技术知识

TECHNOLOGY

什么是 3D 打印?3D 打印机的应用及分类
发布日期 : 2021-01-26 16:08:17
要问如今什么技术最豪横?

 

当然是3D打印技术!
 

与目前很多新兴科技(5G、自动驾驶等)相比,3D 打印看起来技术含量似乎很低,虽然国内也有一些报道,但人们对它的认知观念不是太强。

 

因为新萄京娱乐场网址5197国制造业太成熟发达,以目前的 3D 打印水平来说完全无法对传统制造业造成影响,所以大家感知不强。

 

 

但它的实用价值却完全不在其他科技之下, 3D 打印在国外异常火热。因为疫情的影响导致外国人民无法顺利买到「中国制造」的产品,所以只能自己动手制造了,这也就导致 3D 打印项目呈指数增长。
 

什么是 3D 打印

 


3D 打印是一种「制造过程」,它将材料逐渐堆叠,形成一个三维物体。
 
3D 打印简化了制造流程、缩短供应链和分销链,只需要将设计好的模型输入 3D 打印机即可获得成品,实现了「生产个人化」。

 

传统方式制作一个手机壳需要经过模具制作、注塑、切割、钻孔加工等工序,生产不同的产品需要不同的模具。
 

 

而 3D 打印则不用那么麻烦,只需要不断堆叠手机壳材料就能得到。这样做的好处显而易见,生产过程被极大的缩减。

3D 打印业发展出了很多不同的技术分支,最常见的是熔融沉积成型(FDM),它将丙烯腈丁二烯苯乙烯(ABS),聚乳酸(PLA)或其他「热塑性塑料」熔化成丝状,并通过喷嘴挤出。喷嘴会根据设计好的模型图一层层移动,在特定位置挤出打印材料。

第一批上市的 3D 打印机就是 FDM,目前面向个人消费者、业余爱好者的基本也都是这种。FDM 型 3D 打印机的价格已经到了大多数中国家庭能够承受的程度。

Ps: 因为专利问题,熔融沉积成型也可能叫做熔丝成型(FFM)、熔丝制造(FFF),其实都是一个东西。

另一种比较常见的 3D 打印技术是立体光刻或光固化成型(SLA),该技术基于液态光敏树脂的光聚合原理工作。这种液态材料在一定波长和强度的紫外线照射下会迅速发生光聚合反应,从液态转变为固态。最终实物的精度比 FDM 要高很多。

SLA 的工作模式和 FDM 有很大区别。液态树脂被装在底部透明的容器中,紫外线光从底部照射液态树脂,已完成部分被逐渐抬起。如果说 FDM 是从「脚」开始,那SLA 就是从「头」开始。

 

除此之外还有数字光处理(DLP);激光烧结(SLS);电子束熔融(EBM)等等打印技术。这些技术让 3D 打印材料覆盖范围更广,除了塑料外,金属、光学透明、橡胶等常见材料都可以使用 3D 打印。

 

但不管一种技术,他们的逻辑原理都是一层层叠加。
 

3D打印可以做什么

 

 

3D 打印应用范围非常广泛,并且实用性很强。

利用 3D 打印,设计师可以快速将概念转换成模型或原型。对于这种小批量生产来说 3D 打印有绝对的优势。它可以按需生产,节约了很多流程和成本,并且效率更高。这也同样适用于影视行业的道具制作。

 

就像传统设计一样,3D 打印也孕育出了不少设计模型交易网站,你可以直接购买设计师做好的 3D 模型,然后在家自己生产。
 

今后在设计部门,3D 打印机或许会像传统复印机一样常见。

 

3D 打印还可以在医疗行业大显神通,它可以为病人定制假肢、牙齿或者其他身体器官。听上去很遥远?

实际上瑞典公司 SONOVA 已经利用 3D 打印攻占了全球助听器行业 50% 的市场。特别是在美国和欧洲的助听器外壳生产领域,3D 打印已经完全占据了所有的生产线。使用传统方式制作助听器外壳的公司已经无法生存。

 

除了成本和时间,3D 打印在医疗行业最大的优势是它可以根据患者自身情况,定做专属于他的医疗用品。

 

目前美国航天局也在广泛采用 3D 打印技术。为美国航空航天提供微天线的供应商Optisys LLC 利用 3D 打印技术将追踪天线阵列的离散量从 100 个减少到仅 1 个,交货日期从 11 个月缩减到 2 个月,同时重量减轻 95%。

现在 3D 打印机还被搬到了国际空间站中,宇航员可以自定义一些工具,而不用等待一下次补给。

除了以上已经被广泛应用的领域,3D 打印还实验性的制作过食品(糕点和披萨)、建筑、交通工具(船和汽车),机器人组件等等。

 

常见的FDM类型3D打印机

 

 

目前主流的3D打印机按照传动方式来主要有3种:XYZ型、CoreXY型和三角型。

 

1. XYZ型

 

XYZ型3D打印机的特点三轴传动互相独立:三个轴分别由三个步进电机独立控制(有些机器Z轴是两个电机,传动同步作用)。

 

 

开源的reprap系列、Ultimaker ,还有曾经开源的Makebot系列机器,都是采用XYZ型结构。
 

总体来说,XYZ结构清晰简单,独立控制的三轴,使得机器稳定性、打印精度和打印速度能维持在比较高的性能。

 

2. CoreXY型

 

 

CoreXY结构是由Hbot结构改进来的。Hbot结构的主要优点,速度快,没有X轴电机一起运动的负担,还有就是可以做得更小巧,打印面积占比更高。
 

CoreXY结构还是鲜为人知,采用XY联动结构(除了Z轴以外,XY轴都是两个步进电机协调配合进行传动),使得3D打印机传动效率更高,能设计出更加低功耗的3D打印机。

 

 

两个传送皮带也很有意思,它们看上去是相交的,其实是在两个平面上,一个在另外一个上面。而在X、Y方向移动的滑架上则安装了两个步进马达,使得滑架的移动更加精确而稳定
 

3. 三角型

 

三角型也叫并联臂结构。这种结构最早是由瑞士洛桑理工学院(EPFL)的Reymond Clavel教授在上世纪80年代发明的三角式结构。

 

最早的三角式并联机械臂主要用来设计一种能以很快速度操作轻小物体的机器人。三角式并联机械臂,这是一种通过一系列互相连接的平行四边形来控制目标在X、Y、Z轴上的运动的机械结构。

 

近年来这种机械结构的应用日益广泛,特别是它具有适应狭小空间,并能在其中有效工作的能力。1987年瑞Demaurex公司首先购买了三角机器人的知识产权并将其产业化,主要用于巧克力、饼干、面包等食品包装。

 

 

后来由于硬件和软件工程的发展带来的技术和制造成本下降,很多创客在设计自己的3D打印机是借鉴了这种三角并联式机械臂的特点,于是就出现了如今新萄京娱乐场网址5197常见的外形接近三角形柱体的三角式3D打印机,玩家们称为三角洲打印机。
 

在同样的成本下,采用三角型能设计出打印尺寸更高的3D打印机。三轴联动的结构,传动效率更高,速度更快。

 

 

但是由于三角的坐标换算是采用插值的算法,弧线是用很多条小直线进行插值模拟逼近的,小线段的数量直接影响着打印的效果,造成三角的分辨率不足打印精度相对略有下降。

相关产品


XML 地图 | Sitemap 地图