【3D打印机】3D打印机是什么 3D打印机原理与应用
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admin
2019-12-14 17:14

  3D打印机(3D Printers)是一位名为恩里科·迪尼(Enrico Dini)的发明家设计的一种神奇的打印机,它不仅可以“打印”出一幢完整的建筑,甚至可以在航天飞船中给宇航员打印任何所需的物品。

  早期的三维打印的例子发生在20世纪80年代,虽然那时的三维打印机是大型的,昂贵的,所能制造的产品可能非常有限。

  在1980年代中期,SLS被在美国德州大学奥斯汀分校的卡尔Deckard博士开发出来并获得专利,项目由DARPA赞助的。1979年,类似过程由RF Housholder得到专利,但没有被商业化。

  1995 年在麻省理工学院创造了“三维打印”术语,当时的毕业生Jim Bredt和Tim Anderson修改了喷墨打印机方案,变为把约束溶剂挤压到粉末床,而不是把墨水挤压在纸张上的方案。该专利随之而来的是现代的三维打印企业Z公司 (Bredt和Anderson创立)和ExOne公司。

  三维打印的设计过程是:先通过计算机辅助设计(CAD)或计算机动画建模软件建模,再将建成的三维模型“分区”成逐层的截面,从而指导打印机逐层打印。

  设计软件和打印机之间协作的标准文件格式是STL文件格式。一个STL文件使用三角面来近似模拟物体的表面。三角面越小其生成的表面分辨率越高。PLY是一种通过扫描产生的三维文件的扫描器,其生成的VRML或者WRL文件经常被用作全彩打印的输入文件。

  打印机通过读取文件中的横截面信息,用液体状、粉状或片状的材料将这些截面逐层地打印出来,再将各层截面以各种方式粘合起来从而制造出一个实体。这种技术的特点在于其几乎可以造出任何形状的物品。

  3D打印机打出的截面的厚度(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)或者微米来计算的。一般的厚度为100微米,即 0.1毫米,也有部分打印机如Objet Connex 系列还有三维 Systems ProJet 系列可以打印出16微米薄的一层。而平面方向则可以打印出跟激光打印机相近的分辨率。打印出来的“墨水滴”的直径通常为50到100个微米。 用传统方法制造出一个模型通常需要数小时到数天,根据模型的尺寸以及复杂程度而定。而用三维打印的技术则可以将时间缩短为数个小时,当然其是由打印机的性 能以及模型的尺寸和复杂程度而定的。

  传统的制造技术如注塑法可以以较低的成本大量制造聚合物产品,而三维打印技术则可以以更快,更有弹性以及更低成本的办法生产数量相对较少的产品。一个桌面尺寸的三维打印机就可以满足设计者或概念开发小组制造模型的需要。

  目前三维打印机的分辨率对大多数应用来说已经足够(在弯曲的表面可能会比较粗糙,像图像上的锯齿一样),要获得更高分辨率的物品可以通过如下方法:先用当前的三维打印机打出稍大一点的物体,再稍微经过表面打磨即可得到表面光滑的“高分辨率”物品。

  有些技术可以同时使用多种材料进行打印。有些技术在打印的过程中还会用到支撑物,比如在打印出一些有倒挂状的物体时就需要用到一些易于除去的东西(如可溶的东西)作为支撑物。

  许多相互竞争的技术是可用的。它们的不同之处在于以不同层构建创建部件,并且以可用的材料的方式。一些方法利用熔化或软化可塑性材料的方法来制造打印的“墨水”,例如:选择性激光烧结(selective laser sintering,SLS)和混合沉积建模(fused deposition modeling,FDM),还有一些技术是用液体材料作为打印的“墨水”的,例如:立体光固化成型法(stereolithography,SLA)、分层实体制造(laminated object manufacturing,LOM)。每种技术都有各自的优缺点,因而一些公司会提供多种打印机以供选择。一般来说,主要的考虑因素是打印的速度和成本,三维打印机的价格,物体原型的成本,还有材料以及色彩的选择和成本。

  可以直接打印金属的打印机价格昂贵。有时候人们会先使用普通的三维打印机来制作模具,然后用这些模具制作金属部件。

  根据3D打印机的价格、3D打印成本、打印精度、材料、工艺等,我们大致能了解到,3D打印机主要分为家用和商用3D打印机、工业级别3D打印机。