3D打印技術(shù)及其應(yīng)用

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1、譯文3D打印技術(shù)及其應(yīng)用3D打印技術(shù)在工業(yè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)，特別是數(shù)字產(chǎn)品模型制造領(lǐng)域的應(yīng)用正在成為一種潮流和熱門話題。桌面級(jí)3D打印設(shè)備的逐漸成熟和應(yīng)用開始推動(dòng)全球3D打印市場(chǎng)的興起，全球工業(yè)分析公司（GlobalIndustryAnalysisInc）的研究報(bào)告預(yù)測(cè)2018年全球3D打印市場(chǎng)將達(dá)到29.9億美元。一、3D打印技術(shù)與3D打印機(jī)3D打印技術(shù)與3D印刷是兩個(gè)完全不同的概念。3D印刷是將圖片分離成不同角度的紅、藍(lán)兩張圖片，然后將這兩張圖片按照規(guī)定的視差距離套印在一起，并用特殊眼鏡觀看來形成3D視覺效果，或者將圖片經(jīng)過特殊處理后，直接印刷在特殊的光柵板上，從而

2、呈現(xiàn)3D視覺效果的印刷技術(shù)。而3D打印技術(shù)是指采用三維噴墨打印技術(shù)，通過分層加工與疊加成形相結(jié)合的方法，逐層打印增加材料來生成3D實(shí)體，達(dá)到與激光成型等其他3D模型制造技術(shù)相同3D真實(shí)物體的數(shù)字制造技術(shù)。3D打印機(jī)按照所使用技術(shù)的不同，其工作原理可分為兩類：1.1基于三維打印技術(shù)的3D打印機(jī)基于三維打印技術(shù)的3D打印機(jī)先由儲(chǔ)存桶送出一定量的原材料粉末，粉末在加工平臺(tái)上被滾筒推成薄薄一層，接著打印頭在需要成形的區(qū)域噴出一種特殊的黏合劑。此時(shí)，遇到黏合劑的粉末會(huì)迅速固化黏結(jié)，而沒有遇到黏合劑的粉末則仍保持松散狀態(tài)。每噴完一層，加工平臺(tái)就會(huì)自動(dòng)下降一點(diǎn)，根據(jù)電腦切片的

3、結(jié)果不斷循環(huán)，直到實(shí)物完成。完成之后只要掃除松散的外層粉末便可獲得所需制造的三維實(shí)物。1.2基于熔融沉積制造技術(shù)的3D打印機(jī)基于熔融沉積制造技術(shù)的3D打印機(jī)的工作原理是先在3D打印機(jī)的控制軟件中導(dǎo)入由CAD生成的實(shí)物數(shù)據(jù)，經(jīng)處理生成支撐材料和熱噴頭的運(yùn)動(dòng)路徑。然后熱噴頭會(huì)在計(jì)算機(jī)的控制下根據(jù)實(shí)物的截面輪廓信息在打印平面上進(jìn)行平面運(yùn)動(dòng)，同時(shí)熱塑性絲狀材料由供絲機(jī)構(gòu)送至熱噴頭，并在噴頭中加熱和熔化成半液態(tài)后擠壓出，并噴涂在相應(yīng)的工作平臺(tái)上。噴涂熱塑性材料快速冷卻后在平臺(tái)上形成一層厚度約0.1mm的輪廓薄片，形成了一個(gè)3D打印截面。將這個(gè)作業(yè)過程不斷循環(huán)，承載工作臺(tái)高

4、度隨之不斷降低，層層熔覆3D打印截面形成多層堆疊，最終獲得所需的三維實(shí)物。二、3D打印技術(shù)的應(yīng)用需求目前3D打印技術(shù)支持多種材料，可以廣泛應(yīng)用在珠寶首飾、鞋類、工業(yè)設(shè)計(jì)、建筑、汽車、航天、牙科、醫(yī)療甚至美食等不同領(lǐng)域。根據(jù)應(yīng)用目標(biāo)的需求，所使用的材料有樹脂、尼龍、石膏、ABS、聚碳酸酯（PC）或食材配料等。3D打印機(jī)的快速成型技術(shù)使之在市場(chǎng)上獨(dú)具優(yōu)勢(shì)，在生產(chǎn)應(yīng)用上潛力巨大，熱點(diǎn)應(yīng)用概述如下。2.1工業(yè)應(yīng)用“空氣單車”是位于英國(guó)布里斯托爾的歐洲航空防務(wù)和航天公司采用3D打印機(jī)，應(yīng)用3D打印技術(shù)制造出的世界上第一輛打印自行車。這輛自行車使用像鋼鐵和鋁合金一樣結(jié)實(shí)的尼

5、龍材料，重量比金屬材料要輕65%。更有趣的是，“空氣單車”無論是車輪、鏈條還是軸承都是一次打印出來的，無需原來先制造零件再將零件組裝在一起的總裝流程，打印結(jié)束后，自行車就能夠活動(dòng)自如。自行車的制造過程就像在平面打印中打印不連續(xù)的線條一樣簡(jiǎn)單，3D打印機(jī)能夠打印出空間彼此不相連的物體。2.2醫(yī)學(xué)應(yīng)用在醫(yī)學(xué)上，采用3D打印將雙光子聚合物和生物功能材料組合修飾成毛細(xì)血管，不僅具有良好的彈性和人體相容性，還能夠用于替換壞死的血管，與人造器官結(jié)合，部分取代藥物研發(fā)中的實(shí)驗(yàn)動(dòng)物。2011年10月在德國(guó)生物科技展（BiotechnicalFair）上，用3D打印機(jī)打印出來的人

6、造毛細(xì)血管吸引了參會(huì)者的關(guān)注，這些人造毛細(xì)血管已經(jīng)在臨床醫(yī)學(xué)上應(yīng)用。2.3日常生活應(yīng)用“3D食物打印機(jī)”是美國(guó)紐約康奈爾大學(xué)研制的食物制造設(shè)備。這部“3D食物打印機(jī)”采用了類似日常計(jì)算機(jī)打印機(jī)的工作原理，將食材和配料預(yù)先放入容器內(nèi)（墨盒）中，只需輸入所需食譜，通過所配套的CAD軟件就能把美食“印”出來。對(duì)不少?gòu)N師而言，這種烹飪的新廚具意味著他們可以創(chuàng)作新菜品，制作出更多個(gè)性美食，獲得更高的食物附加值。使用“3D食物打印機(jī)”制作食物，可以大幅地縮減從原材料到成品的環(huán)節(jié)，從而避免食物加工、運(yùn)輸、包裝等環(huán)節(jié)中的污染與保存等不利影響。由于烹飪的原料和配料必須放置在打印機(jī)

7、的容器內(nèi)，因此食物原料必須是液體或其他可以“打印”的狀態(tài)。2.4IT應(yīng)用最近，迪士尼的一組研究人員利用3D打印技術(shù)在與有機(jī)玻璃同樣效果的高透光塑料上，以低廉造價(jià)打印出了LCD屏幕與多種傳感器，實(shí)現(xiàn)了IT應(yīng)用中的新突破。利用3D打印光導(dǎo)管可以制造出高科技的國(guó)際象棋，這些國(guó)際象棋的棋子可以偵測(cè)并顯示當(dāng)前位置。盡管這種單色屏與日常生活中見到豐富多彩的顯示屏相比有些微不足道，但其擁有3D打印技術(shù)成本低廉、制造工藝簡(jiǎn)單的優(yōu)勢(shì)。除了顯示屏，利用3D打印技術(shù)還能夠打印出多種傳感器。這些傳感器可以通過紅外光來偵測(cè)觸摸、振動(dòng)等刺激，并將結(jié)果輸出。3D打印技術(shù)必將為智慧生活和智慧城

8、市創(chuàng)造出更多的IT應(yīng)用。