建築模型行業已實現應用3D打印技術

建築模型行業已實現應用3D打印技術

2013-09-13

何為3D打印技術

  傳統打印機打印出的是圖紙,3D打印機打印出的正是各種實物模型。3D打印技術發明於上世紀80年代,但它並不是高科技實驗室的產物,而是來自壹位父親的家用工作室。目前全球最大3D打印設備商是美國的Stratasys,其創始人斯科特·克倫普在1988年為他女兒做壹個玩具青蛙,學過機械工程、做過焊接工作的克倫普決定把聚乙烯、燭蠟混合物裝進噴膠槍,壹層壹層堆疊做出青蛙形狀,Stratasys3D打印技術FDM(熔融沈積成型)正是由此發展而來。

3D打印特點

  3D打印技術對於生產者來說,可大幅降低生產成本,提高原材料和能源的使用效率,減少對環境的影響,它還使消費者能根據自己的需求量身定制產品3D打印機既不需要用紙,也不需要用墨,而是通過電子制圖、遠程數據傳輸、激光掃描、材料熔化等壹系列技術,使特定金屬粉或者記憶材料熔化,並按照電子模型圖的指示壹層層重新疊加起來,最終把電子模型圖變成實物。其優點是大大節省工業樣品制作時間,且可以“打印”造型復雜的產品。因此許多專家認為,這種技術代表制造業發展新趨勢。

3D打印原理

  3D打印是添加劑制造技術的壹種形式,在添加劑制造技術中三維對象是通過連續的物理層創建出來的。3D打印機相對於其他的添加劑制造技術而言,具有速度快,價格便宜,高易用性等優點。

  3D打印機就是可以“打印”出真實3D物體的壹種設備,功能上與激光成型技術壹樣,采用分層加工、叠加成形,即通過逐層增加材料來生成3D實體,與傳統的去除材料加工技術完全不同。稱之為“打印機”是參照了其技術原理,因為分層加工的過程與噴墨打印十分相似。隨著這項技術的不斷進步,我們已經能夠生產出與原型的外觀、感覺和功能極為接近的3D模型。說的簡單壹點,3D打印是斷層掃描的逆過程,斷層掃描是把某個東西“切“成無數疊加的片,3D打印就是壹片壹片的打印,然後疊加到壹起,成為壹個立體物體。使用3D打印機就像打印壹封信:輕點電腦屏幕上的“打印”按鈕,壹份數字文件便被傳送到壹臺噴墨打印機上,它將壹層墨水噴到紙的表面以形成壹副二維圖像。而在3D打印時,軟件通過電腦輔助設計技術(CAD)完成壹系列數字切片,並將這些切片的信息傳送到3D打印機上,後者會將連續的薄型層面堆疊起來,直到壹個固態物體成型。3D打印機與傳統打印機最大的區別在於它使用的“墨水”是實實在在的原材料。

3D打印機應用

  3D打印機的應用對象可以是任何行業,只要這些行業需要模型和原型。以色列的Objet公司認為,3D打印機需求量較大的行業包括政府、航天和國防、醫療設備、高科技、教育業以及制造業。

3D打印機價格

  任何壹款新設備要推廣普及,必須擁有壹個親民的價格,這也正是3D打印機難以走入家庭的重要原因。最早的Stratasys3D打印機每臺售價高達13萬美元,別說家庭用戶,就連企業用戶也對這個售價高昂的新家夥無人問津,Stratasys在成立三年後才賣出自己的第壹臺3D打印機。

  經過20多年的發展,如今3D打印機早已不是當初的價格,雖然壹些用於工業設計、精密程度非常高的3D打印機價格仍然不菲,但作為普通設計公司乃至家庭用戶使用的桌面式3D打印機,國外品牌售價基本在2萬-5萬元不等,而國產3D打印機售價已經來到萬元以下。

3D打印機未來有望熱銷

  Stratasys中國區總經理汪祥根介紹,3D打印機主要有四個方面的應用:壹是概念模型,藝術家搞概念的東西,形狀、外體什麽樣;第二就是結構和外觀的測試或者是實驗;第三個是壹些功能性的測試;第四是直接制造。

  過去的十幾年裏,3D打印技術的主要使用者是設計師、工程師和科學家,3D打印機可以幫助他們制造壹次性的各種產品或模型。比如建築設計師就可以把設計圖上的原稿通過3D打印機做出建築模型,而科學家甚至可以直接通過3D打印機來制作高科技產品,英國將3D打印拓展到人類胚胎幹細胞範圍。

打印金屬部件,中國也行

  《十二生肖》電影中,成龍通過專業設備將所掃描的銅像進行完美打印。現在揚州是使用光敏樹脂材料,打印出來的產品畢竟是塑料的,而工業制造過程中,使用的絕大多數零配件是金屬制成品。那麽,3D打印技術能打印金屬制品嗎?

  “國內剛剛研究成金屬3D打印技術,是使用鈦合金粉末作材料,使用激光打印機打印。而此項技術,以前也壹直為外國人壟斷。”據了解,國內中航重機不久前剛研制成功鈦合金粉末激光3D打印技術,憑此項技術,中航重機獲得了國家科學技術獎壹等獎。

也能用其他不同材質

  據袁剛介紹,目前支持3D打印的材料很多。簡單說,不同公司生產的3D打印機會支持不同的材料,樹脂、尼龍、石膏、塑料這些都是普遍使用的材料,隨著業界研發的不斷進步,支持鈦、不銹鋼或鋁、鐵金屬材料的打印機也已經出現。

  “但激光器要有足夠的能量,且成本很高。”袁剛說,“不過我們若做金屬零件壹般采用激光制模和精密鑄造聯動,先用3D打印工藝做壹個鑄造模具,然後通過石蠟鑄造工藝,生產出所需的金屬物件。用這種工藝制造的金屬零件的強度要比普通鑄件強度高,制造成本也比直接打印金屬零件要便宜得多。”

應用

  前景廣闊 問題猶存

  想象壹下,將來妳家有這樣壹臺打印機,需要杯子的時候,輸入外形數據,就可以打印出壹只妳想要的杯子。

  但是,“神筆馬良”,並不是所有人都能做的。

  困難壹 耗材較貴

  耗材比較貴,如果是進口的設備,國外會控制材料,也就是說,買他們的設備壹定要搭配耗材。常用的耗材壹般有尼龍、光敏樹脂、金屬等,便宜的尼龍也要幾百元/公斤,而貴的光敏樹脂、金屬等耗材價格高達2000多元/公斤。

  困難二 兼容性差

  不單耗材,壹臺3D打印機只能用同類耗材,也制約了產業的發展。“快速制造國家工程研究中心揚州示範中心”這臺3D打印機,只能用光敏樹脂做耗材,這類3D打印機售價高達兩百多萬元,金屬類的3D打印機售價更需要五六百萬元。

  困難三 家庭用戶使用門檻高

  記者采訪了解到,目前家庭使用的3D打印機已經在市面上出現,但價格昂貴,對使用者知識要求較高,因此其進入普通家庭的門檻比較高。

  壹款“入門級”掃描設備價格都在十幾萬元以上,壹臺桌面級3D打印機也要兩三萬元。

  袁剛告訴記者,3D打印技術在我國的應用主要在三個方面,壹是高端應用,如航空航天產品,二是中端工業應用,如企業新產品開發。三是民用,如在醫療領域。北京等地已經出現了為大眾服務的3D打印照相館。目前揚州只有20家左右企業及個人前來利用3D打印。由於成本及知名度的原因,此項技術還未大規模推廣開來。

名詞解釋

  到底什麽是3D打印?在“快速制造國家工程研究中心揚州示範中心”,現場的科技人員給記者進行了壹回“科普”:通俗地說,3D打印機是可以“打印”出真實的3D物體的壹種設備。之所以通俗地稱其為“打印機”是參照了普通打印機的技術原理,因為分層加工的過程與噴墨打印十分相似。

  “我們日常生活中使用的普通打印機可以打印電腦設計的平面物品,而所謂的3D打印機只是打印材料有些不同。”袁剛介紹說,普通打印機的打印材料是墨水和紙張,而3D打印機內裝有金屬、陶瓷、塑料、砂等不同的“打印材料”,打印機與電腦連接後,通過電腦控制可以把“打印材料”壹層層疊加起來,最終把計算機上的藍圖變成實物。