3d打印机原理是什么?3d打印机原理解析及应用

作者:小易整编 来源:小易整编 2022-06-21 09:19

近些年来有一个新的词逐渐进入人们的视野,那就是“3D打印机”,其实这个词也挺好理解的,就是打印三维立体物件的机器,听起来像是只存在于科幻片里的东西,但是它其实已经存在很久了,3D打印机原理是什么呢?它能打印出这么多东西,汽车、步枪甚至有设计师准备有那个3D打印机造房子,看起来真是很不思议,今天就让我们一起来探究下3D打印机原理。

  3D打印机原理是这样的,它其实是以一种数字模型文件为基础,运用粉末状金属或塑料等可粘合材料,通过逐层打印的方式来构造物体的技术。由于在3D打印机原理中把复杂的三维制造转化为一系列二维制造的叠加,因而可以在不用模具和工具的条件下生成几乎任意复杂的零部件,极大地提高了生产效率和制造柔性。3D打印机原理看着很简单,现在虽然有一些产品能直接打印出来,但要打印出精密产品还有很长的路要走。

3d打印机原理
3D打印机

  3D打印并非是新鲜的技术,早在20世纪80年代就存在3D打印这项技术了,但是当时的机器非常巨型而且昂贵,经过20多年的发展,技术逐渐成熟,机器也渐渐小型化,二十一世纪年以来3D打印机的销售逐渐扩大,价格也开始下降。

3D打印技术的基本原理

  首先得通过计算机辅助设计(CAD)或计算机动画建模软件建模,再将建成的三维模型“切片”成逐层的截面数据,并把这些信息传送到3D打印机上,3D打印机会把这些切片堆叠起来,直到一个固态物体成型。

3d打印机原理
把三维模型“切片”

  至于怎么堆叠这些“切片”,方式有很多种,小型3D打印机最为常用的就是用液态材料沉积成型,这个有点类似喷墨打印机,只不过喷头喷出的不是墨水而是热塑性塑料或共晶系统金属等可迅速固化的材料,也有采用激光烧结方式的3D打印机,加工原料就变成了各种固态粉末

  根据所用材料的不同3D打印的工艺可以细分为许多种,每种技术都有各自的优缺点,        目前3D打印技术的精度其实已经不错了,一般来说每层厚度可以达到0.1mm,当然也有部分打印机如Objet Connex 系列还有三维 Systems' ProJet 系列可以打印出16微米薄的一层,不过在弯曲的表面可能会比较粗糙,要获得光滑的物体可以打出一个稍微大一点的物体,然后再拿去打磨就可以了。

3D打印机的应用

  利用3D打印机,工程师可以验证开发中的新产品,把手中的CAD数字模型用3D打印机造成实体模型,可以方便的对设计进行验证及时发现问题,相比传统的方法可以节约大量的时间和成本。

  3D打印机也可以用于小批量产品的生产,这样就可以快速的把产品的样品提供给客户,或进行市场宣传,不用等模具造好后才造出成品,对于某些小批量定制的产品甚至连模具的成本都可以省去,比如电影中用到的各种定制道具。

3d打印机原理
左边的是原型右边的是3D打印出来的复制品,还原度还真高呢

  在好莱坞大片《十二生肖》中,成龙佩戴了专业扫描手套来扫描剧中十二生肖铜像,另外一边通过专业设备将所扫描的铜像完美打印,这个看似科幻的东西,这个现实中利用3D扫描和3D打印技术其实是能实现的。

3d打印机原理
电影《机械公敌》中的奥迪RSQ汽车就是使用3D打印制作的

  

打印带来了世界性制造业革命,以前是部件设计完全依赖于生产工艺能否实现,而3D打印机的出现,将会颠覆这一生产思路,这使得企业在生产部件的时候不再考虑生产工艺问题,任何复杂形状的设计均可以通过3D打印机来实现。3D打印无需机械加工或模具,就能直接从计算机图形数据中生成任何形状的物体, 从而极大地所缩短了产品的生产周期,提高了生产率。尽管仍有待完善,但3D打印技术市场潜力巨大,势必成为未来制造业的众多突破技术之一。

3D打印优点和技术原理


工程制造。在工程类制造方面,一方面是应用于国防军工、航空航天等高端制造的重要零部件生产,这些部件生产要求高,传统工艺往往无法达到或者即使达到但成本过高;另一方面是用于工程制造的小批量或者单件产品生产。

民用发展。在民用发展方面,带来制造工艺的深刻变革同时减少劳动力的成本,3D打印技术被誉为“第三次工业革命”的核心技术。

3D打印优点和技术原理


医疗方面。同时3D打印技术在医疗方面也有着显著的成效,可以用来打印假肢,帮助更多因为意外失去双腿的人重新站起来,和正常人一样生活。“3D打印心脏”是应用3D打印技术实施人类器官仿制的又一成果。该3D打印心脏可用于心脏解剖的副本,对于练习复杂的心脏手术大有裨益。同时还可以打印“肾脏器官”,但目前这些技术还尚不成熟。

建筑行业。在建筑业也成绩显著,3D打印的潜力远不止可以生产DIY的家居物品这么简单。实际上,这项技术甚至可以彻底颠覆传统的建筑行业。与传统建筑行业相比,3D打印的建筑不但建材质量可靠,还可节约建筑材料30%-60%、缩短工期50%-70%、减少人工50%-80%……根据测算,打印至少能使建筑成本降低50%以上,让更多人住得起房子。不过,新型“油墨”打印的建筑,其刚度、强度和耐久性等综合性能还待进一步验证。

3D打印使得人们可以在一些电子产品商店购买到这类打印机,工厂也在进行直接销售。科学家们表示,三维打印机的使用范围还很有限,不过在未来的某一天人们一定可以通过3D打印机打印出更实用的物品。


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