī)RP設(shè)備的差別在哪里呢？三維打印機(jī)通常不需要提供嚴(yán)格控制的環(huán)境。其原材料也不昂貴，雖然這方面也會有一些異議。但很不幸的是，這些打印機(jī)所制造的部件一直沒有很高的分辨率，達(dá)不到那些高價設(shè)備的水平，表面光潔度也不夠好。但相對于僅僅只有RP設(shè)備幾分之一的價格來說，已經(jīng)可以供你制作出設(shè)計方案的實(shí)體模型了。而且，如果你需要制作大量的RP，則不必多想，自行購買設(shè)備比較劃算。我們來看一些其它的機(jī)型。

相關(guān)廠商
很明顯，我不能一一詳述低成本RP設(shè)備的所有制造廠商，但我將講到一些突出的廠家。第一家，也有可能是最貴的一家，就是Stratasys。Stratasys（3萬美元，圖1）正在持續(xù)降低其專業(yè)RP設(shè)備的價格。雖然目前已經(jīng)提供了多項(xiàng)技術(shù)，但Stratasys所使用的是熔融沉積制造技術(shù)(FDM)。它采用了從加熱頭中抽出的工程塑料細(xì)絲來編織每一層。其分辨率通常限制在±0.005，如果您在設(shè)計中采用了圓滑的曲線，則將會最終獲得絕大多數(shù)的RP技術(shù)中都會表現(xiàn)出來的較不理想的階梯現(xiàn)象。由于塑料細(xì)絲的熔融作用，模型還會呈現(xiàn)相當(dāng)多孔的紋理，但你可以用于溶劑將這些孔密封住。

通過追蹤計算機(jī)模型的每一層，你就可以制作出可把玩于手中的精
妙實(shí)體模型。
Z Corp.公司在幾年之前進(jìn)入低成本RP市場并獲得了相當(dāng)大的成功。這家公司贏得所有人都?xì)g迎的一項(xiàng)著名成就：能夠在同一RP模型上以多種顏色進(jìn)行打�。▓D2）。這種能力讓您可以根據(jù)圖片制作模型，或表現(xiàn)出諸如超量模鑄的模型。已經(jīng)有許多家公司在采用這項(xiàng)技術(shù)來快速實(shí)現(xiàn)設(shè)計方案的可視化表現(xiàn)，而且避免了上漆過程。Z Corp的多款打印成型機(jī)均采用以膠粘劑粘在一起的粉末以及浸滲劑來制作模型，這便是能夠處理色彩的主要原因。其打印頭非常類似于噴墨打印機(jī)的打印頭。這項(xiàng)技術(shù)非常出色。其分辨率相當(dāng)好，但紋理卻略顯粗糙。

Z Corp.具有以你想要的任何色彩組合制作模型的獨(dú)特能力。
市場參與者越來越多
除了我上面提到過的以外，還有一些其它設(shè)備類型。其中一款甚至能夠用糖來制造模型（糖尿病患者小心�。��？扇藗冇眠@樣的模型來做什么呢？醫(yī)生使用RP來制作匹配程度更好的假體。廚師們用RP來制作精美的裝飾品以及從前無人可以做到的食品組合。
你可以盡量做到自己想做的一切，設(shè)計和構(gòu)建自己的塑料模型組件。實(shí)際上，低成本RP技術(shù)擁有許多用途。唯一的限制只是你自己的想像力而已。