懸浮半空，日后3D打印都不需要支撐了嗎？

將來(lái)的某一天，我們?cè)谟?D打印制造復(fù)雜幾何形態(tài)的時(shí)候，可能就不再需要支撐材料的幫助了——無(wú)重力3D打印技術(shù)就為我們呈現(xiàn)了這樣一幅充滿(mǎn)想象力和令人激動(dòng)的圖景。請(qǐng)想象一下 ，一個(gè)物體，懸浮在半空中，無(wú)論你用FDM、SLA還是SLS技術(shù)，它都能穩(wěn)定地保持自己在制造過(guò)程中的結(jié)構(gòu)。

在真空狀態(tài)下，打印所用的材料會(huì)漂浮在打印平臺(tái)之上，之后，一種特殊的3D打印技術(shù)會(huì)將其熔化，然后噴嘴、激光束或者UV光線（視你選擇的打印技術(shù)而定）在打印每一層的時(shí)候，物體會(huì)跟著同步地進(jìn)行旋轉(zhuǎn)和位移，最后打印出新的復(fù)雜結(jié)構(gòu)。也就是說(shuō)，改變現(xiàn)在模型不動(dòng)而噴頭動(dòng)的方式為噴頭不再移動(dòng)，讓模型自身動(dòng)起來(lái)。

打印的模型通過(guò)反重力裝置懸浮，在打印之初就需要設(shè)置好全部的參數(shù)——外形特點(diǎn)、幾何形狀和表面特征也必須設(shè)置。當(dāng)打印機(jī)打印完成的信號(hào)燈亮起，你就可以把你的模型從失重狀態(tài)的打印艙里抓出來(lái)了。

聽(tīng)起來(lái)太科幻了！不過(guò)，打破思想的藩籬，讓一切不可能變得可能，這才是發(fā)明的意義吧？現(xiàn)在，有三項(xiàng)新的打印技術(shù)，正在引領(lǐng)我們無(wú)限接近剛才的想象。

Mataerial模式


FDM的驚天逆襲

來(lái)自西班牙加太羅尼亞國(guó)家建筑學(xué)會(huì)（IAAC）的Petr Novikov 和Saša Jokić 和荷蘭的里斯•拉曼實(shí)驗(yàn)室一起，為“反重力建�！弊龀隽俗吭降呢暙I(xiàn)。這項(xiàng)技術(shù)可以通過(guò)調(diào)整3D打印過(guò)程中，機(jī)器處理模型傾斜度、平滑度和尖銳角度的方法，讓我們不會(huì)再看到打印中的模型在自己面前轟然崩塌的慘劇。

他們的目標(biāo)是反重力建模技術(shù)可以擺脫傳統(tǒng)的制造空間和支撐材料的限制，制造出幾乎所有大小和形狀的物體。

乍一看，這個(gè)機(jī)械臂粗糙的不像是3D打印器械，倒像是建筑工地里的打樁機(jī)……但是仔細(xì)看它所打印出來(lái)的軌跡，不是直立于某一水平面上的，而是浮在空中的！通過(guò)中和重力的影響，該團(tuán)隊(duì)突破了現(xiàn)有的3D打印物理極限，實(shí)現(xiàn)了任何角度任何方向上的打印！雖然目前打印仍然需要一個(gè)支點(diǎn)，但是跟現(xiàn)有的技術(shù)相比，已經(jīng)是巨大的突破。

這項(xiàng)技術(shù)可以向外擠壓熱熔型聚合物，這些聚合物材料可以在不同角度瞬間凝固成一個(gè)穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，它可以輕易附著在垂直立面上進(jìn)行多方向打印，打印出的曲線幾乎可以在空間中自由伸展并且無(wú)需支撐。

“無(wú)錨的”選擇性激光燒結(jié)技術(shù)（ASLS）

低溫環(huán)境下的SLS，快速燒結(jié)金屬粉末提高模型承壓。

如果把打印平臺(tái)比作一個(gè)池塘，那么3D打印里的支撐就非常像一個(gè)“錨”。

謝菲爾德大學(xué)高級(jí)增材制造研究中心（ADAM）的Neil教授和他的團(tuán)隊(duì)已經(jīng)開(kāi)發(fā)出一種新的激光燒結(jié)技術(shù)，通過(guò)把低溫熔體金屬粉末燒結(jié)成3D打印模型，來(lái)擺脫支撐對(duì)3D打印結(jié)構(gòu)的束縛，這種技術(shù)被稱(chēng)為“無(wú)錨的選擇性激光燒結(jié)技術(shù)”。

這個(gè)概念基于冶金學(xué)中的“低共熔合金”，這種合金會(huì)在一個(gè)較低的溫度（低共熔點(diǎn)）急劇凝固。舉例來(lái)說(shuō)，鋁的熔點(diǎn)是攝氏660度，硅是1414度，但是硅鋁合金的低共熔點(diǎn)溫度只有577度。如果他們能夠進(jìn)一步加快這一硬化過(guò)程，再?gòu)?fù)雜的幾何形態(tài)，在應(yīng)力點(diǎn)上都可以無(wú)需使用額外的支撐。

“當(dāng)3D打印在一層一層構(gòu)建新模型的時(shí)候，很大的一個(gè)障礙是模型需要依靠支撐進(jìn)行構(gòu)建，支撐就像是一個(gè)“錨”，模型的打印需要圍繞這個(gè)錨點(diǎn)來(lái)進(jìn)行構(gòu)建，只有這樣機(jī)器才能打印出懸伸出去的部分，而我們就在改變這種傳統(tǒng)的做法�！盢eil教授如是說(shuō)。

該團(tuán)隊(duì)目前還在探索在一個(gè)較高溫度上，實(shí)驗(yàn)材料鋁粉的性狀變化問(wèn)題，目前已經(jīng)取得了實(shí)質(zhì)性的進(jìn)展。

在利用SLS技術(shù)進(jìn)行打印的時(shí)候，為了轉(zhuǎn)移或減小某一結(jié)構(gòu)上過(guò)大的壓力，通常的方法是在此處增加一個(gè)錨點(diǎn)（即設(shè)置一個(gè)支撐），但是ASLS的對(duì)策是在低溫狀態(tài)急速固化模型來(lái)應(yīng)對(duì)壓力。


分布式凝膠打印技術(shù)（GDP）

FDM和SLA的跨界組合。

以色列公司MASSIVit 3D最近針對(duì)打印大型物件，研發(fā)了一種獨(dú)特的3D打印技術(shù)，尤其適合需要很多支撐的懸挑和多角的結(jié)構(gòu)。

分布式凝膠打印技術(shù)所用的打印機(jī)需要一個(gè)可移動(dòng)的起重機(jī)架來(lái)紫外光源照射光敏材料。一旦紫外線照射到某個(gè)區(qū)域，該區(qū)域內(nèi)的光敏性凝膠就會(huì)固化成堅(jiān)固的聚合物。結(jié)合該公司的專(zhuān)有軟件和特殊光敏性凝膠，分布式凝膠打印技術(shù)可以在沒(méi)有支撐的情況下輕易打印直立墻壁和天花板。

這項(xiàng)技術(shù)結(jié)合了FDM和SLA的雙重優(yōu)點(diǎn)，它使用類(lèi)似FDM的工作方式，以SLA的工作原理進(jìn)行打印。請(qǐng)把FDM機(jī)器的噴頭想象成一個(gè)UV燈，這個(gè)燈沿著打印路徑飛快移動(dòng)，固化路徑上的凝膠。


無(wú)支撐3D打印技術(shù)的巨大優(yōu)勢(shì)

第一項(xiàng)真正實(shí)現(xiàn)純粹的無(wú)支撐3D打印的技術(shù)，將創(chuàng)造3D打印向全工業(yè)行業(yè)滲透發(fā)展的局面，其中最具有經(jīng)濟(jì)價(jià)值的益處在于幫助裝備制造業(yè)實(shí)現(xiàn)真正的“零損耗”，為企業(yè)節(jié)省巨大的能源、材料和時(shí)間成本。

對(duì)于個(gè)人消費(fèi)者來(lái)說(shuō)，我們完全不需要花費(fèi)時(shí)間和精力在模型的后處理上，3D打印本來(lái)是非常炫酷的技術(shù)，而掰掉支撐的過(guò)程總是讓人郁悶和煩躁。讓我們一起期待著上述的三種技術(shù)早日普及吧。

編譯作者：老鹿，微信公眾號(hào)  智造桔（tino3d）