三維快速成型技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展趨勢

三維快速成型技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展趨勢

三維快速成像技術(shù)是上世紀(jì)90年代初出現(xiàn)的一種先進(jìn)的制造技術(shù)。其基本原則是，在計(jì)算機(jī)程序的精確驅(qū)動(dòng)下，將預(yù)先生動(dòng)的計(jì)算機(jī)三維模型分發(fā)給許多層次，并將其層疊加以完成對(duì)象的制造，以直接轉(zhuǎn)移虛擬三維模型到實(shí)體三維對(duì)象。所以這個(gè)技術(shù)也被稱為三維打印。該技術(shù)所涉及的不同耗材對(duì)應(yīng)不同的成型工藝,例如光固化、燒結(jié)、熔融沉積等,但無論哪種制作流程,細(xì)節(jié)都是一層層添加的,因此,三維快速成型技術(shù)還有另外一個(gè)名字,叫做“添加印刷技術(shù)”。三維快速成型技術(shù)在發(fā)展初期用于原型測試零件,或制作模具。其應(yīng)用領(lǐng)域也在隨著技術(shù)進(jìn)步而不斷擴(kuò)展,從航空學(xué)、醫(yī)學(xué)、建筑學(xué)到產(chǎn)品設(shè)計(jì),三維快速成型技術(shù)已逐步滲透到人們的日常生活中,亦對(duì)傳統(tǒng)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)領(lǐng)域產(chǎn)生了不可低估的影響。1.三維快速成像技術(shù)在設(shè)計(jì)中的優(yōu)勢1.1傳統(tǒng)生產(chǎn)工藝無法制造的改變與傳統(tǒng)技術(shù)相比,三維快速成型技術(shù)可以制造出傳統(tǒng)生產(chǎn)工藝無法制造的外形。例如,傳統(tǒng)生產(chǎn)工藝無法制造的獨(dú)特的內(nèi)外部關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)、傳統(tǒng)模具無法正常脫模的整體造型以及各種復(fù)雜的表面肌理等。此外,產(chǎn)品整體均為一體化制造,等同于雕塑效果,無需拼接粘合,給了設(shè)計(jì)者在形態(tài)上創(chuàng)新的無限自由。1.2維打印飛機(jī)三維快速成型技術(shù)使制造環(huán)節(jié)不再是障礙,相反,它使得整個(gè)制造變得高效,于是在設(shè)計(jì)調(diào)整的過程中,設(shè)計(jì)人員可以輕松制造出各種實(shí)物樣品,不斷地進(jìn)行測試、改進(jìn)、再測試?！霸谌S印刷術(shù)的幫助下,我們可以回歸到純粹的設(shè)計(jì)形式,探索各類空氣動(dòng)力的數(shù)學(xué)可能。”制造了三維打印飛機(jī)的工程師凱恩說。他們造出了一架飛機(jī),僅花了5000英鎊,2天設(shè)計(jì),5天“打印”。工程師說,今后,這種針對(duì)個(gè)體用戶的設(shè)計(jì)制造時(shí)間甚至可以縮短到幾分鐘。1.3維印刷技術(shù)三維快速成型技術(shù)可以簡化生產(chǎn)制造過程,快速有效又廉價(jià)地生產(chǎn)出單個(gè)物品。該技術(shù)完全省去了切割、研磨、熱彎、沖壓等傳統(tǒng)工業(yè)技術(shù),亦省去了傳統(tǒng)模具的制造過程以及制造成本,直接通過精確的程序控制專業(yè)耗材層疊出實(shí)體,因此,在一些制造業(yè)比如航空零部件制造中,三維印刷可以改變高昂造價(jià)的歷史。1.4制造制造原料三維快速成型過程中,耗材無剩余浪費(fèi),多余的耗材可完全被回收和再利用。大多數(shù)金屬和塑料零件為了生產(chǎn)而設(shè)計(jì),它們含有很多與制造有關(guān)但與其功能無關(guān)的剩余物。但三維快速成型技術(shù)的原材料只用于形成最終的產(chǎn)品,沒有任何與制造相關(guān)的中間過程以及附加部件,因此通過該技術(shù)生產(chǎn)出的零件更加精細(xì)輕盈。當(dāng)材料沒有了生產(chǎn)限制后,就能以最優(yōu)化的方式來實(shí)現(xiàn)其功能,因此,與機(jī)器制造出的零件相比,快速成型的產(chǎn)品的重量要輕60%,并且同樣堅(jiān)固。2.3d快速成像技術(shù)對(duì)設(shè)計(jì)的未來趨勢的影響2.1減少中小型汽車用戶的設(shè)計(jì)成本在三維快速成型技術(shù)的支持下,物品的創(chuàng)造只有兩個(gè)步驟:電腦模型設(shè)計(jì)和快速成型。設(shè)計(jì)完成的數(shù)字模型只需要一個(gè)步驟便成了實(shí)體事物。于是在成熟的三維打印時(shí)代,一臺(tái)電腦和一臺(tái)個(gè)人三維打印機(jī),足不出戶制造出一個(gè)物件完全不是難事。小到珠寶、家具、大到自行車、汽車零部件,都可以隨心所欲地設(shè)計(jì)并隨時(shí)被制造出來。創(chuàng)造物品的流程被簡化。2.2設(shè)計(jì)和創(chuàng)新不能局限于工廠三維快速成型技術(shù)使產(chǎn)品制造的局限不再是創(chuàng)造新物品的瓶頸,使制造業(yè)的成功不再取決于生產(chǎn)規(guī)模,企業(yè)的競爭優(yōu)勢不在于生產(chǎn)線,而是取決于產(chǎn)品本身的創(chuàng)意。創(chuàng)意會(huì)更挑剔,競爭更激烈。今后的工廠,唯一固定的不是生產(chǎn)線,而是一臺(tái)打印機(jī),生產(chǎn)出的產(chǎn)品卻千姿百態(tài),在成本下降的同時(shí),設(shè)計(jì)和創(chuàng)新卻可以不再有任何現(xiàn)實(shí)的阻力。更多的小企業(yè)甚至個(gè)人設(shè)計(jì)工作室可以進(jìn)行產(chǎn)品制造,而不再需要大工廠的流水線?？的螤柎髮W(xué)科學(xué)家霍德·林普森寫道:“三維打印機(jī)可以將任何材料變成產(chǎn)品,而今后,任何人都可以又快又便宜地生產(chǎn)出復(fù)雜產(chǎn)品,傳統(tǒng)制造業(yè)的局限不再是問題,人類創(chuàng)新將被極大地激發(fā)?！?.3tem首飾設(shè)計(jì)室越來越多的公司會(huì)使用三維設(shè)計(jì)軟件來幫助客戶定制需要生產(chǎn)的產(chǎn)品。例如NervousSystem首飾設(shè)計(jì)工作室為客戶提供一項(xiàng)網(wǎng)上服務(wù),用戶能在線調(diào)整他們所喜愛的首飾造型特征、尺寸和肌理等參數(shù),只要想法可行,該線上軟件就能讓顧客的心愿得到滿足并將用戶自定義的數(shù)字模型打印出來。在不遠(yuǎn)的將來,將會(huì)出現(xiàn)虛擬三維生產(chǎn)中心,人們可以根據(jù)自身偏好在定制各種產(chǎn)品。3.三維快速成像技術(shù)在設(shè)計(jì)中的考慮3.1原料的特性不同傳統(tǒng)制造業(yè)中的原材料具有廣泛的應(yīng)用性,可以在不同的生產(chǎn)工藝中發(fā)揮不同的材料屬性。例如,木材的各種特性可以使得它被平面切割、熱彎、雕琢以及粘合,竹材的韌性和纖維強(qiáng)度使得它可以被制造成輕質(zhì)而堅(jiān)固的產(chǎn)品,金屬板材的延展性使得它可以被彎折、沖壓以及旋壓,因此傳統(tǒng)制造業(yè)中的原材料具有非常豐富的表現(xiàn)力。而三維打印的耗材大多為人工合成材料,并預(yù)先處理成粉末狀或液體,例如陶瓷粉末在SLS快速成型中直接燒結(jié)凝固成物品,而避開了灌漿、拉胚等所有傳統(tǒng)的陶瓷工藝,陶瓷的自然屬性在SLS快速成型過程中沒有被展現(xiàn),而陶瓷粉末的新技術(shù)表現(xiàn)——燒結(jié)是創(chuàng)造產(chǎn)品的過程中的關(guān)鍵角色。因此新材料變得更中性,更脫離材料的原始自然屬性。在三維快速成型過程中,原材料被直接裝入專業(yè)設(shè)備,在完美的電腦程序驅(qū)動(dòng)下直接轉(zhuǎn)變?yōu)閷?shí)物,材料始終被束縛在特定的技術(shù)流程中,失去了它本身的創(chuàng)造性,變成了中性的缺乏表達(dá)力的材料。這些存在電腦中的數(shù)字模型從屏幕中走出,展示在你眼前,他們將給我們對(duì)這個(gè)物理世界的感官帶來不小的沖擊。3.2維打印技術(shù)帶來的誕生三維快速成型技術(shù)與手工工藝不同,是一項(xiàng)完美的精準(zhǔn)的制造技術(shù),數(shù)字模型相應(yīng)的電腦程序的執(zhí)行過程始終是精準(zhǔn)完美的,不存在誤差,不留下任何操作瑕疵。然而技術(shù)的完美無暇并不等同于大眾所認(rèn)同的美。傳統(tǒng)的陶器之所以為人所喜愛,是因?yàn)樗鼈儽旧淼牟煌昝?胚型的不對(duì)稱、釉質(zhì)的窯變、胚型的窯變以及裝飾的隨意性等,因此手工藝作品在手工匠人的手中充滿了偶然的驚喜之美。而精確的控制使得三維打印的物體造型與預(yù)先設(shè)計(jì)的數(shù)字模型并無任何差別,產(chǎn)品再?zèng)]有了工具或手的痕跡,三維打印成了工具與手工藝匠人的終結(jié)者。綜上所述,隨著三維快速成型技術(shù)的發(fā)展與普及,產(chǎn)品設(shè)計(jì)的流程和方式已受到一定的影響,產(chǎn)品設(shè)計(jì)未來的發(fā)展趨勢亦會(huì)受到其影響。產(chǎn)品設(shè)計(jì)領(lǐng)域亦出現(xiàn)了一部分新興的設(shè)計(jì)師和設(shè)計(jì)工作室,例如法國設(shè)計(jì)師PatrickJouin、意大利設(shè)計(jì)工作室Indu