你了解3D打印機(jī)嗎?
首先,3D打印機(jī)是誰發(fā)明的呢?
3D打印機(jī)(3D Printers)是一位名為恩里科·迪尼(Enrico Dini)的發(fā)明家設(shè)計(jì)的一種神奇的打印機(jī),它不僅可以“打印”出一幢完整的建筑,甚至可以在航天飛船中給宇航員打印任何所需的物品。
順便了解一下3D打印機(jī)的一些過去:
早期的三維打印的例子發(fā)生在20世紀(jì)80年代,雖然那時(shí)的三維打印機(jī)是大型的,昂貴的,所能制造的產(chǎn)品可能非常有限。
在1980年代,熱溶解積壓成形(Fused Deposition Modeling,F(xiàn)DM)技術(shù)由S. Scott Crump開發(fā)成功,并在1990年代商業(yè)化。
在1980年代中期,SLS被在美國德州大學(xué)奧斯汀分校的卡爾Deckard博士開發(fā)出來并獲得專利,項(xiàng)目由DARPA贊助的。1979年,類似過程由RF Housholder得到專利,但沒有被商業(yè)化。
在1987年,Chuck Hull發(fā)明的Stereolithography(立體光刻工藝)被授予了專利。
1995 年在麻省理工學(xué)院創(chuàng)造了“三維打印”術(shù)語,當(dāng)時(shí)的畢業(yè)生Jim Bredt和Tim Anderson修改了噴墨打印機(jī)方案,變?yōu)榘鸭s束溶劑擠壓到粉末床,而不是把墨水?dāng)D壓在紙張上的方案。該專利隨之而來的是現(xiàn)代的三維打印企業(yè)Z公司 (Bredt和Anderson創(chuàng)立)和ExOne公司。
其次,3D打印機(jī)是怎么工作的呢?
三維設(shè)計(jì)
三維打印的設(shè)計(jì)過程是:先通過計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(CAD)或計(jì)算機(jī)動(dòng)畫建模軟件建模,再將建成的三維模型“分區(qū)”成逐層的截面,從而指導(dǎo)打印機(jī)逐層打印。
設(shè)計(jì)軟件和打印機(jī)之間協(xié)作的標(biāo)準(zhǔn)文件格式是STL文件格式。一個(gè)STL文件使用三角面來近似模擬物體的表面。三角面越小其生成的表面分辨率越高。PLY是一種通過掃描產(chǎn)生的三維文件的掃描器,其生成的VRML或者WRL文件經(jīng)常被用作全彩打印的輸入文件。
3D打印機(jī)的工作過程:
打印機(jī)通過讀取文件中的橫截面信息,用液體狀、粉狀或片狀的材料將這些截面逐層地打印出來,再將各層截面以各種方式粘合起來從而制造出一個(gè)實(shí)體。這種技術(shù)的特點(diǎn)在于其幾乎可以造出任何形狀的物品。
3D打印機(jī)打出的截面的厚度(即Z方向)以及平面方向即X-Y方向的分辨率是以dpi(像素每英寸)或者微米來計(jì)算的。一般的厚度為100微米,即 0.1毫米,也有部分打印機(jī)如Objet Connex 系列還有三維 Systems' ProJet 系列可以打印出16微米薄的一層。而平面方向則可以打印出跟激光打印機(jī)相近的分辨率。打印出來的“墨水滴”的直徑通常為50到100個(gè)微米。 用傳統(tǒng)方法制造出一個(gè)模型通常需要數(shù)小時(shí)到數(shù)天,根據(jù)模型的尺寸以及復(fù)雜程度而定。而用三維打印的技術(shù)則可以將時(shí)間縮短為數(shù)個(gè)小時(shí),當(dāng)然其是由打印機(jī)的性 能以及模型的尺寸和復(fù)雜程度而定的。
傳統(tǒng)的制造技術(shù)如注塑法可以以較低的成本大量制造聚合物產(chǎn)品,而三維打印技術(shù)則可以以更快,更有彈性以及更低成本的辦法生產(chǎn)數(shù)量相對較少的產(chǎn)品。一個(gè)桌面尺寸的三維打印機(jī)就可以滿足設(shè)計(jì)者或概念開發(fā)小組制造模型的需要。
完成
目前三維打印機(jī)的分辨率對大多數(shù)應(yīng)用來說已經(jīng)足夠(在彎曲的表面可能會比較粗糙,像圖像上的鋸齒一樣),要獲得更高分辨率的物品可以通過如下方法:先用當(dāng)前的三維打印機(jī)打出稍大一點(diǎn)的物體,再稍微經(jīng)過表面打磨即可得到表面光滑的“高分辨率”物品。
有些技術(shù)可以同時(shí)使用多種材料進(jìn)行打印。有些技術(shù)在打印的過程中還會用到支撐物,比如在打印出一些有倒掛狀的物體時(shí)就需要用到一些易于除去的東西(如可溶的東西)作為支撐物。
再次,3D打印是基于哪些技術(shù)呢?
許多相互競爭的技術(shù)是可用的。它們的不同之處在于以不同層構(gòu)建創(chuàng)建部件,并且以可用的材料的方式。一些方法利用熔化或軟化可塑性材料的方法來制造打印的“墨水”,例如:選擇性激光燒結(jié)(selective laser sintering,SLS)和混合沉積建模(fused deposition modeling,F(xiàn)DM),還有一些技術(shù)是用液體材料作為打印的“墨水”的,例如:立體光固化成型法(stereolithography,SLA)、分層實(shí)體制造(laminated object manufacturing,LOM)。每種技術(shù)都有各自的優(yōu)缺點(diǎn),因而一些公司會提供多種打印機(jī)以供選擇。一般來說,主要的考慮因素是打印的速度和成本,三維打印機(jī)的價(jià)格,物體原型的成本,還有材料以及色彩的選擇和成本。
可以直接打印金屬的打印機(jī)價(jià)格昂貴。有時(shí)候人們會先使用普通的三維打印機(jī)來制作模具,然后用這些模具制作金屬部件。
累積技術(shù) | 基本材料 |
選擇性激光燒結(jié)(selective laser sintering,SLS) | 熱塑性塑料、金屬粉末、陶瓷粉末 |
直接金屬激光燒結(jié)(Direct metal laser sintering,DMLS) | 幾乎任何合金 |
熔融沉積成型(fused deposition modeling,F(xiàn)DM) | 熱塑性塑料, 共晶系統(tǒng) 金屬、可食用材料 |
立體平版印刷(stereolithography,SLA) | 光硬化樹脂(photopolymer) |
數(shù)字光處理(DLP) | 液態(tài)樹脂 |
熔絲制造(Fused Filament Fabrication,F(xiàn)FF) | 聚乳酸(PLA)、ABS樹脂 |
融化壓模(Melted and Extrusion Modeling,MEM) | 金屬線、塑料線 |
分層實(shí)體制造(laminated object manufacturing,LOM) | 紙、金屬膜、塑料薄膜 |
電子束熔化成型(Electron beam melting,EBM) | 鈦合金 |
選擇性熱燒結(jié)(Selective heat sintering,SHS) | Thermoplastic powder |
粉末層噴頭三維打印(en:Powder bed and inkjet head 3d printing,PP) | 石膏 |
第四,我們一起看看3D打印機(jī)是怎么分類的?
根據(jù)3D打印機(jī)的價(jià)格、3D打印成本、打印精度、材料、工藝等,我們大致能了解到,3D打印機(jī)主要分為家用和商用3D打印機(jī)、工業(yè)級別3D打印機(jī)。
家用和商用3D打印機(jī):
“ 有幾個(gè)項(xiàng)目和公司努力開發(fā)在很多家庭可以負(fù)擔(dān)得起的價(jià)格的適合臺式機(jī)使用的三維打印機(jī),其中有許多是相關(guān)的。這項(xiàng)工作的推動(dòng),并有針對性地DIY/發(fā)燒友/早期采用者社區(qū)的學(xué)術(shù)和黑客社區(qū)的鏈接。
RepRap三維打印機(jī)是一個(gè)在桌面類的運(yùn)行時(shí)間最長的項(xiàng)目。 RepRap項(xiàng)目的目的是產(chǎn)生一個(gè)自由和開放源碼軟件(FOSS)的三維打印機(jī),其規(guī)格在GNU通用公共許可證下發(fā)布的,并可以打印自己的部分(打印件),以創(chuàng)造更多的機(jī)器。截至2010年11月,RepRap可以打印塑料件,并要求電機(jī),電子和一些金屬支撐棒來完成。打印印刷電路板,以及金屬部件的設(shè)備正在研究中。一些公司和個(gè)人出售部分創(chuàng)建不同的RepRap設(shè)計(jì),開始于2012年的價(jià)格約€400 / US$500。
由于RepRap具 有的開放源碼軟件的目的,許多相關(guān)的項(xiàng)目都用它的設(shè)計(jì)中獲取靈感,創(chuàng)造一個(gè)生態(tài)系統(tǒng)的許多相關(guān)的或派生的三維打印機(jī),其中大部分也是開源設(shè)計(jì)。這些開源設(shè) 計(jì)的可用性意味著,發(fā)明三維打印機(jī)的變體很容易。但是,不同的打印機(jī)設(shè)計(jì)的質(zhì)量和復(fù)雜性不同,包或成品的質(zhì)量也良莠不齊。這種快速發(fā)展的開源三維打印機(jī)的 正在得到越來越多的關(guān)注,無論是發(fā)達(dá)國家和發(fā)展中國家都在大量定制和設(shè)計(jì),因?yàn)樗梢酝ㄟ^管道在公共領(lǐng)域使用,如Thingiverse制作的適當(dāng)開源的 技術(shù)。這項(xiàng)技術(shù)也可以協(xié)助在可持續(xù)發(fā)展,這種技術(shù)很容易在當(dāng)?shù)厝〉觅Y源,因此十分經(jīng)濟(jì),以滿足他們的需求。
開放源碼的Fab@Home項(xiàng)目一般使用的打印機(jī),可以使用一個(gè)噴嘴做出任何產(chǎn)品,從巧克力到硅密封劑和化學(xué)反應(yīng)物。打印機(jī)可以從供應(yīng)商的工具包項(xiàng)目的設(shè)計(jì)或組裝的形式,在2012年該地區(qū)的價(jià)格是2000美元。
許多這些打印機(jī)以包形式提供的,還有一些是完全組裝好的形式。 完全組裝好的Solidoodle2,一個(gè)6x6x6英寸的打印機(jī)的價(jià)格為US$499。打印機(jī)包的價(jià)格從400美元為開源SeeMeCNC H-1,500美元的Printrbot,這兩者都是來自以前的RepRap打印機(jī)的派生模型,到超過2000美元的Fab@Home的2.0雙注射器系統(tǒng)。”
開發(fā)和能超級自定義的的基于RepRap的三維打印機(jī)制作了一類新的打印機(jī),適用于住宅及商業(yè)用途。最便宜的組裝打印機(jī)是Solidoodle 2,而RepRapPro的的DIY包售價(jià)為680美元左右,是最便宜的和最可靠的。還有其他的高端工具包和完全組裝好的機(jī)器,是基于RepRap的機(jī)器 增強(qiáng)型號,能以高速和高清晰度來打印。根據(jù)不同的應(yīng)用,打印分辨率和速度的的程度介乎個(gè)人打印機(jī)和工業(yè)打印機(jī)之間。打印機(jī)的價(jià)格和其他信息的清單被人維護(hù)[7]。大部分最近的delta robots已經(jīng)用于三維打印來進(jìn)一步的增加制造的速度。
工業(yè)級別3D打印機(jī):
工業(yè)級打印機(jī)的精度雖然可以精確到幾微米,但成本高達(dá)幾十萬元甚至上百萬元。
第五,想了解一些具體的3D打印機(jī)嗎?
如果您想了解一些具體品牌的3D打印機(jī),就到這里去吧:http://m.trusteddivorcelawyers.com/club/misc.php?mod=tag&id=14712
備注:鑒于權(quán)威性和分享質(zhì)量考量,以上3d打印機(jī)素材多來源于維基百科。轉(zhuǎn)載請注明。
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