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三維印刷法

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更新時間：2019-06-11
發布人：wengkebiao

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三維印刷法 - 副本近年來，3D打印技術發展十分迅速，3D打印能夠按需定制、以相對低廉的成本制造產品，目前3D打印技術已經成為一種工業化力量。 3D打印原先只能用于制造產品原型以及模型，而現在3D打印已經用于制造工業產品。比如飛機將使用3D打印技術制造零部件，這些零部件能夠讓飛機變得更加輕，更加省油。另一方面，3D打印技術也在別的領域開始應用。例如醫療行業，通過3D打印制造的醫療植入物將提高一些患者的生活質量。這是因為3D打印技術能夠根據確切體型匹配定制，目前在鈦骨質植入物、義肢以及矯正設備均有應用。通過3D打印機制造的新產品將熔絲材料、納米材料以及印刷電子器件等融為一體，展現出3D打印的獨特優勢。
在工業中，許多工業器械僅僅根據設計圖紙進行加工，往往存在或多或少的誤差，而如果先做一個實驗品，那么加工一個昂貴的儀器又會造成很大的浪費，假如這個時候有一個能夠快速成型而且成本又低廉的3D模型就能夠很好的解決這個問題。3D打印不僅僅能大幅度減低成本還能大幅度縮短成型時間，提高生產效率。2011年11月歐洲舉行了一屆模具展，展出了一種新的設備—3D打印機。一家名為3D系統的美國公司用3D打印機當場打印了一個錘子，這個錘子有仿木質手柄和金屬錘頭。目前3D打印技術主要應用的市場是汽車行業，大眾汽車公司就已經開始這個工藝，且發展迅速，能夠推出更多的車型。3D打印技術帶來的所有變革促成了第三次工業革命。由于采用了新型材料、全新的生產工藝、易操作的機器人，以及在線制造協同服務的普及，制造業小批生產變得更加經濟，生產組織更加靈活，勞動投入大幅下降。
第一次工業革命始于18世紀晚期的英國紡織業機械。在工業革命以前，紡織業工作種類繁多，需要許多工人在數百間紡織工坊里面純手工完成，后來工作都集中到一間紡織廠里面，工廠就這樣誕生了。第二次工業革命始于20世紀早期，那時候亨利福特發明了裝配流水線，迎來了大規模生產的時代。前二次工業革命讓人們更加富裕，同時使得人口更加向城市集中。第三次工業革命中，3D打印無疑讓制造業往數字化方向發展。
在工業中3D打印有很多方面的應用，如直接用途、直接建模。直接建模就是直接利用3D打印技術直接加工模具，這種方法可以在制造工具的過程中根據不同的結構特征和工藝要求慢慢的減少一些步驟，得到成本和時間上的效益。同時直接的方式和非直接的方式比起來可以減少誤差，減少生產步驟中可能潛在的誤差，對于外形復雜的圖樣，3D打印技術的優勢更加明顯，其準確的程度可以和其他數碼制作或者逆向工程部件相媲美。第二就是高性能模具，對于高性能模具來說，縮短他的研制周期，要比縮短它的生產產品周期更為重要。3D打印技術可以改良高性能模具的熱屬性，這一點在傳統的加工中是不能實現的。3D打印技術可以讓模具內部通道冷卻依舊保形，這些通道允許冷卻劑以模模具型腔的狀態存在，而在傳統的工藝中，模具內部的冷卻過程會使其變形。第三，金屬鑄件模型化，3D打印工業也在金屬鑄造中開始應用起來，對于小型和中型的金屬鑄造，許多地方會使用熔模鑄造。鑄造廠鑄造過程中，對去模和熔模的過程會使用蠟或者性質像臘的材料直接打印鑄件模型。金屬鑄模有不同的形狀和大小，用3D打印技術做的一些最小的、最精密的金屬鑄模是在是飾品行業。
3D實物獲取的方法有：受迫成型、去除成型、離散/堆積成型、生長成型。其中受迫成型就是指成型材料受到壓力的作用而成型的方式。例如金屬材料成型的冷沖壓成型、鍛壓成型、拉伸成型、擠壓成型以及鑄造成型等等；它們都是依靠模具成型的，所以都屬于受迫成型。去除成型是人類從開始制作工具到現代化生產一直沿用的主要方法。通過刀具切削加工、磨削加工以及電火花加工，把一個毛坯上不要的部分切削掉，留下我們想要的部分。也就是傳統的加工方式。離散/堆積成型與傳統制造不同，它是從零件的CAD實體模型出發，通過軟件分層離散和數控成型系統，用層層加工的方法將成型材料堆積而成的方式。他是一種從0到1的加工方式，由于他把復雜的三維制造轉化為一系列二維制造，甚至是單維制造，因而可以不用任何夾具和工具的條件下制造形狀任意的零部件，極大的提高了生產效率和制造柔性。生長成型是指模仿自然界中生物的生長方式而成型的一種方式，它是一項生物科學與制造科學相結合的產物，將生長和成型融為一體，根據生物的生長信息、細胞分化來復制自身，以形成一個具有特定形狀和功能的三維體。
3D打印技術的主要成型工藝有立體光造型、疊層實體造型、選擇性激光燒結、熔融沉積制造、三維打印制造。其中立體光造型是指以光敏樹脂為材料，根據模型分層的截面數據，計算機控制紫外光束在光敏樹脂表面進行掃描，使其固化生成零件，每次產生零件的一層。每一層固化完畢之后，工作平臺移動一個層厚的高度，然后將樹脂涂在前一層上，如此反復，每形成新的一層均黏附在前一層上，直到完成零件的制作。疊層實體制造是先將涂有熱熔膠的紙通過加熱加壓黏結在一起，此時位于上方的激光器按照分層CAD模型所獲得數據，將一層紙切割所制零件的內外輪廓，然后新的一層疊加在上面，通過熱壓裝置將下面已經切割層粘接在一起，激光束再次進行切割。切割時工作臺連續下降。切割掉的紙片仍然留在原處，起支撐和固定作用。紙片厚度一般為0.07mm~0.1mm。選擇性激光燒結是SLS法采用CO2激光器作為能源，使用的造型材料多為粉末材料。加工時，首先將粉末加熱到稍低于其熔點溫度，然后在刮平輥子的作用下將粉末鋪平，攃CO2激光束在計算機控制下根據分層截面信息進行有選擇的燒結，一層完成后再進行下一層燒結，全部燒結完后去掉多余的粉末，這樣就可以得到一個燒結好的零件。目前成熟的工藝材料為蠟粉及塑料粉。熔融沉積制造是FDM工藝的關鍵是保持半流動成型材料剛好在凝固點上，通常控制在比凝固溫度高1℃左右。FDM噴頭受水平分層數據的控制，當它沿著XY方向移動時，半流動熔絲材料從FDM噴頭擠壓出來，很快凝固，形成精確的層。每一層的厚度范圍在0.025~0.762mm，一層疊一層，最后形成整體。三維打印制造（3DP）與SLS工藝類似，它采用粉末材料成形，如陶瓷粉末、金屬粉末，不同的是，材料粉末不是通過燒結連接起來的，而是通過噴頭噴射粘結劑至粉末表面形成一個固化的層面，如此一層層打印出來并層層疊加，最總形成立體三維模型。...

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