快速成型 揭秘3D打印機(jī)

一句話(huà)解密3D打印

    3D打印，在專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域，它又有另一個(gè)名稱(chēng)“快速成型技術(shù)”。它出現(xiàn)于20世紀(jì)80年代后期，是基于材料堆積法的一種高新制造技術(shù)。這個(gè)并不新的技術(shù)，為何在這幾年突然火起來(lái)呢？

    工業(yè)級(jí)設(shè)備走入民間

    太爾時(shí)代科技有限公司的市場(chǎng)部經(jīng)理郭嶠認(rèn)為，這主要得益于國(guó)外數(shù)百萬(wàn)元級(jí)別的工業(yè)級(jí)3D打印設(shè)備，在這幾年，轉(zhuǎn)變?yōu)樽烂婕?jí)的設(shè)備。有些3D打印“神器”售價(jià)在1500美元以?xún)?nèi)，甚至更低，一時(shí)間受到DIY愛(ài)好者追捧，他們充分發(fā)揮自己的才智，打印出各種極具創(chuàng)意的3D物品，再加上網(wǎng)絡(luò)的發(fā)達(dá)，所以就在過(guò)去的兩年間，關(guān)于3D打印機(jī)，許多“魔幻現(xiàn)實(shí)主義”般的新聞突現(xiàn)在人們眼前。

    2011年3月，英國(guó)一名科學(xué)家設(shè)計(jì)出一款自行車(chē)，并用打印機(jī)一次成型地打印出車(chē)輪、軸承和車(chē)軸，更重要的是它可以騎，而且其堅(jiān)固程度與鋼鋁材料不相上下；幾乎與此同時(shí)，美國(guó)康奈爾大學(xué)一位教授帶領(lǐng)他的學(xué)生，在實(shí)驗(yàn)室里用一臺(tái)打印機(jī)，打印出一塊有草莓醬的巧克力蛋糕；2011年9月，世界首輛3D打印機(jī)制造的汽車(chē)現(xiàn)身加拿大溫尼伯市……

    另外，還有一個(gè)值得注意的原因，就是國(guó)際上的影響。美國(guó)為了實(shí)現(xiàn)“制造業(yè)回流”，2011年6月，奧巴馬宣布一項(xiàng)新政策，并向3D打印產(chǎn)業(yè)支出5億美元以提升美國(guó)在制造業(yè)上的領(lǐng)先地位；2013年2月，奧巴馬在國(guó)情咨文演講中表示，將建設(shè)一個(gè)包含15個(gè)制造創(chuàng)新中心的全國(guó)性網(wǎng)絡(luò)，希望專(zhuān)注于3D打印和基因圖譜等各種新興技術(shù)。

    原理：類(lèi)似蠶的吐絲結(jié)繭

    對(duì)于3D打印機(jī)的工作原理，郭嶠打了一個(gè)形象的比喻：蠶吐出很細(xì)的絲，一層一層把自己包裹起來(lái)，就形成了一個(gè)“立體”的繭。雖然目前材料和工藝不一樣，但3D打印的基本原理都是根據(jù)要打印的物體形狀，通過(guò)一層層地堆積而成。比如塑料材質(zhì)，就是將塑料加熱后，形成塑料絲，然后將塑料絲一層一層地堆起來(lái)，就形成了三維物品；還有一種是用激光照射光敏樹(shù)脂或者金屬粉末，形成固體后堆積起來(lái)變成三維物品。

    不管是哪種材料，都是一層一層往上加材料，而不是像傳統(tǒng)制作工藝“車(chē)、洗、磨”那樣把原料削去。“3D打印是增加你需要的部分，傳統(tǒng)制作工藝是減掉你不需要的部分，這是兩種不同的方法論�！�

    在北京3D照相館隔壁的北京上拓科技有限公司，記者也看到了各種不同打印工藝的機(jī)器，該公司市場(chǎng)營(yíng)銷(xiāo)總監(jiān)邵先生介紹道，由于具體堆疊的形式有多種多樣，因此產(chǎn)生了多種3D打印工藝，每種工藝能夠打印的材料類(lèi)型也不相同，如常見(jiàn)的有SLA（激光固化光敏樹(shù)脂成型）、FDM（熔融擠壓堆積成型）、3DP(三維噴涂黏結(jié)成型)、SLS（選擇性激光燒結(jié)成型）、Ployjet（噴墨成型）等，“而這五種主流的3D打印工藝我們這里都有�！�

    另外，目前3D打印機(jī)可打印的材料主要有石膏、尼龍、ABS塑料、PC、樹(shù)脂、金屬、陶瓷等，這些原材料都是專(zhuān)門(mén)針對(duì)3D打印而研發(fā)的新材料，并不是普通意義的石膏、塑料、樹(shù)脂，而原材料的形態(tài)一般有粉末狀、絲狀、液體狀等。

    3Done.cn的站長(zhǎng)小彥指出，不同的技術(shù)有著不同的優(yōu)勢(shì)，同樣適合于不同的領(lǐng)域。FDM系統(tǒng)構(gòu)造原理和操作簡(jiǎn)單，因此也是目前民用市場(chǎng)常用的一種3D成型技術(shù)；SLA所用的原料是光敏樹(shù)脂，這種原料遇光就凝固，特點(diǎn)就是成型速度快，精度非常高，做出來(lái)的東西表面很光滑，但是這種設(shè)備對(duì)操作要求非�？量�，不適合家用；SLS所用的原料金屬粉末和陶瓷粉末，屬于比較高端的技術(shù)，除了本身的設(shè)備成本，還需要很多輔助保護(hù)工藝，制造和維護(hù)成本非常高，一般適合大型制造業(yè)。

    北京3D照相館里打印彩色立體模型，則采用的是3DP技術(shù)，它是在色彩外觀(guān)方面，打印產(chǎn)品最接近成品的3D打印技術(shù)，而3D照相館使用的也是3DP技術(shù)的典型設(shè)備：3DS旗下的ZPrinter 650，最大可以輸出39萬(wàn)色，色彩方面非常豐富。

    打印帶球的哨子只需40分鐘

    郭嶠認(rèn)為，3D打印最主要的應(yīng)用就是快速把產(chǎn)品推向市場(chǎng)。傳統(tǒng)制作方式下，拿到設(shè)計(jì)后，要先建模具，再做實(shí)體，周期都是以天計(jì)算，而且還不包括模具建錯(cuò)了或者不適合客戶(hù)要求等狀況。而3D打印，不管模型多復(fù)雜，它所花的時(shí)間，是以小時(shí)計(jì)算的，比傳統(tǒng)的方式還是快得多。設(shè)計(jì)的產(chǎn)品打印出來(lái)后，還能快速驗(yàn)證外觀(guān)、功能，這樣就能縮短產(chǎn)品研發(fā)周期。

    利威爾（香港）有限公司（句容利威爾電器有限公司）的魏宏輝認(rèn)為，3D打印機(jī)還可以實(shí)現(xiàn)常規(guī)工藝實(shí)現(xiàn)不了的一些結(jié)構(gòu)零件�！爸灰�三維設(shè)計(jì)軟件能設(shè)計(jì)出來(lái)的，打印機(jī)都可以打印出來(lái)，根本不需要進(jìn)行常規(guī)制造工藝的考慮”。比如傳統(tǒng)工藝中的實(shí)心部分無(wú)法做成空心，但是3D打印機(jī)就可以通過(guò)設(shè)置，將里面做成空心，直接打印出來(lái)，還能節(jié)省很多材料。

    他用自己的設(shè)備驗(yàn)證了這個(gè)優(yōu)勢(shì)：他用3D打印機(jī)打印過(guò)一個(gè)帶球的哨子，按照常規(guī)的工藝，哨子應(yīng)該分為幾步，先做外殼，再把球放進(jìn)去，然后把外殼合起來(lái)，最后封起來(lái)。哨子要想做得好看，吹得響亮，不僅要花上數(shù)天的工夫，還要有很好的手工活才行，而通過(guò)3D打印機(jī)，只花了40分鐘左右，就做成一個(gè)哨子，更重要的是，哨子里面的球還在。

    對(duì)于3D打印機(jī)的工作效率，上拓科技的邵先生認(rèn)為，在沒(méi)有3D數(shù)據(jù)之前無(wú)法準(zhǔn)確界定所需要的時(shí)間，3D打印的時(shí)間取決于3D數(shù)據(jù)的體積和所選擇的打印工藝。同樣一個(gè)10厘米高的物件，如果是空心的，那么會(huì)比實(shí)心的更快完成打印，如果選擇3DP工藝，會(huì)比使用FDM工藝更快完成打印制作�！暗�毫無(wú)疑問(wèn)，在小批量生產(chǎn)上，它肯定比傳統(tǒng)工藝制造速度要快得多�！鄙蠄D的花瓶，打印出來(lái)僅花了6個(gè)小時(shí)。

    主要用于批量生產(chǎn)之前

    由于各種原因，目前，3D打印技術(shù)在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用主要還是在產(chǎn)品研發(fā)過(guò)程中的設(shè)計(jì)驗(yàn)證，與傳統(tǒng)工藝相結(jié)合是當(dāng)前最多的形式。如在進(jìn)行批量生產(chǎn)之前，設(shè)計(jì)出產(chǎn)品，通過(guò)3D打印，打印出樣品，進(jìn)行評(píng)估，及時(shí)發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)中存在的問(wèn)題，并對(duì)設(shè)計(jì)的樣品進(jìn)行功能測(cè)試等，甚至還包括用3D打印技術(shù)進(jìn)行模具制造，如打印出真空鑄造件和熔模鑄造件的母模、注塑模等。

    這似乎與那些能夠打印飛機(jī)零件、巧克力甚至打印汽車(chē)的3D打印技術(shù)有著較大的區(qū)別。魏宏輝認(rèn)為，這源于3D打印機(jī)自身的局限性，“目前的3D打印機(jī)，精度直接達(dá)到模具成型出來(lái)的那種程度，打印機(jī)的價(jià)格都非常昂貴。民用級(jí)的價(jià)格低，但是精度不夠。另外，不同的材質(zhì)需要不同的3D打印機(jī)，也就是說(shuō)，暫時(shí)沒(méi)有一種打印機(jī)能通吃所有材料�！�

    但是，這些都沒(méi)有阻止他們對(duì)于3D打印技術(shù)的憧憬和向往，正如邵先生所說(shuō)，“我相信隨著3D打印技術(shù)的發(fā)展，將會(huì)有越來(lái)越多的新工藝、新材料、新裝備的出現(xiàn)，3D打印也將能更好地滿(mǎn)足用戶(hù)的所有個(gè)性定制需求，而在工業(yè)領(lǐng)域則更好地實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)到產(chǎn)品的直接制造�！倍�一旦到了那個(gè)時(shí)候，魏宏輝說(shuō)“宅男也可以在家開(kāi)工廠(chǎng)”；郭嶠說(shuō)，如果車(chē)?yán)锏囊粋�(gè)零件壞了，廠(chǎng)家就會(huì)把這個(gè)零件的3D數(shù)據(jù)發(fā)給離你最近的打印點(diǎn)，直接打印出零件來(lái)安裝上。