免费初学者指南

欢迎来到3DPI“初学者3D打印指南”。无论您是3D打印技术还是仅仅要关闭一些知识差距,我们都会停止。到目前为止,我们大多数人都在某种程度上听到了3D打印的潜力。但是,通过本指南,我们正在为历史和3D打印的现实提供见解 - 流程,材料和应用程序 - 以及对可能导航的地方的测量思想。我们希望您能发现这是最全面的3D打印资源之一,无论您的技能水平如何,都在这里会有很多,以满足您的需求。

你准备好了吗?让我们开始吧!

01 - 3D印刷基础知识

3D打印——也被称为增材制造——已经被《金融时报》和其他来源引用,被认为可能比互联网更大。有些人相信这是真的。许多人认为,这是围绕这个令人兴奋的技术领域存在的非凡炒作的一部分。那么3D打印到底是什么呢?一般谁会使用3D打印机?

概述

术语3D打印包括一个大量的过程和技术这为不同的零部件和产品的生产提供了全方位的能力材料。基本上,所有的过程和技术都具有共同的方式是在添加过程中通过层进行层的方式,与涉及减法方法或模塑/铸造方法的传统生产方法形成对比。应用程序三维印刷几乎在当天出现,因为这种技术继续穿越工业,制造商和消费者行业的更广泛和深入地渗透,这仅设置增加。这项技术部门的最常见的评论员同意,截至今天,我们只是开始看到3D打印的真正潜力。3DPI是一个可靠的3D打印的媒体来源,为您带来了所有最新的新闻,视图,流程开发和应用程序,因为它们在这个令人兴奋的字段中出现。此概述文章旨在为3DPI受众提供3D打印的可靠背景,就它(技术,流程和材料),其历史、应用领域和效益

介绍-什么是3D打印?

3D打印是一种从三维数字模型制作物理对象的过程,通常通过铺设许多连续的材料层。它通过材料层添加层将数字物体(其CAD表示)与其物理形式带入其物理形式。

有几种不同的技术来3D打印一个对象。3D打印带来了两个基本的创新:以数字格式处理物体和通过添加材料制造新形状。

数字的

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加法制造

科技对近代人类历史的影响可能比其他任何领域都要大。想想电灯泡、蒸汽机,或者更晚一些的汽车和飞机,更不用说万维网的不断崛起。这些技术在很多方面改善了我们的生活,开辟了新的途径和可能性,但通常需要时间,有时甚至是几十年,才能让技术真正的颠覆性变得明显。

人们普遍认为,3D打印或增材制造(AM)有巨大的潜力成为这些技术之一。目前,3D打印技术已经覆盖了许多电视频道、主流报纸和网络资源。有些人声称3D打印技术将终结我们所知的传统制造业,彻底改变设计,并给我们的日常生活带来地缘政治、经济、社会、人口、环境和安全方面的影响,这到底是什么?

3D打印背后最基本、最与众不同的原理是,它是一种增材制造过程。这确实是关键,因为3D打印是一种完全不同的制造方法,基于先进的技术,再加上,在毫米级的层次上构建部件。这从根本上不同于任何其他现有的传统制造技术。

传统的制造业普遍以人力劳动为基础,手工制造的意识形态可以追溯到法语单词“制造”本身的词源,但它也有一些局限性。然而,制造业已经发生了变化,机械加工、铸造、成型和成型等自动化过程都是(相对而言)新的、复杂的过程,需要机器、计算机和机器人技术。

然而,这些技术都需要从更大的块中减去材料,无论是实现最终产品本身,还是生产一个铸造或成型过程的工具,这是一个严重的限制在整个制造过程中。

对于许多应用,传统的设计和生产过程强加了许多不可接受的限制,包括如上所述的昂贵的工具,固定装置,以及对复杂部件的组装的需求。此外,减量制造工艺(例如加工)可导致浪费的最高90%的原始材料块。相比之下,3D打印是通过以各种方式添加材料层,根据所使用的技术以各种方式添加素材层来创建对象的过程。为仍然试图了解概念的任何人来说,简化了3D打印背后的意识形态,可以将其自动与Lego块建立内容的过程。

3D打印是一种鼓励和驱动创新的技术,具有前所未有的设计自由,同时是一个无工具的过程,减少了高昂的成本和交付时间。组件可以专门设计,以避免复杂的几何形状和复杂的功能,而不需要额外的成本。3D打印也是一种新兴的节能技术,它可以通过更轻更强的设计,在制造过程本身和整个产品使用寿命方面提供环境效率,使用高达90%的标准材料。

近年来,3D打印已经超越了工业原型和制造过程,小公司甚至个人都更容易获得这项技术。3D打印机曾经是大型跨国公司的领域,由于拥有3D打印机的规模和经济,更小的(性能较差的)3D打印机现在可以买到不到1000美元。

这已将技术开放到更广泛的受众,随着指数采用率在所有方面继续均,越来越多的系统,材料,应用,服务和辅助。

02 -3D打印的历史

最早的3D打印技术第一次成为可见在80年代末,当时他们被称为快速原型(RP)技术。这是因为流程最初被认为是一种快速且更具成本效益的方法,用于在行业内创建产品开发原型。有趣的是,RP技术的第一个专利申请是1980年5月在日本由Kodama博士提出的。不幸的是,Kodama博士在申请后一年的截止日期前没有提交完整的专利说明书,考虑到他是一名专利律师,这尤其糟糕!然而,实际上,3D打印的起源可以追溯到1986年,当时第一个专利颁发的立体光刻设备(SLA)。这项专利属于其中一个查尔斯(查克)赫尔谁在1983年首次发明了他的SLA机器。赫尔继续共同找到3D Systems Corporation - 今天是在3D打印领域经营的最大和最丰富的组织之一。

3D系统公司的第一个商用RP系统SLA-1于1987年推出,经过严格的测试,第一个RP系统于1988年售出。这是一种相当典型的新技术,尽管SLA可以声称是第一个超过起点的,但它并不是当时唯一在开发中的RP技术,因为,在1987年,卡尔迪卡。谁在德克萨斯大学工作,在美国提交了一个专利的选择性激光烧结(SLS)RP过程。该专利于1989年发布,SLS稍后获得了DTM Inc的许可,后来被3D系统获取。1989年也是这一年斯科特嘎吱声是Stratasys Inc.的联合创始人提交了融合沉积建模的专利(FDM) - 本公司仍然持有的专有技术,但也是许多入门机器使用的过程,基于开源重新应用模型,即今天多产。FDM专利于1992年发给Stratasys。在欧洲,1989年,德国的EOS GmbH也在形成的成立汉斯langer.。在对SL工艺进行了短暂的研究之后,EOS的研发重点主要放在了激光烧结(LS)工艺上,这一工艺一直在不断发展。今天,EOS系统因其在工业原型和3D打印生产应用中的高质量输出而得到世界各地的认可。EOS在1990年出售了它的第一个“立体声”系统。该公司的直接金属激光烧结(DMLS)工艺源于伊莱克斯芬兰分公司的一个初始项目,该项目后来被EOS收购。

这些年来,其他3D印刷技术和过程也在这些年来,即由威廉硕士,由迈克尔FeIygin的米科尔菲艮第(SGC)最初专利的层压对象制造(LOM)最初专利的弹道粒子制造(BPM)最初由Itzchak Pomerantz等专利al and ‘three dimensional printing’ (3DP) originally patented by Emanuel Sachs et al. And so the early nineties witnessed a growing number of competing companies in the RP market but only three of the originals remain today — 3D Systems, EOS and Stratasys.

在整个1990年代和2000年代早期,大量的新技术继续被引入,仍然完全集中在工业应用上,虽然它们仍然主要是原型应用的过程,研发也由更先进的技术提供商为特定的工具进行,铸造和直接制造应用。这见证了新的术语的出现,即快速模具(RT),快速铸造和快速制造(RM)分别。

在商业运营方面,1996年成立了Sanders Prototype(后来的Solidscape)和ZCorporation, 1997年成立了Arcam, 1998年推出了Objet Geometries, 2000年MCP Technologies(一个成熟的真空铸造OEM)引入了SLM技术,EnvisionTec.成立于2002年,ExOne公司成立于2005年,从Extrude Hone公司剥离出来,Sciaky公司在其专有电子束焊接技术的基础上开拓了自己的添加剂工艺。这些公司都有助于扩大西方公司在全球市场的规模。该术语也随着制造应用的扩散而发展,所有工艺的公认总称是增材制造(AM)。值得注意的是,在东半球也发生了许多类似的事态发展。然而,这些技术虽然本身很重要,在当地也取得了一些成功,但在当时并没有真正影响全球市场。

在中期的中期期间,该部门开始表现出不同多样化的迹象,这两个特定的重点领域今天更加明确定义。首先,有3D印刷的高端,仍然非常昂贵的系统,旨在为高价值,高度设计,复杂的零件生产的部分生产。这仍然是正在进行的 - 而且增长 - 但结果才真正开始在航空航天,汽车,医疗和精美珠宝领域的生产应用中可见,因为多年的研发和资格现在正在偿还。一个很好的交易仍然落后于闭门和/或在非披露协议(NDA)之后。在频谱的另一端,一些3D打印系统制造商正在开发和推进“概念制定者”,因为当时被调用。具体而言,这些是3D打印机,使得专注于改善概念开发和功能原型,这些原型专门被开发为办公和用户友好,经济高效的系统。今天的桌面机器的前奏。然而,这些系统仍然非常适合工业应用。

回头看,这真是暴风雨前的平静。

在市场的下端 - 今天被视为在中期的3D打印机 - 价格战中的印刷精度,速度和材料的增量改善。

2007年,市场从3D系统中看到了第一个低于10,000美元的系统,但这从来没有相当击中它应该的标记。这部分原因是系统本身,也是其他市场影响。那个时候的圣杯是为了获得5000美元的3D打印机 - 这是由许多行业的内部人员,用户和评论员看到的3D打印机,作为向更广泛的受众开放3D打印技术的关键。在那一年的大部分时间里,抵达了高度预期的桌面工厂 - 许多预测的是那些圣杯的实现 - 被告警作为观看的人。随着组织在奔跑到生产的情况下,它没有任何东西。桌面工厂及其领导者,Cathy Lewis,于2008年通过3D系统获得了IP,而且却消失了。事实证明,2007年实际上是那个确实标记了可访问3D打印技术的转折点的年度 - 尽管很少有人在当时实现它 - 随着重新装修现象扎根。博士Bowyer据建立了早期的开源,自我复制3D打印机的Repap概念,在2004年中,随着一些繁重的歌曲,他的团队在浴室中的一些重物,最重要的是,奥利弗和罗伊斯·琼斯使用沉积过程的概念到3D打印机的原型。2007年是拍摄开始展示的一年和这种胚胎,开源3D打印运动开始获得可见性。

但直到2009年1月,第一台商用的3D打印机——以套件形式,基于RepRap概念——才开始出售。这就是BfB RapMan 3D打印机。同年4月,Makerbot Industries紧跟其后,该公司的创始人大量参与了RepRap的开发,直到他们在大量投资后离开了开源哲学。自2009年以来,许多类似的沉积式打印机出现了边缘独特的卖点(USPs),他们继续这样做。有趣的是,RepRap现象带来了一个全新的商业入门级3D打印机领域,RepRap社区的精神是关于3D打印的开源开发和避免商业化。

2012年是在市场进入级别引入替代3D打印过程的年份。B9Creator(利用DLP技术)于6月首次出现,其次是12月的表格1(利用立体刻录)。两者都是通过资金网站踢球运动员推出 - 并且均享有巨大的成功。

由于市场分化、行业能力和应用水平的显著进步、不断增长的创客运动的认知度和接受度的显著提高,2012年也是许多不同主流媒体关注这项技术的一年。2013年是大幅增长和整合的一年。最引人注目的举措之一是Stratasys对Makerbot的收购。

被一些人称为第二,第三,有时甚至是第四次工业革命,不可否认的是3D打印对工业部门的影响和3D打印为未来的消费者展示的巨大潜力。这种潜力将以何种形式展现在我们面前。

03 - 3D印刷技术

任何3D打印过程的起点都是一个3D数字模型,它可以使用各种3D软件程序创建——在工业中这是3D CAD,对于制造商和消费者来说,有更简单、更方便的程序可用——或使用3D扫描仪扫描。然后,模型被“切”成几层,从而将设计转换为3D打印机可读的文件。然后根据设计和工艺对3D打印机加工的材料进行分层。如上所述,有许多不同类型的3D打印技术,以不同的方式处理不同的材料来创建最终的对象。功能塑料,金属,陶瓷和沙子,现在,都是常规用于工业原型和生产应用。3D打印生物材料和不同类型的食品的研究也在进行中。一般来说,在市场的入门级,材料是非常有限的。塑料是目前唯一广泛使用的材料——通常是ABS或PLA,但也有越来越多的替代品,包括尼龙。也有越来越多的入门级机器被用于食品,如糖和巧克力。

它是如何工作的

不同类型的3D打印机每个都采用不同的技术这个过程不同的材料以不同的方式。重要的是要了解,3D打印的一个最基本的限制-在材料和应用方面-是没有“一个解决方案适合所有”。例如,一些3D打印机处理粉末材料(尼龙、塑料、陶瓷、金属),利用光/热源将粉末层烧结/熔化/熔合在一起,形成特定的形状。另一些则加工聚合物树脂材料,再利用光/激光将树脂固化成超薄层。喷射细小液滴是另一个3D打印过程,让人联想到2D喷墨打印,但使用优越的材料来油墨和粘合剂来固定层。也许最常见和容易识别的过程是沉积,这是大多数入门级3D打印机所采用的过程。该工艺通过加热挤出机将塑料(通常为聚乳酸或ABS)以长丝形式挤出,形成层状,并形成预定的形状。

因为零件可以直接打印,所以可以生产出非常详细和复杂的物体,通常都有内置的功能,无需装配。

然而,需要强调的另一点是,目前为止,3D打印过程都不是即插即用的。在压印前有许多步骤,一旦部件从打印机上脱落,则有更多的步骤-这些往往被忽视。除了3D打印设计的现实要求,文件准备和转换也证明是耗时和复杂的,特别是在构建过程中需要复杂支持的部分。然而,这些功能的软件不断更新和升级,情况正在改善。此外,一旦离开打印机,许多零件将需要进行精加工操作。对于需要支持的过程,去除支持是一个明显的过程,但其他包括砂光、漆、油漆或其他类型的传统收尾,这些通常都需要手工完成,需要技能和/或时间和耐心。

04 - 3D打印过程

立体刻录

立体光刻(SL)被广泛认为是第一个3D打印工艺;这当然是第一个被商业化的。SL是一种基于激光的过程,与光聚合物树脂一起工作,与激光发生反应并固化,以一种非常精确的方式形成固体,以生产非常精确的零件。这是一个复杂的过程,但简单地说,光聚合物树脂被保存在一个桶里,里面有一个可移动的平台。根据提供给机器的3D数据(.stl文件),激光束在X-Y轴上穿过树脂表面,由此树脂在激光击中表面的地方精确硬化。一旦该层完成,缸内的平台下降了一个分数(在Z轴),随后的层被激光追踪。这将继续进行,直到整个对象完成,平台可以从大桶中升起来进行移除。

由于SL工艺的性质,它需要一些部件的支撑结构,特别是那些有悬垂或下切的部件。这些结构需要手动删除。

就其他后处理步骤而言,需要清除使用SL打印的许多对象3D,并固化。固化涉及使部件在烤箱状机中进行强烈的光,以完全硬化树脂。

立体光刻被普遍认为是最精确的3D打印工艺之一,具有优异的表面光洁度。然而,限制因素包括所需的后处理步骤和材料的稳定性,随着时间的推移,可能变得更脆。

DLP.

DLP(数字光处理)是一种类似于立体光刻的过程,它是一种使用光聚合物的3D打印过程。主要的区别是光源。DLP使用更传统的光源,如弧灯,带有液晶显示面板或可变形镜设备(DMD),它一次应用于光聚树脂大桶的整个表面,通常比SL快。

也像SL一样,DLP生产具有优异分辨率的高精度零件,但其相似之处还包括对支撑结构和后固化的相同要求。然而,与SL相比,DLP的一个优点是只需要一个浅桶的树脂来促进过程,这通常会导致更少的浪费和更低的运行成本。

激光烧结/激光熔化

激光烧结和激光熔化是可互换的术语,指的是基于激光的3D打印过程,工作与粉末材料。根据输入到机器上的3D数据,在X-Y轴上,激光沿着紧密压实的粉末材料的粉床进行跟踪。当激光与粉末材料的表面相互作用时,它会烧结或熔合,粒子彼此形成固体。当每一层完成时,粉末层逐渐滴下,在激光束的下一遍通过之前,一辊子将粉末在床层表面上抚平,以形成随后的层并与前一层融合。

建造室是完全密封的,因为有必要在特定的粉末材料的熔点的过程中保持精确的温度。一旦完成,整个粉床被从机器上移除,多余的粉末可以被移除,留下“印刷”部分。该工艺的一个关键优势是,粉床作为悬挑和下切的过程中支撑结构,因此可以通过该工艺制造出其他任何方式都无法制造的复杂形状。

然而,在缺点上,由于激光烧结所需的高温,冷却时间可以相当大。此外,孔隙度是这种过程的历史问题,而虽然对完全密集的部件进行了显着改善,但一些应用仍然需要用另一种材料渗透以改善机械特性。

激光烧结可以加工塑料和金属材料,尽管金属烧结需要更高的动力激光和更高的过程温度。用该过程产生的部件比用SL或DLP强大强大,尽管通常表面光洁度和精度不如。

挤出/ FDM / FFF

3D打印利用热塑性材料的挤出很容易是最常见的-和识别- 3DP过程。该工艺最流行的名字是熔融沉积模型(FDM),因为它的寿命长,但这是一个商标名,由最初开发它的Stratasys公司注册。Stratasys公司的FDM技术自上世纪90年代初就已问世,如今已成为工业级3D打印工艺。然而,自2009年以来涌现的入门级3D打印机大量使用了类似的过程,通常被称为自由形式制造(FFF),但由于专利仍然由Stratasys持有,以更基本的形式出现。最早的RepRap机器和所有随后的演进(开源和商业)都采用挤压方法。然而,后Stratasys的专利侵权申请反对Afinia由于所有的机器都有可能被Stratasys列为专利侵权的最前线,因此入门级终端市场将如何发展仍是个问号。

该工艺的工作原理是熔化塑料丝,然后通过加热挤出机,根据提供给打印机的3D数据,一层一层地沉积在搭建平台上。每一层都随着沉积和前一层结合而变硬。

Stratasys公司为其FDM工艺开发了一系列适用于某些生产应用的专有工业级材料。在市场的入门级端,材料更加有限,但范围正在扩大。入门级FFF 3D打印机最常用的材料是ABS和PLA。

FDM / FFF进程需要支持结构的任何应用悬垂几何形状。对于FDM,这需要第二种水溶性材料,这使得一旦打印完成,就允许支撑结构相对容易地冲走。或者,可以通过手动将它们从部件上捕获它们来除去分离的支撑材料。支持结构或缺乏通常是进入级FFF 3D打印机的限制。然而,由于系统已经进化并改善以合并双挤出头,因此它变得越来越少。

在生产的模型方面,来自Stratasys的FDM过程是一种准确且可靠的过程,即相对办公室/工作室友好,尽管可能需要广泛的后处理。在入门级,正如预期的那样,FFF进程产生了更低的准确模型,但事情不断改进。

对于某些部件几何形状和层到层的粘附可能是一个问题的过程,这可能是一个问题,导致部分不含水。同样,使用丙酮的后处理可以解决这些问题。

喷墨

有两个3D打印过程,利用喷射技术。

粘结剂喷射:在喷射的材料是粘合剂的情况下,并选择性地将其喷射到部分材料的粉末床中,以便一次将其熔合成层以创建/打印所需部分。与其他粉末床系统的情况一样,一旦完成层,粉末床逐渐下降,滚子或叶片在喷射头的下一次通过之前将粉末平滑在床的表面上,用粘合剂随后的层形成并与前一层融合。

与SLS一样,这个过程的优点包括不需要支持,因为粉床本身提供了这个功能。此外,可以使用一系列不同的材料,包括陶瓷和食品。该过程的另一个独特优势是能够轻松添加一个完整的调色板,并将其添加到活页夹中。

然而,直接从机器导致的部件与烧结过程不那么强,并且需要后处理以确保耐用性。

材料喷射:3D打印过程,其中实际构建材料(液体或熔融状态)通过多次喷射头选择性地喷射(与其他同时喷射支撑材料)。然而,这些材料倾向于是液体光聚合物,其用UV光的通过,因为每层沉积每层。

该产品的性质允许同时沉积一系列材料,这意味着单个部件可以由具有不同特性和性质的多种材料制成。材料喷射是一种非常精确的3D印刷方法,生产精确的部件,饰面非常平滑。

选择性沉积层压(SDL)

SDL是Mcor Technologies开发和制造的专有3D打印工艺。人们很容易将这种工艺与Helisys公司在20世纪90年代开发的层压物体制造(LOM)工艺进行比较,因为在形成最后部分的层压和塑形纸张方面有相似之处。然而,相似之处也就到此为止了。

SDL 3D打印过程使用标准复印纸一层一层地构建零件。每个新层使用粘合剂固定到前一层,粘合剂根据提供给机器的3D数据有选择地应用。这意味着更高密度的胶粘剂会沉积在成为零件的区域,而更低密度的胶粘剂会应用在作为支撑的周围区域,确保相对容易的“除草”或支撑去除。

当一张新的纸从送纸机构被送入3D打印机,并放置在前一层选择性应用的粘合剂上,构建板被移动到热板和压力应用。这种压力确保了两张纸之间的正键合。然后构建板返回到构建高度,一个可调节的碳化钨刀片每次切一张纸,跟踪对象轮廓创建部分的边缘。当这一切割过程完成后,3D打印机就会沉积下一层粘合剂,以此类推,直到零件完成。

SDL是少数能够使用CYMK调色板生产全彩色3D打印部件的3D打印过程之一。因为这些部件都是标准纸张,不需要后处理,所以它们是完全安全环保的。该工艺无法与其他3D打印工艺竞争的地方是在生产复杂的几何形状和建造尺寸受原料的尺寸限制。

ebm.

电子束熔化3D打印技术是瑞典公司Arcam开发的专有工艺。这种金属印刷方法在金属粉末成形方面与直接金属激光烧结(DMLS)工艺非常相似。关键的区别在于热源,顾名思义,热源是电子束,而不是激光,这使得手术必须在真空条件下进行。

EBM有能力在各种金属合金中制造全致密的部件,甚至达到医疗级别,因此该技术在医疗行业的一系列生产应用中特别成功,特别是植入物。然而,航空航天和汽车等其他高科技行业也在寻找EBM技术来实现制造。

05 - 3D打印材料

可用于3D打印的材料已经取得了长足的进步,从技术的早期。现在有各种不同的材料类型,供应在不同的状态(粉末,长丝,颗粒,树脂等)。

目前,目前通常开发了针对执行专用应用的特定平台(一个示例是牙科扇区)的特定材料,这些平台具有更精确适合应用的材料属性。

但是,现在有许多不同的3D打印机供应商的专有材料太多了,以便在这里覆盖它们。相反,本文将以更通用的方式查看最受欢迎的材料类型。还有几种脱颖而出的材料。

塑料

尼龙,或聚酰胺,常用粉末形式与烧结工艺或长丝形式与FDM工艺。它是一种坚固、柔韧、耐用的塑料材料,已被证明可用于3D打印。它是天然的白色,但它可以上色-印刷前或后。这种材料也可以(以粉末形式)与粉末铝结合,以生产另一种常见的3D打印材料烧结-铝。

ABS是另一种用于3D打印的常用塑料,广泛用于长丝形式的入门级FDM 3D打印机。它是一种特别强大的塑料,有各种各样的颜色。可以从多个非局部来源以灯丝形式购买ABS,这是它如此受欢迎的另一个原因。

PLA是一种生物可降解的塑料材料,这是由于这种原因为3D打印而获得牵引力。它可以用于DLP / SL工艺的树脂形式以及FDM工艺的长丝形式。它以各种颜色提供,包括透明,已被证明是用于3D打印应用的有用选择。然而,它与ABS不如耐用或灵活。

LayWood是专门为入门级挤出3D打印机开发的3D打印材料。它以长丝形式出现,是一种木材/聚合物复合材料(也称为WPC)。

金属

越来越多的金属和金属复合材料用于工业级3D印刷。最常见的两个是铝和钴衍生物。

一种最强的,因此最常用的金属3D打印是粉末形式的不锈钢烧结/熔化/EBM过程。它本来是银的,但可以用其他材料镀以给人一种金或青铜的效果。

在过去的几年里,黄金和白银被添加到可以直接3D打印的金属材料中,在珠宝行业有着明显的应用。这些都是非常强的材料,被加工成粉末形式。

钛是最强烈的金属材料之一,已用于3D印刷工业应用一段时间。以粉末形式供应,可用于烧结/熔融/ EBM过程。

陶瓷

陶瓷是一种相对较新的材料,可用于3D打印,具有各种成功。用这些材料说明的特定事项是,印刷后,陶瓷部件需要经过相同的过程作为使用传统生产方法制成的任何陶瓷部件 - 即射击和玻璃。

标准A4复印纸是由Mcor Technologies提供的专有SDL工艺所使用的3D打印材料。该公司运营的商业模式与其他3D打印供应商明显不同,即机器的资本支出在中端,但重点是非常容易获得,成本效益高的材料供应,可以在当地购买。3D打印的纸张模型是安全的,环保的,容易回收,不需要后期处理。

生物材料

对于一系列医疗(和其他)应用,有大量的研究进入了3D印刷生物材料的潜力。正在在一些领导机构调查生活组织,以便开发包括打印用于移植的人体器官的应用,以及用于更换身体部位的外部组织。此领域的其他研究主要集中在开发食物的东西 - 是素质的肉类。

食物

在过去的几年里,用3D打印食品物质的挤出机进行的实验急剧增加。巧克力是最常见的(也是最受欢迎的)。也有一些打印机可以处理糖,也有一些实验是处理意大利面和肉类。展望未来,研究正在进行,利用3D打印技术生产精细均衡的全餐。

其他

最后,Stratasys公司确实提供了一种独特的(专有的)材料,它为Objet Connex 3D打印平台提供数字材料。这意味着标准的Objet 3D打印材料可以在打印过程中组合——以不同的和指定的浓度——形成具有所需属性的新材料。通过对现有原始材料的不同组合,可以实现多达140种不同的数字材料。

06 - 3D打印全球效果

全球对制造业的影响

3D打印已经对产品的制造方式产生了影响——这种技术的本质允许人们以新的方式思考制造过程中的社会、经济、环境和安全影响,并产生普遍有利的结果。

此声明背后的一个关键因素是3D打印有可能将生产更接近最终用户和/或消费者,从而降低了当前供应链限制。3D打印的定制价值和生产小型生产批次的能力是一种肯定的方式,以实现消费者和减少或否定库存和股票打桩 - 类似于亚马逊经营业务的东西。

将零部件和产品从世界的一个地方运送到另一个地方可能会过时,因为这些零部件可能是现场3D打印的。这可能对未来全球范围内大小企业、军队和消费者的运作和互动方式产生重大影响。许多人的最终目标是让消费者在家里或在他们的社区中操作自己的3D打印机,任何(可定制的)产品的数字设计都可以通过互联网下载,并可以发送到打印机,并装入正确的材料。目前,关于这一目标能否实现存在一些争论,而关于这一目标可能实现的时间范围则存在更激烈的争论。

3D打印的广泛应用可能会导致一些已经发明的产品的再发明,当然,更多的全新产品。今天,以前不可能的形状和几何图形可以用3D打印机创造出来,但这一旅程才刚刚开始。许多人认为,3D打印具有极大的潜力,可以为创新注入增长,并带回本地制造业。

对全球经济的潜在影响

3D打印技术的使用如果在世界范围内被采用,将对全球经济产生潜在的影响。生产和分销模式从目前的模式向基于按需、现场、定制的本地化生产模式转变,可能会减少出口国和进口国之间的不平衡。

3D打印将有可能创建新的行业和全新的职业,例如与3D打印机的生产相关的行业。有机会在3D打印周围进行专业服务,从新形式的产品设计师,打印机运营商,材料供应商一直到知识产权法律纠纷和定居点。盗版是目前与许多IP持有人的3D打印相关的关注。

3D印刷对发展中国家的影响是一把双刃剑。积极效应的一个例子是通过再循环和其他本地材料降低制造成本,但制造业工作的损失可能会严重袭击许多发展中国家,这需要克服时间。

发达国家可能会从3D打印中受益最多,在那里,日益老龄化的社会和人口老龄化的变化已经成为生产和劳动力的一个问题。此外,3D打印在医疗方面的益处也可以很好地满足西方社会老龄化的需要。

07 - 3D打印的好处和价值

3D打印,无论是在工业、地方还是个人层面,带来了许多传统制造方法(或原型)无法带来的好处。

定制

3D打印过程允许大规模定制——根据个人需求和要求定制产品的能力。即使在同一个制造室内,3D打印的本质也意味着,可以根据最终用户的要求,在不增加工艺成本的情况下,同时制造许多产品。

复杂性

3D打印的出现已经看到产品的增殖(在数字环境中设计),涉及复杂程度,这根本无法以任何其他方式生产。虽然设计师和艺术家造成了令人印象深刻的视觉效果,但它也对工业应用产生了重大影响,因此正在开发出现的应用程序,以使证明既较浅,比其前辈更强大的复杂组件。在航空航天领域出现了显着用途,其中这些问题重要性。

工具少

对于工业制造,产品开发过程中最具成本,时间和劳动密集型阶段之一是生产工具的生产。对于低至中等体积应用,工业3D打印或添加剂制造 - 可以消除工具生产的需求,,,,,,,,,,,,是与其相关的成本,交付时间和劳动力。这是一个极具吸引力的命题,即越来越多的数量或制造商正在利用。此外,由于上述复杂优点,产品和部件可以专门设计,以避免具有复杂几何形状和复杂特征的装配要求,进一步消除了与组装过程相关的劳动力和成本。

可持续发展/环保

3D printing is also emerging as an energy-efficient technology that can provide environmental efficiencies in terms of both the manufacturing process itself, utilising up to 90% of standard materials, and, therefore, creating less waste, but also throughout an additively manufactured product’s operating life, by way of lighter and stronger design that imposes a reduced carbon footprint compared with traditionally manufactured products.

此外,在满足当地制造模式方面,3D打印呈现出色的承诺,由此在所需的地方提供产品 - 消除全球运输高卷产品的巨大库存和不可持​​续的物流。

08 - 3D打印应用

的origins of 3D printing in ‘Rapid Prototyping’ were founded on the principles of industrial prototyping as a means of speeding up the earliest stages of product development with a quick and straightforward way of producing prototypes that allows for multiple iterations of a product to arrive more quickly and efficiently at an optimum solution. This saves time and money at the outset of the entire product development process and ensures confidence ahead of production tooling.

原型仍然可能是最大的,即使有时忽略了3D打印的应用。

该过程和材料的开发和改进,自3D打印用于原型设计以来,在产品开发过程链中进一步播放了应用的过程。利用不同流程的优点,开发了工具和铸造应用。同样,这些应用程序越来越多地用于工业部门。

同样,对于最终制造业务,改进正在继续促进吸收。

就在所有这些广谱应用中的工业3D印刷中受益的工业垂直市场方面,以下是基本故障:

医疗和牙科

医疗部门is viewed as being one that was an early adopter of 3D printing, but also a sector with huge potential for growth, due to the customization and personalization capabilities of the technologies and the ability to improve people’s lives as the processes improve and materials are developed that meet medical grade standards.

3D打印技术正在用于多个不同的应用程序。除了制作原型以支持医疗和牙科行业的新产品开发之外,还用于制造牙科冠的下游金属铸件的模式,以及在制造塑料真空以制造牙齿对齐器的工具中的制造模式。该技术也有利于直接制造股票和膝关节植入物,如患者特定产品,如助听器,鞋类的矫形器,用于患有疾病的患者的耳机,个性化的假肢和一次性植入物如骨关节炎,骨质疏松症和癌症以及事故和创伤受害者。3D用于特定操作的印刷外科指南也是一个新兴应用程序,这些应用程序是在他们的工作和患者恢复期间的辅助外科医生。技术也正在为皮肤,骨,组织,药品甚至人体器官的3D印刷开发。然而,这些技术在很大程度上仍然远离商业化。

航空航天

与医疗部门一样,航空航天部门是3D打印技术的早期采用者,其最早的形式是用于产品开发和原型设计。这些公司通常与学术和研究机构合作,在制造应用技术方面一直处于前沿或推动边界。

由于飞机发展的关键性质,研发是要求和艰苦的,标准是关键的,工业级3D打印系统通过他们的步伐。工艺和材料的开发已经为航空航天部门开发了许多关键应用,一些非关键部件已经在飞机上完全可以使用。

知名用户包括GE / Morris Technologies、Airbus / EADS、Rolls-Royce、BAE Systems和Boeing。虽然这些公司中的大多数确实采取了现实的方法来处理他们现在正在做的技术,其中大部分是研发,一些确实对未来非常乐观。

汽车

快速抗议技术的另一个普遍提升者 - 3D印刷最早的化身 - 是汽车领域。许多汽车公司 - 特别是在电机运动和F1的尖端 - 遵循与航空航天公司类似的轨迹。首先(和仍然)使用原型应用的技术,但是开发和调整其制造过程,融入了改进材料的益处和汽车部件的最终结果。

许多汽车公司现在也在关注3D打印的潜力,以满足备用/替换部件的生产的售后功能,而不是持有大量的库存。

珠宝

传统上,珠宝的设计和制造过程始终需要高水平的专业知识和知识,涉及特定学科,包括制造,制造,铸造,电镀,锻造,银/金摩擦,石材切割,雕刻和抛光。这些学科中的每一个都在发展多年来,每个人都需要在适用于珠宝制造时的技术知识。只是一个例子是投资铸造 - 这一起源可以追溯到4000多年。

对珠宝行业来说,3D打印被证明是特别具有破坏性的。有大量的兴趣-和吸收-基于如何3D打印可以,并将促进这一行业的进一步发展。从3D CAD和3D打印带来的新的设计自由,通过改进珠宝生产的传统流程,直接3D打印生产,消除了许多传统步骤,3D打印已经并将继续在这个领域产生巨大的影响。

艺术/设计/雕塑

艺术家和雕塑家在无数的不同方式中与3D打印进行了探索形式和功能以先前不可能探索。无论是纯粹找到新的原始表达还是从旧大师那里学习,这是一个带来的高度收费的部门,越来越多地找到了使用3D打印和向世界引入结果的新方法。有许多艺术家现在通过专门与3D建模,3D扫描和3D打印技术一起工作,为自己创造了名称。

  • 约书亚·霍克
  • Dizingof
  • 神经系统的杰西卡·罗森克兰兹
  • PIA Hinze.
  • 尼克ervinck.
  • 莱昂内尔院长
  • 和许多其他人。

3D扫描的学科与3D打印一起为艺术界带来了新的维度,然而,在艺术家和学生现在拥有经过验证的方法,可以再现过去大师的工作,并创造古代(更近期)的确切复制品密切研究的雕塑 - 艺术品,否则他们将无法亲自与人互动。Cosmo Wenman的作品在这一领域特别启发。

体系结构

建筑模型长期以来一直是3D打印过程的主要应用,用于生成建筑师愿景的精确演示模型。3D打印提供了一种相对快速、简单和经济可行的方法,可以直接从3D CAD、BIM或建筑师使用的其他数字数据中生成详细的模型。许多成功的建筑公司,现在普遍使用3D打印(室内或作为一种服务)作为他们工作流程的一个关键部分,以增加创新和改善交流。

最近,一些有远见的建筑师将3D打印作为一种直接的施工方法。研究正在进行在这方面的一些组织,最著名的拉夫堡大学,轮廓工艺和宇宙建筑。

时尚

随着3D打印过程在分辨率和更柔韧的材料方面有所改善,一个工业,以实验和令人愤慨的陈述而闻名,已经前进。我们当然谈论时尚!

3D打印的鞋子、头饰、帽子和包等配饰都登上了全球的t台。一些更有远见的时装设计师已经展示了高级定制技术的能力——连衣裙、斗篷、长礼服,甚至一些内衣已经在世界各地的不同时尚场所首次亮相。

Iris Van Herpen应该特别提及这静脉的领先先驱。她制作了许多集合 - 在巴黎的人行道和米兰建模 - 包含3D打印来炸毁“正常规则”,不再适用于时装设计。许多人遵循了,并继续在她的脚步上遵循,通常是完全原始的结果。

食物

虽然延迟了3D打印党,但食物是一种新兴应用程序(和/或3D印刷材料),让人们非常兴奋,并且有可能真正将该技术置于主流中。毕竟,我们将永远,需要吃饭!3D印刷是作为准备和呈现食物的新方式。

3D打印食品的最初尝试是用巧克力和糖,随着特定的3D打印机进入市场,这些发展还在继续。其他一些早期的食物实验包括在细胞蛋白质水平上3D打印“肉”。最近,意大利面是另一个正在研究3D打印食品的食品组。

展望未来,3D打印也被认为是一种完整的食物制备方法,并以全面和健康的方式平衡营养。

消费者

3D打印供应商的圣杯是消费者3D打印。对于这样的未来是否可行,存在着广泛的争论。目前,由于入门级(消费者机器)存在易访问性问题,消费者获取率很低。作为Stratasys的子公司,3D Systems和Makerbot等大型3D打印公司在这方面正在取得进展,因为它们试图使3D打印过程和辅助组件(软件、数字内容等)更容易获得和用户友好。目前,人们在大街上可以通过三种主要方式与3D打印技术进行消费产品的交互:

  • 设计+打印
  • 选择+打印
  • 选择+ 3D打印服务实现

09 -术语表

3dp.3D打印

腹肌丙烯腈丁二烯苯乙烯

加法制造

CAD / CAM计算机辅助设计/计算机辅助制造

CAE电脑辅助工程

DLP.数字光处理

迪尔德直接金属沉积

摘要直接金属激光烧结

ebm.电子束融化

eva.乙烯乙酸乙酯

FDM.熔融沉积模型(Stratasys商标)

FFF成形技术

镜片激光工程网络整形(SNL商标,授权Optomec)

LS激光烧结

pl聚乳酸

关于逆向工程

RM快速制造

RP快速原型设计

RT快速的工具

SL立体刻录

SLA立体光刻仪(3D系统注册商标)

SLM选择性激光熔化

sls.选择性激光烧结(3D系统注册商标)

STL / .stl.立体Lithograpic

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