D打印解析實用

會計學(xué)1D打印解析實用前言3D打?。?Dprinting），即快速成型技術(shù)的一種，它是一種以數(shù)字模型文件為基礎(chǔ)，運用粉末狀金屬或塑料等可粘合材料，通過逐層打印的方式來構(gòu)造物體的技術(shù)。3D打印通常是采用數(shù)字技術(shù)材料打印機來實現(xiàn)的。第1頁/共24頁定義3D打印技術(shù)，是以計算機三維設(shè)計模型為藍(lán)本，通過軟件分層離散和數(shù)控成型系統(tǒng)，利用激光束、熱熔噴嘴等方式將金屬粉末、陶瓷粉末、塑料、細(xì)胞組織等特殊材料進(jìn)行逐層堆積黏結(jié)，最終疊加成型，制造出實體產(chǎn)品。與傳統(tǒng)制造業(yè)通過模具、車銑等機械加工方式對原材料進(jìn)行定型、切削以最終生產(chǎn)成品不同，3D打印將三維實體變?yōu)槿舾蓚€二維平面，通過對材料處理并逐層疊加進(jìn)行生產(chǎn)，大大降低了制造的復(fù)雜度。這種數(shù)字化制造模式不需要復(fù)雜的工藝、不需要龐大的機床、不需要眾多的人力，直接從計算機圖形數(shù)據(jù)中便可生成任何形狀的零件，使生產(chǎn)制造得以向更廣的生產(chǎn)人群范圍延伸。第2頁/共24頁3D打印主流技術(shù)3D打印的技術(shù)主要包括SLA、FDM、SLS、LOM等工藝，下面我們簡單介紹三種主流技術(shù)：1、立體光刻造型技術(shù)(SLA)：大家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”成若干個平面，這就形成了很多個剖面，在工作的時候，有一個可以舉升的平臺，這個平臺周圍有一個液體槽，槽里面充滿了可以紫外線照射固化的液體，紫外線激光會從底層做起，固化最底層的，然后平臺下移，固化下一層，如此往復(fù)，直到最終成型。其優(yōu)點是精度高，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。缺點則為可以使用的材料有限，并且不能多色成型。第3頁/共24頁3D打印主流技術(shù)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)，然后通過噴嘴擠壓出一個個很小的球狀顆粒，這些顆粒在噴出后立即固化，通過這些顆粒在立體空間的排列組合形成實物。這種技術(shù)成型精度更高、成型實物強度更高、可以彩色成型，但是成型后表面粗糙。第4頁/共24頁3D打印主流技術(shù)3、選擇性激光燒結(jié)(簡稱SLS)

SLS工藝又稱為選擇性激光燒結(jié)，由美國德克薩斯大學(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。第5頁/共24頁3D打印的應(yīng)用1、3D打印在醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用科學(xué)家們正在利用3D打印機制造諸如皮膚、肌肉和血管片段等簡單的活體組織，很有可能將有一天我們能夠制造出像腎臟、肝臟甚至心臟這樣的大型人體器官。如果生物打印機能夠使用病人自身的干細(xì)胞，那么器官移植后的排異反應(yīng)將會減少。第6頁/共24頁3D打印的應(yīng)用2、3D打印在工業(yè)中的應(yīng)用首先3D打印技術(shù)可以加工傳統(tǒng)方法難以制造的零件。過去傳統(tǒng)的制造方法就是一個毛坯，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，這樣對復(fù)雜的零部件來說加工起來非常困難。立體打印技術(shù)對于復(fù)雜零部件而言具有極大的優(yōu)勢，立體打印技術(shù)可以打印非常復(fù)雜的東西。第7頁/共24頁3D打印的應(yīng)用例：首款3D打印汽車當(dāng)3D打印正在改變制造業(yè)的流程時，現(xiàn)在又要改變汽車的生產(chǎn)方式了。世界上第一款3D打印汽車面世，這次不是玩具，而是真正能開上馬路的汽車。據(jù)《連線》雜志報道，Urbee2是一款三輪的混合動力汽車，它的所有零部件都是3D打印出來的。正如Makerbot和Form1正在重新定義制造業(yè)，Urbee正在致力于改變我們制造汽車的方式。第8頁/共24頁3D打印的應(yīng)用這款汽車是JimKor和他的KorEcologic團隊頭腦風(fēng)暴的產(chǎn)物，他們一直專注于研究未來的3D交通工具。他們在網(wǎng)站上展示了對于未來汽車的構(gòu)想：“用最少的能耗開最遠(yuǎn)的路程；把生產(chǎn)、使用、回收過程的污染降到最低；盡可能用汽車產(chǎn)地附近的原材料生產(chǎn)汽車”

Kor的目標(biāo)是讓未來的汽車更節(jié)能、環(huán)保，生產(chǎn)過程更便捷。第9頁/共24頁3D打印的應(yīng)用Urbee的生產(chǎn)車間是RedEye，世界上第一款3D打印機摩托車原型也誕生于此。Kor說3D打印的一個優(yōu)勢是具有其他片狀金屬材料所不具備的靈活性和可塑性。傳統(tǒng)的汽車制造是生產(chǎn)出各部分然后再組裝到一起，3D打印機能打印出單個的、一體式的汽車車身，再將其他部件填充進(jìn)去。據(jù)稱，新版本3D汽車需要50個零部件左右，而一輛標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計的汽車需要成百上千的零部件。第10頁/共24頁3D打印的應(yīng)用這讓制造變得更簡單。Kor只要將模型的每部分上傳到打印機上，2500小時后，他就拿到了所有的塑料部件，然后他再把這些東西組裝在一起。完整的Urbee看上去像是一個大號電腦鼠標(biāo)。

Urbee的打印材料大部分是塑料，當(dāng)然，它的地盤和引擎還是鋼鐵。這車開到路上安全嗎？Kor的答案是肯定的，“我們甚至覺得它可以用于專業(yè)比賽的賽車”，他告訴《連線》雜志，“我們要讓這輛車通過美國勒芒比賽的技術(shù)檢測第11頁/共24頁3D打印的應(yīng)用建筑設(shè)計業(yè)在建筑業(yè)里，工程師和設(shè)計師們已經(jīng)接受了用3D打印機打印的建筑模型，這種方法快速、成本低、環(huán)保，同時制作精美。完全合乎設(shè)計者的要求，同時又能節(jié)省大量材料。第12頁/共24頁3D打印機三維打印通常是采用數(shù)字技術(shù)材料打印機來實現(xiàn)。這種打印機的產(chǎn)量以及銷量在二十一世紀(jì)以來就已經(jīng)得到了極大的增長，其價格也正逐年下降。使用打印機就像打印一封信：輕點電腦屏幕上的“打印”按鈕，一份數(shù)字文件便被傳送到一臺噴墨打印機上，它將一層墨水噴到紙的表面以形成一副二維圖像。而在3D打印時，軟件通過電腦輔助設(shè)計技術(shù)（CAD）完成一系列數(shù)字切片，并將這些切片的信息傳送到3D打印機上，后者會將連續(xù)的薄型層面堆疊起來，直到一個固態(tài)物體成型。3D打印機與傳統(tǒng)打印機最大的區(qū)別在于它使用的“墨水”是實實在在的原材料。第13頁/共24頁3D打印機堆疊薄層的形式有多種多樣。有些3D打印機使用“噴墨”的方式。例如，一家名為Objet的以色列3D打印機公司使用打印機噴頭將一層極薄的液態(tài)塑料物質(zhì)噴涂在鑄模托盤上，此涂層然后被置于紫外線下進(jìn)行處理。之后鑄模托盤下降極小的距離，以供下一層堆疊上來。另外一家總部位于美國明尼阿波利斯市的公司Stratasys使用一種叫做“熔積成型”的技術(shù)，整個流程是在噴頭內(nèi)熔化塑料，然后通過沉積塑料纖維的方式才形成薄層。第14頁/共24頁3D打印機還有一些系統(tǒng)使用粉末微粒作為打印介質(zhì)。粉末微粒被噴撒在鑄模托盤上形成一層極薄的粉末層，然后由噴出的液態(tài)粘合劑進(jìn)行固化。它也可以使用一種叫做“激光燒結(jié)”的技術(shù)熔鑄成指定形狀。這也正是德國EOS公司在其疊加工藝制造機上使用的技術(shù)。而瑞士的Arcam公司則是利用真空中的電子流熔化粉末微粒。以上提到的這些僅僅是許多成型方式中的一部分。當(dāng)遇到包含孔洞及懸臂這樣的復(fù)雜結(jié)構(gòu)時，介質(zhì)中就需要加入凝膠劑或其他物質(zhì)以提供支撐或用來占據(jù)空間。這部分粉末不會被熔鑄，最后只需用水或氣流沖洗掉支撐物便可形成孔隙。如今可用于打印的介質(zhì)種類多樣，從繁多的塑料到金屬、陶瓷以及橡膠類物質(zhì)。有些打印機還能結(jié)合不同介質(zhì)，令打印出來的物體一頭堅硬而另一頭柔軟。第15頁/共24頁3D打印機第16頁/共24頁3D打印機第17頁/共24頁3D打印的缺陷1、材料的限制仔細(xì)觀察你周圍的一些物品和設(shè)備，你就會發(fā)現(xiàn)3D打印的第一個絆腳石，那就是所需材料的限制。雖然高端工業(yè)印刷可以實現(xiàn)塑料、某些金屬或者陶瓷打印，但目前無法實現(xiàn)打印的材料都是比較昂貴和稀缺的。另外，現(xiàn)在的打印機也還沒有達(dá)到成熟的水平，無法支持我們在日常生活中所接觸到的各種各樣的材料。研究者們在多材料打印上已經(jīng)取得了一定的進(jìn)展，但除非這些進(jìn)展達(dá)到成熟并有效，否則材料依然會是3D打印的一大障礙。第18頁/共24頁3D打印的缺陷2、機器的限制眾所周知，3D打印要成為主流技術(shù)(作為一種消耗大的技術(shù))，它對機器的要求也是不低的，其復(fù)雜性也可想而知。目前的3D打印技術(shù)在重建物體的幾何形狀和機能上已經(jīng)獲得了一定的水平，幾乎任何靜態(tài)的形狀都可以被打印出來，但是那些運動的物體和它們的清晰度就難以實現(xiàn)了。這個困難對于制造商來說也許是可以解決的，但是3D打印技術(shù)想要進(jìn)入普通家庭，每個人都能隨意打印想要的東西，那么機器的限制就必須得到解決才行。第19頁/共24頁3D打印的缺陷3、知識產(chǎn)權(quán)的憂慮在過去的幾十年里，音樂、電影和電視產(chǎn)業(yè)中對知識產(chǎn)權(quán)的關(guān)注變得越來越多。3D打印技術(shù)毫無疑問也會涉及到這一問題，因為現(xiàn)實中的很多東西都會得到更加廣泛的傳播。人們可以隨意復(fù)制任何東西，并且數(shù)量不限。如何制定3D打印的法律法規(guī)用來保護知識產(chǎn)權(quán)，也是我們面臨的問題之一，否則就會出現(xiàn)泛濫的現(xiàn)象。第20頁/共24頁3D打印的缺陷4、道德的挑戰(zhàn)道德是底線。什么樣的東西會違反道德規(guī)律，我們是很難界定的，如果有人打印出生物器官或者活體組織，是否有違道德?我們又改如何處理呢?如果無法盡快找到解決方法，相信我們在不久的將來會遇到極大的道德挑戰(zhàn)。第21頁/共24頁3D打印的缺陷5、花費的承擔(dān)

3D打印技術(shù)需要承擔(dān)的花費是高昂的，對于普通大眾來說更是如此。例如上面提到第一臺在京東上架的3D打印機的售價為1萬5，又有多少人愿意花費這個價錢來嘗試這種新技術(shù)呢?也許只有愛好者們吧。如果想要普及到大眾，