3D打印的概念早可以追溯到19世紀末,那時正處于第一次工業革命的尾聲,美國研究出了照相雕塑和地貌成型技術。
于是,便有人開始思考能不能有一種打印技術可以對物體進行三維的打印。在那之后便產生了3D打印的核心制造理念。
到了1978年,美國科學家RF Housholder獲得了類似"快速成型"技術(3D打印機應用的技術)的專利,但還沒有被企業大批量應用。
1989年,美國得克薩斯大學奧斯汀分校的C.R.Deckard研制出了“選擇性激光燒結”(SLS工藝)并獲得專利,該項技術是3D打印機的核心技術所在,標志著3D打印將走向市場。
終于,在20世紀80年代后期,美國科學家發明了一種可打印出三維效果的打印機,并將其成功推向市場。
從此,3D打印技術越來越多的走進人們的生活。
3D打印技術是由3D打印機來呈現,反過來,3D打印機的發展程度也象征著3D打印技術的發展水平。
3D打印機,又被稱為三維打印機(即常見的3DP),采用分層打印、累計成型的制造方法,是快速成型技術的一種機器。
3D打印機通過將目標物品層層分割,運用特殊蠟材、粉末狀金屬或塑料等可粘合材料進行層層打印然后累積,終打印出目標物品。
打印技術是區分3D打印機類別的重要因素,打印技術有很多種:LCD選擇性區域透光原理(lcd)、熔融堆積(FDM)、數字光處理(DLP)等。
3D打印機的結構組成可分為硬件部分、軟件部分兩大部分部分。其中,硬件部分又可分為機械部分和電子部分。
軟件部分:相當于無人機的指令程序,3D打印機采用分層打印、累計成型的方式進行打印,打印機軟件部分的作用就是將建立好的目標模型進行層層分割,為硬件部分提供需要打印的坐標指令。
機械部分:即打印機的物理組成,也是打印機用來執行軟件命令的部分,相當于無人機的機身、機尾等部件。打印機的機械部分由電機、支架、傳送帶、支撐平臺、螺旋桿等部件組成。這些部件在打印機外殼內形成一個三維空間,分別記為XYZ軸,打印機在打印時根據這三個軸來進行打印定位。
電子部分:相當于無人機的監控、存儲等部分。是銜接軟件部分和機械部分的橋梁,主要由控制電路、數據處理電路、輸入輸出等模塊組成。起到為軟件提供數據存儲,為硬件提供驅動、溫度控制等作用。
雖然劃分三個部分,但當打印時,三個部分需要深度協同才能完成打印。
3D打印機的具體操作流程如下:
第一步,先利用計算機上的CAD軟件對目標物品進行建模。
第二步,利用U盤等可移動存儲工具將已經建好的模型存入3D打印機,經由可移動存儲工具轉移的文件格式必須是STL或STP文件格式。
第三步,打印機讀取文件中模型的截面信息(如尺寸),用特殊蠟材、粉末狀金屬或塑料等可粘合材料進行層層打印。
第四步,以合適的方式將各層截面粘和起來,打印過程完成。
3D打印機的打印過程不比傳統的制造過程簡單多少,但3D打印卻比傳統制造有很多的優點,這里列出3D打印機三個突出的優點:
3D打印機利用XYZ三個軸可以對打印空間內的每一個位置進行定位,從而可以實現精準打印。利用這個技術,3D打印機可以不用顧慮目標物品的復雜工藝,而只要有了目標物品的模型便可以打印出來,這是傳統的制造工藝難以比擬的一點。
與傳統工藝(如注塑法)相比,3D打印機采用粘合劑和材料相結合的方式。該方式只要在不需要打印的地方不添加粘合劑即可使用不上的材料不與目標物品結合,打印完成后輕易就能把這些用不上的材料清理出來,節約大量的時間。而且清理出來的材料還可以再次使用,物料的節省度也比傳統工藝高出許多。
由于3D打印機使用的“墨水”是原始的材料,可能是各種塑料,也可能是各種金屬、陶瓷,有些打印機可以結合這些不同的材料,從而使打印出來的物體在不同地方的屬性(比如硬度、強度)不相同,這也是傳統工藝做不到的地方。
此外,3D打印機還存在很多優于傳統工藝的優點,如生產周期更短、可靠性更高。
3D打印機設計CAD、CAM、CNC、精密伺服驅動、光電子和新材料等多種先進技術,是科技融合體模型中新的高"維度"的體現之一。
近幾年,隨著3D打印技術設計到的領域的快速發展,3D打印機也開始走入人們的生活,但由于其價格高昂,還是很難大范圍推廣。
隨著技術的不斷迭代,相信在不遠的將來,3D打印機所在的領域將成為一個空前未有的大市場,就像中國物聯網校企聯盟對它的稱謂: “上上個世紀的思想,上個世紀的技術,這個世紀的市場”。
(原標題:秒懂3D打印,沒有你想象的那么邪乎)