最近，“三維(3D)打印”一詞持續(xù)升溫，不斷涌向各大IT門(mén)戶網(wǎng)站，歐美國(guó)家更有專家認(rèn)為這項(xiàng)技術(shù)代表著制造業(yè)發(fā)展的新趨勢(shì)，3D打印機(jī)也因 此被評(píng)為了2012年的十大發(fā)明之一。但需要指出的是，3D打印技術(shù)的歷史，并不比噴墨打印短多少，它誕生于1986年。將數(shù)字化的3D圖形轉(zhuǎn)化成為物理 實(shí)物，這一想法最早是由美國(guó)人查爾斯.豪爾申請(qǐng)的專利(Charles W. Hull)申請(qǐng)的專利(美國(guó)專利4573330)，其原理為立體光刻造型(stereolithography)。

 

　　那么什么是3D打印機(jī)呢？

 

　　我們?nèi)粘Ｉ钪惺褂玫钠胀ù蛴C(jī)可以打印電腦設(shè)計(jì)的平面物品，而所謂的3D打印機(jī)與普通打印機(jī)工作原理基本相同，只是打印材料有些不同，普通打印機(jī)的打 印材料是墨水和紙張，而3D打印機(jī)內(nèi)裝有金屬、陶瓷、塑料、砂等不同的“打印材料”，是實(shí)實(shí)在在的原材料，打印機(jī)與電腦連接后，通過(guò)電腦控制可以把“打印 材料”一層層疊加起來(lái)，最終把計(jì)算機(jī)上的藍(lán)圖變成實(shí)物。通俗地說(shuō)，3D打印機(jī)是可以“打印”出真實(shí)的3D物體的一種設(shè)備，比如打印一個(gè)機(jī)器人、打印玩具 車(chē)，打印各種模型，甚至是食物等等。之所以通俗地稱其為“打印機(jī)”是參照了普通打印機(jī)的技術(shù)原理，因?yàn)榉謱蛹庸さ倪^(guò)程與噴墨打印十分相似。這項(xiàng)打印技術(shù)稱 為3D立體打印技術(shù)。

 

　　3D打印的技術(shù)主要包括SLA、FDM、SLS、LOM等工藝，下面我們簡(jiǎn)單介紹三種主流技術(shù)：

 

　　1、立體光刻造型技術(shù)(SLA)：網(wǎng)友們可以想象一下把一根黃瓜切成很薄的薄片再拼成一整根。先由軟件把3D的數(shù)字模型，“切”成若干個(gè)平面，這就形成 了很多個(gè)剖面，在工作的時(shí)候，有一個(gè)可以舉升的平臺(tái)，這個(gè)平臺(tái)周?chē)幸粋€(gè)液體槽，槽里面充滿了可以紫外線照射固化的液體，紫外線激光會(huì)從底層做起，固化最底層的，然后平臺(tái)下移，固化下一層，如此往復(fù)，直到最終成型。

 

　　其優(yōu)點(diǎn)是精度高，可以表現(xiàn)準(zhǔn)確的表面和平滑的效果，精度可以達(dá)到每層厚度0.05毫米到0.15毫米。缺點(diǎn)則為可以使用的材料有限，并且不能多色成型。

 

　　2、熔融沉積成型技術(shù)，同樣是需要把3D的模型薄片化，但是成型的原理不一樣。學(xué)過(guò)高等數(shù)學(xué)的朋友都知道積分，熔融沉積成型技術(shù)，就是把材料用高溫熔化 成液態(tài)，然后通過(guò)噴嘴擠壓出一個(gè)個(gè)很小的球狀顆粒，這些顆粒在噴出后立即固化，通過(guò)這些顆粒在立體空間的排列組合形成實(shí)物。

 

　　這種技術(shù)成型精度更高、成型實(shí)物強(qiáng)度更高、可以彩色成型，但是成型后表面粗糙。

 

　　3、選擇性激光燒結(jié)(簡(jiǎn)稱SLS)不同材料的粉末為原料

 

　　SLS工藝又稱為選擇性激光燒結(jié)，由美國(guó)德克薩斯大學(xué)奧斯汀分校的C.R. Dechard于1989年研制成功。SLS工藝是利用粉末狀材料成形的。將材料粉末鋪灑在已成形零件的上表面，并刮平；用高強(qiáng)度的CO2激光器在剛鋪的新層上掃描出零件截面；材料粉末在高強(qiáng)度的激光照射下被燒結(jié)在一起，得到零件的截面，并與下面已成形的部分粘接；當(dāng)一層截面燒結(jié)完后，鋪上新的一層材料粉末，選擇地?zé)Y(jié)下層截面。

 

　　在3D打印技術(shù)可以打印器官、汽車(chē)、飛機(jī)的今天，它還在創(chuàng)造無(wú)限的可能。著名的《經(jīng)濟(jì)學(xué)人》最近描述了3D打印技術(shù)的前景是一種新型的生產(chǎn)方式，能夠促成新的工業(yè)革命。其擁有廣闊的市場(chǎng)前景。

 

　　首先3D打印技術(shù)可以加工傳統(tǒng)方法難以制造的零件。過(guò)去傳統(tǒng)的制造方法就是一個(gè)毛坯，把不需要的地方切除掉，是多維加工的，或者采用磨具，把金屬和塑料 融化灌進(jìn)去得到這樣的零件，這樣對(duì)復(fù)雜的零部件來(lái)說(shuō)加工起來(lái)非常困難。立體打印技術(shù)對(duì)于復(fù)雜零部件而言具有極大的優(yōu)勢(shì)，立體打印技術(shù)可以打印非常復(fù)雜的東 西。

 

　　其次實(shí)現(xiàn)了首件的凈型成形，這樣后期輔助加工量大大減小，避免了委外加工的數(shù)據(jù)泄密和時(shí)間跨度，尤其適合一些高保密性的行業(yè)，如軍 工、核電領(lǐng)域。再次由于制造準(zhǔn)備和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的時(shí)間大幅減少，使得單件試制、小批量出產(chǎn)的周期和成本降低，特別適合新產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)和單件小批量零件的出產(chǎn)。

 

　　這些速度快、高易用性等優(yōu)勢(shì)使得3D打印成為一種潮流，并且在很多領(lǐng)域得到了應(yīng)用。如今3D打印機(jī)已經(jīng)在建筑設(shè)計(jì)、醫(yī)療輔助、工業(yè)模型、復(fù)雜結(jié)構(gòu)、零配 件、動(dòng)漫模型等領(lǐng)域都已經(jīng)有了一定程度的應(yīng)用。尤其在飛機(jī)、核電和火電等使用重型機(jī)械、高端精密機(jī)械的行業(yè)，3D打印技術(shù)“打印”的產(chǎn)品是自然無(wú)縫連接 的，結(jié)構(gòu)之間的穩(wěn)固性和連接強(qiáng)度要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)方法。

 

　　事實(shí)上，3D打印技術(shù)要成為主流的生產(chǎn)制造技術(shù)還尚需時(shí)日。

 

　　3D打印機(jī)目前的實(shí)際使用仍屬于快速成型范疇，即為企業(yè)在生產(chǎn)正式的產(chǎn)品前提供產(chǎn)品原型的制造，業(yè)內(nèi)也將這類原型稱作手板。據(jù)統(tǒng)計(jì)，3D打印機(jī)生產(chǎn)的產(chǎn)品 中80%依舊是產(chǎn)品原型，僅有20%是最終產(chǎn)品。雖然3D打印機(jī)技術(shù)近年來(lái)已取得不小的進(jìn)步，比如材料增多、打印機(jī)和原材料價(jià)格逐漸下降，但從目前看，依 舊是一項(xiàng)年輕的技術(shù)，在沒(méi)有變得更加成熟和廉價(jià)前，并不會(huì)被企業(yè)大規(guī)模采用。

 

　　3D打印未來(lái)

 

　　傳統(tǒng)制造中，越復(fù)雜的產(chǎn)品如果需要改動(dòng)的地方越多，意味著越高的成本。但在數(shù)字化制造中，這一切在改變。制作個(gè)性化的產(chǎn)品并不會(huì)花費(fèi)更多額外的成本，讓產(chǎn)品更多樣、復(fù)雜和靈活變得簡(jiǎn)單，因?yàn)橹恍枰膭?dòng)模型參數(shù)，另一個(gè)想要的產(chǎn)品就會(huì)出現(xiàn)。

 

　　美國(guó)的3D打印技術(shù)起步較早，目前這項(xiàng)技術(shù)在美國(guó)已經(jīng)產(chǎn)業(yè)化，目前全球的兩家3D打印機(jī)制造巨頭，分別是Stratasys和3D Systems，均在美國(guó)納斯達(dá)克上市，希望能把3D打印技術(shù)推廣到過(guò)去未曾涉足的新領(lǐng)域。其他國(guó)家也加緊研究3D打印技術(shù)的步伐，并取得了巨大的成果。

 

　　但需要指出的是，3D打印機(jī)并非“萬(wàn)能機(jī)”，目前存在的各類問(wèn)題，包括打印機(jī)價(jià)格昂貴、可制作原材料少、輸出的產(chǎn)品質(zhì)量低、制作成本高、運(yùn)用領(lǐng)域仍狹窄等，使3D打印仍處于早期的發(fā)展階段。但業(yè)內(nèi)對(duì)其未來(lái)發(fā)展卻充滿期待。