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3D打印机原理和技术优势揭秘

我爱方案网| 3D打印机| 2013-01-15
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【导读】3D打印技术可以简化普通人制作产品的流程,并降低制作成本。发明家只需几个小时即可将他们的最新设计变成实物,然后经过调整后再打印出来,而不必等待好几周由工厂生产原型产品。

什么是3D打印?

这是一种革命性的生产工艺,从玩具到珠宝,再到机器部件,都可以直接由数字模型打印成实体产品,所需的材料则包括塑料、金属或陶瓷。这原本是科幻小说中才有的场景,但近些年来却获得了迅猛发展。

如今的3D打印机体积越来越小,速度越来越快,价格越来越低。基础的3D打印机只有微波炉那么大,售价不足1000美元。有了它,任何人都可以成为制造商。

《今夜秀》主持人杰伊·雷诺(Jay Leno)用一台3万美元的3D打印机打印出了它的一辆老爷车的稀有零部件。“这就像我小时候在《杰森一家》(The Jetsons)中看到的场景:他们走到一台机器面前,按一下按钮,牛排就做好了。”雷诺说,“只不过,我得到的不是牛排,而是老爷车的零部件。”

3D打印机的工作原理?

就像传统的喷墨打印机在纸上逐行喷墨一样,3D打印机是将材料逐层喷涂,缓慢塑形。要进行3D打印,首先需要设计师使用电脑软件制作出虚拟3D模型,之后再由另外一个程序将模型水平切片,并向打印机发出指令,逐层复制模型。

有些打印机使用电脑控制的加热喷嘴在一个打印平台上来回移动,将材料融化后进行打印。还有一些打印机使用激光或电子束将粉末状的塑料或金属融化成所需的形状。每一层打印完毕后,打印平台都会降低一些,然后添加新的一层,直到全部打印完成。

3D打印技术的优势?

这种技术可以简化普通人制作产品的流程,并降低制作成本。发明家只需几个小时即可将他们的最新设计变成实物,然后经过调整后再打印出来,而不必等待好几周由工厂生产原型产品。

工业领域虽然也拥有注压成型这样的技术,但却需要由工匠制作一个金属铸件,然后将加热后的塑料倒入其中,因此,这种方法只有在大规模生产时才能实现成本效率。而有了3D打印机,无论产量是1件还是100万件,平均成本都一样。

“我要制作出独一无二的手机套也不会产生太大成本。”德克萨斯大学工程师瑞恩·维克(Ryan Wicker)说,“打印100件不同的产品的成本效率与打印100件相同的产品完全一样。”

人们都在“打印”什么?

MyRobotNation.com允许用户设计自己的玩具机器人,然后通过3D打印机生产出来,而在线零售商Shapeways.com则出售珠宝和玩具等各种3D打印产品。

但这项技术不只是为了制造新奇产品,丹麦公司Widex就可以为用户打印出完美贴合其耳道的助听器,而旧金山的Bespoke Innovations则在尝试为用户量身打印假肢。波音和欧洲宇航防务集团(EADS)等飞机制造商开始整体打印飞机零部件,而不再将多种零部件进行拼接。

波音工程师迈克尔·海耶斯(Michael Hayes)表示,由于不再需要使用传统的螺丝来组合零部件,3D打印最多可以将零部件的重量降低30%,从而节约燃油成本。波音认为,这项技术最终有望打印出完整的机翼。“这正是飞机制造行业努力的方向。”海因斯说。

3D打印还能做什么?

下一步可能是让所有家庭都拥有3D打印机。“一旦实现这一目标,一切都将改变。”设计软件制造商Autodesk CEO卡尔·巴斯(Carl Bass)说,“在亚马逊上看到自己喜欢的东西?原本要下单后等上24小时,联邦快递才能送货上门。但今后,只需按一下打印机,几分钟就能打印出同样的产品。”

不过,多数专家认为,要真正实现《杰森一家》中的场景还有很长的路要走。市面上的桌面3D打印机目前只能打印塑料材质,限制了应用范围。即使你拥有功能齐全的高端打印机,也需要大量的打印材料。如果你的微波炉坏了,想打印一个替代品,“你的3D打印机拥有合适材料的概率有多大?”行业分析师特里·霍勒斯(Terry Wohlers)问。

人们今后可能会如何使用3D打印机?

英国拉夫堡大学3D打印专家理查德·海格(Richard Hague)认为,我们今后可能不会在家里使用业余打印机,而是有可能到拥有专业设备的3D打印中心打印产品,就像是前往专业冲印店冲洗照片一样。

他认为,一旦实现工业化规模,3D打印可以产生深远的经济影响。企业再也用不着各种商品堆积如山的巨大仓库了,因为产品都可以按照用户需求在本地打印出来。3D打印还可以将制造业从海外迁回美国。“海外制造已经没有任何优势可言,只会导致运费增加。”Bespoke Innovations联合创始人斯科特·萨米特(Scott Summit)说。

打印枪支存在隐患

有了3D打印机,你完全有可能自己在家中打印出一把枪。这是Defense Distributed的目标之一,他们希望创造模型图,方便任何人下载,然后打印出功能完备的军火。虽然这一目标尚未实现,但该项目的负责人、德克萨斯大学法学院学生寇迪·威尔森(Cody Wilson)宣布,该公司已经成功打印了一些塑料部件组装成了AR-15半自动步枪,并且射出了4颗子弹。这把枪随后被拆毁。

美国众议员史蒂夫·伊斯瑞尔(Steve Israel)正在催促美国国会更新《无法探测枪支法案》。该法案禁止生产无法用金属探测器探测到的枪支,但这项法案将于2013年底过期。“该法案上次更新时,用3D打印机生产枪支就像是《星际迷航》中的故事。但现在,我们知道这是真的。”他说。

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