3D打印技术

2013年5月5日，25岁的德克萨斯大学法律系学生科迪·威尔森首次完全使用3D打印技术制造出一把手枪，并成功发射了子弹，随后他把手枪的设计图纸发布在自己的网站DEFCAD上，自从上传3D打印手枪图纸以来两天，下载量就已超过10万次。3D打印技术，是一种以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的新型成型技术。3D打印是利用设计产品的3D数据，采用分层、叠加成形的原理进行打印，其工艺流程一般可分为三维建模、数据分割、打印、后处理四步。三维建模分割三维数据成二维打印后处理1、三维建模原理：2、分割三维数据成二维数据在三维建模完成后，打印机将三维数据分割为二维数据，即把整个三维模型沿水平面“切割”成一定数量的二维薄片3、打印4、后处理打印好的三维产品要经过后处理才能出厂或使用，后处理工艺一般包括剥离、固化、修整、上色等。此类设备在运行时会先在产品底部喷出一定高度的底座来，然后在此基础上打印正式产品，这样做的好处是可避免因产品底部与工作台直接接触在剥离时而成的损坏，因此当打印好后只需将此底座整个拿下并仔细与产品剥离即可。对于使用树脂等材料加工的产品还需进行光固化，固化后在经一定的细节修整和上色等工艺就可完成整个打印过程。特点：优点：1.最直接的好处就是节省材料；2.在可以表现出外形曲线上的设计的同时能做到很高的精度和复杂程度；3.相对制作周期短；4.自动、快速、直接和精确地将计算机中的设计转化为模型；不足：通过3D打印制造出来的产品在实用性上要打一个问号。1.存在成本高、工时长的软肋2.在规模化生产方面尚不具备优势；3.使用材料比较单一；2.在规模化生产方面尚不具备优势；3.使用材料比较单一3D打印机三、主要打印材料的性能与特点ABS系列材料：ABS稳定的材料特性，有助进行准确的功能性测试；优越的机械性能及热性能材料，能够制作贴近真实产品的3D原型；不同型号材料有不同性能指标。光敏树脂材料：性能和特点接近ABS材料的光敏树脂，表面细节光滑细腻;世界上唯一能够在一个单一的三维打印模型结合不同的成型材料添加剂层制造（软硬胶结合、透明与不透明材料结合）。蜡质材料：喷蜡立体打印，表面光滑；蜡模生产系统，用于精密铸造，超越以前纯模型制作与展示功能。可用于标准熔模材料和铸造工艺的熔模铸造应用，是制作珠宝、服饰、医疗器械、机械部件、雕塑、复制品、收藏品进行石蜡模型失蜡铸造工艺。尼龙系列材料：以固体粉末材料直接成型三维实体零件，不受零件形状复杂程度的限制，不需要任何的工装模具，直接将CAD三维模型转换为实体零件。具有杰出的机械性能和耐温性能，常用于功能原型的制作。表面相对来讲比较粗糙，但都能充分满足设计师所要表达样件功能验证效果。高性能复合石膏材料：提供丰富颜色选项目，从64种基本色到无限延伸的颜色组合，满足不同需求；表面相对来讲比较粗糙，但都能满足设计所要表达效果。非常适合制鞋、服装、手袋、建筑模型、玩具设计外观表现效果表达和3D照相馆人像和个性化定制。材料-taulman645Taulman3D日前宣布推出一款采用1.75mm尼龙聚合物的名为taulman645打印材料。taulman645具有非常高的强度，耐久性和优异的粘连性。Taulman3D官方称目前该款3D打印材料的成型效果甚至与金属材料相媲美。高强度超耐用的注塑材料3DSystems发布了最新的注塑材料VisiJetM3Black,这种新材料主要提供给ProJet3500/3510professional工业级3D打印机使用。VisiJetM3Black是目前3DSystems推出的最结实和最耐用的材料，它有点类似注塑的材料，能够经受严格的测试与使用。VisiJetM3Black非常适用于各种卡扣结构和强度要求非常高的应用场合。具有韧性可弯曲的新材料Orbi-Tech是德国著名的3D打印丝材制造商，其发布了最新研发的打印丝材-BendLay。是由著名的德国设计师KaiParthy主持研发的。Bendlay是一种具有弹性的材料，该材料的特性就在于可弯曲并且有弹性。“当ABS太硬、PLA又不够紧密的时候，Bendlay就有用武之地了。”Bendlay材料特征：1、颜色清澈像聚碳酸酯。2、打印温度介于215°C到240°C之间。3、最好的粘附性在温度达到240°C的时候4、热稳定性与PLA材料接近5、Bendlay是由ABS改进而来，打印的成品适用于食物包装和医疗器械。6、吸水率仅为ABS材料的30%。7、应力弯曲后不会出现白点。8、可溶于丙酮，可使用丙酮对Bendlay材料表面进行抛光处理。新型尼龙丝材意大利3NTR公司推出了一种专门为3D打印机配备的新型尼龙丝材。这种直径为3mm的聚酰胺-6丝材由99.9％PA6聚合物、无玻璃纤维和0.1％的肥皂缓和处理而成，且不含塑化剂。这种材料在灵活性上比不上Taulman的尼龙材料，但是在打印支撑结构时其抗腐蚀和动态负载的特性就是明显的优势。这种聚酰胺-6材料有点类似ABS，打印的温度在240~280摄氏度之间，层厚设置小于0.25mm时其能发挥最佳的打印效果。支持的最高打印速度为70m/s，当打印速度为40m/s时能获得最大的粘附力。新型弹性材料知名3D打印服务商Shapeways近日发明一种名为ElastoPlastic的新型弹性3D打印材料。其最大的特点是即使成型之后，仍然具有一定的柔韧性，支持外界用力挤压、扭曲甚至是拉扯等，并且弹性十足，回弹效果十分出色。有趣的是，它还能够防水，可以作为容纳液体的容器使用。据悉这里材料支持3D激光打印机层层烧结成型。不过它并不耐火、高温和不太适合制作细小的物件。目前它还处理测试阶段。新型生物降解材料目前，3D打印技术打印材料多是环氧乙稀塑料（环氧乙稀树脂），这是一种耐久物质，但是打印出的物体光滑度不行。几家公司正在研究其他一些可兼容材料，这些材料也可以被熔融沉积型打印机兼容。美国波特兰市的“潮流设计”建筑设计工作室里，已研究出一些持久并可生物降解的打印材料，这些材料使打印物独特纹理和光滑表面。盐，水泥，尼龙或者木浆和纸浆都是可能的材料。物体表面被涂了一层清漆或是使用了加固配件以保持物体的耐久性。材料-Laywood-D3德国Laywood-D3丝材是非常常用的打印材料，主要是由PLA和木粉混合制成的。打印出来的物件材质手感很不错，还带有特殊的木质香气。材料硬度不高，容易变形，不适合需要承载高强度应力的应用。彩色618尼龙材料Taulman的“618”高强度尼龙聚合材料是专门为3D打印设计的材料。618材料虽然非常轻巧，但具有高的强度和耐久性。高强度的“618”尼龙材料另一个优点是，它很容易通过使用标准的织物染料（纺织品和纸张类染料）易进行染色。你可以非常简单地把材料染成任何你喜欢的颜色。染色后的材料可以正常地进行打印，唯一不同的是打印温度上升至235℃。超韧性材料巴黎时装周上模特在T台展示3D打印时装，是由Materialise公司发明的一种新材料：TPU92A-1构成，这种材料超强的物理性能。这种材料拥有非常好的弹性和韧性，能够在受到高强外力的情况下快速恢复原来形状。可溶解支撑材料HIPS意思是高抗冲聚苯乙烯，是全世界用于生产使用最多的高分子材料。因为它的强度、卫生、蓄热等特性，也被广泛的应用在食品包装上。它外表白色且光亮并且被认为对人类和动物没有毒性。HIPS在柠檬烯中是可溶的，柠檬烯是一种无色伴有橘子的味道的液烃。四、应用理论上来讲，3D打印技术可用于各个领域，以下列举的是目前3D打印涉足较多且取得较好效果的行业，相信随着技术的进一步发展，3D打印终将出现在各行各业的日常生产及应用中。医疗美国一家儿科医学中心利用3D打印技术成功制造出全球第一颗人类心脏，这颗用塑料打印出的心脏可以像正常人类心脏一样正常跳动。外科医生能够利用3D打印心脏来练习复杂的手术。3D打印血管德国Fraunhoferinstitutes的跨学科研究小组宣布，解开了3D打印血管的奥秘。3D打印骨头Open3DP创新小组向世界宣布3D打印在骨头上的应用。医疗-维克森林大学维克森林大学的安东尼·阿塔拉博士展示一个3D打印肾脏原型。阿塔拉博士使用的3D打印机使用一种类似凝胶的生物可降解材料，逐层打印肾脏。维克森林大学，阿塔拉的研究小组利用3D打印技术打印的耳朵支架，随后在上面“播撒”皮肤细胞，培育出仿真度极高的人造耳。当前的人造耳采用聚苯乙烯泡沫塑料等材料，看起来十分僵硬，很不自然。维克森林大学的实验室，科学家利用3D打印机打印的鼻子支架，随后可借助支架利用患者自身细胞培育人造鼻。由于利用患者自身细胞，患者的身体不会对这个新鼻子产生排斥。鞋子耐克推全球第一款3D打印足球鞋这项新技能的运用意味着耐克能够在更短的时刻内依据靴子的原型作出一些改动。并且这款靴子比曾经的鞋子愈加轻盈且能减缩短跑时刻。3d打印鞋美国设计工作室ContinuumFashion发布了他们的第一个可穿3d打印鞋履系列——“strvct”。纽拜伦利用3D打印技术制造的跑鞋服饰3D打印的服装白色尼龙制作出来的胸衣配饰、羽毛状衣服手镯面饰类似橡胶的新型材料模型微缩工厂模型Materialise3D打印了一个非常精细的微缩工厂模型：一个植物燃气公司LindeAG的微缩工厂缩小模型。两个月胎儿模型日本公司利用3D打印技术制作胎儿脸部模型父母们不仅可以看到腹中孩子的照片，通过3D打印技术，还可以拿到和孩子等大的宝宝的模型。古罗马城市12名耶鲁学生和他们的教授一起，通过3D打印，重建古罗马城市景观。模型奥迪A4和宝马3系列的插值模型DrivAer是奥迪A4和宝马3系列的插值模型，是一款长120厘米，宽45厘米，高40厘米的真实模型。这款模型在慕尼黑工业大学的电脑完成设计，然后由3D打印机使用环氧树脂和石膏打印。无人驾驶的激光烧结飞机南安普敦大学研制出的这种飞机(SULSAUAV)，所有的部件，包括机翼、整体操纵面、出入舱口，均由尼龙激光烧结打印机EOSEOSINTP730打印而成。工业、建筑3D打印混凝土成品OpenReflex单反相机LéoMarius用ABS树脂材料打印出来的。除了反光板和一些螺丝外，整部相机分为三大部分：胶片舱、快门、取景器。打印立体的建筑印刷机从喷嘴处喷出以镁为主要原料的粘合胶，这些粘合胶跟沙子结合并在印刷机对其施压后变成岩石。车辆、航空世界上第一辆“打印汽车”Urbee2是一款三轮的混合动力汽车，它的所有零部件都是3D打印出来的。打印材料大部分是塑料，它的底盘和引擎还是钢铁。火箭发动机的核心部件NASA购Makerbot的一台大型3D打印机，采用选择性激光熔炼，用激光将金属粉末加热从而让模具成型。NASA将用这项技术“打印”L-2X火箭发动机的核心部件。3D打印机将在2014年登上空间站MadeinSpace公司在NASA的实验室中完成了太空3D打印测试。珠宝首饰黄金挂件Shapeways上就有大量的设计师设计的TimeKeeperPendant仿俄罗斯大皇冠斯摩棱斯克钻石珠宝集团引入3D打印技术，扫描原始皇冠和EnvisionTec3D打印机精确复制原版的俄罗斯大皇冠，复刻品采用WIC-100树脂以及14k白金打造。皇冠余下部分采用传统手工技艺完成。3D打印的钛金属腕表设计师ZachRave制造过程是激光使钛粉按设计融合成粉层，一层层叠加直到最后形成产品。每一件产品都是独一无二的。600美元/只食物3D打印出可食用的热狗肌肉片现代草甸(ModernMeadow)打印出了一块约2cm长，1cm宽，1mm厚的肌肉片，这块灰白的肌肉混合有血液和人造脂肪。这种生物原料是一种称之为“bioink”的由数以十万记得活细胞所构成的物质，想要在超市里见到3D打印的人造肉至少还要等上15-20年。打印食物的3D打印机砂糖“砂糖实验室”用砂糖混合水与酒精，选择合适湿度和硬度的砂糖材料，提高打印分辨率和砂糖的强度。家具、装饰设计师Bitonti用3D打印出的桌子花朵台灯这款花朵台灯的“花瓣”可以慢慢展开，灯光也会随着“花