三d打印技術論文(2)
三d打印技術論文
三d打印技術論文篇二
談3D打印技術的優勢
摘要：3D 打印技術是一種新興的快速成型技術，近一段時間以來受到了社會的廣泛關注。本文分析了3D打印技術的概念、工作原理，并對進行了展望。
關鍵詞：3D打印技術 簡介 工作原理 優勢 展望
3D打印技術以前主要用來制造一些比較小型的東西。時至今日，一些大型制造商已經開始準備將其用來制造更大的物件。一些3D打印設備的制造商認為，隨著這種技術的成熟，將來一些汽車零部件的庫存只需要保留電子文檔，而無需制造出來存在倉庫。一旦有需要，直接打印即可。
一、3D打印技術簡介
3D打印技術是指通過連續的物理層疊加，逐層增加材料來生成三維實體的技術，與傳統的去除材料加工技術不同，因此又稱為添加制造(AM，Additive Manufacturing)。作為一種綜合性應用技術，3D打印綜合了數字建模技術、機電控制技術、信息技術、材料科學與化學等諸多方面的前沿技術知識，具有很高的科技含量。3D打印機是3D打印的核心裝備。它是集機械、控制及計算機技術等為一體的復雜機電一體化系統，主要由高精度機械系統、數控系統、噴射系統和成型環境等子系統組成。此外，新型打印材料、打印工藝、設計與控制軟件等也是3D打印技術體系的重要組成部分。
目前，3D打印技術主要被應用于產品原型、模具制造以及藝術創作、珠寶制作等領域，替代這些領域傳統依賴的精細加工工藝。3D打印可以在很大程度上提升制作的效率和精密程度。除此之外，在生物工程與醫學、建筑、服裝等領域，3D打印技術的引入也為創新開拓了廣闊的空間。如2010年澳大利亞Invetech公司和美國Organovo公司合作，嘗試以活體細胞為“墨水”打印人體的組織和器官，是醫學領域具有重大意義的創新。
二、3D打印機的工作原理
3D打印機的工作原理其實很簡單，通俗地說，首先在電腦上設計一個完整的三維立體模型(也成為計算機輔助性設計)，然后把膠體或粉末等“打印材料”裝入打印機，再將打印機與電腦相連接，就可以通過電腦控制把“打印材料”和三維立體模型一層層地疊加，最終把計算機上的藍圖變成實物。這種通過連續的物理層創建出三維對象的3D打印技術是疊加式制造工序的一種形式，與傳統的疊加式制造工序相比，其具有速度快、價格便宜等優點。
在Windows網絡或工作站上運行的打印設備軟件可以讀取大部分的3D文件格式計算機輔助設計繪圖數據。
這種軟件的作用就是將數據傳輸至3D打印設備，從而控制印刷頭的移動與材料輸出。在3D打印設備工作時，塑性模型材料細絲與可溶性支撐材料將被加熱至半液體狀態，然后通過擠壓頭輸出，精確地沉積成極其細微的分層。分層的厚度范圍在0.005英寸至0.013英寸(即0.127毫米至0.33毫米)，具體數值取決于打印設備性能。
印刷頭只沿水平方向或垂直方向移動，模型與支撐材料將自低而上地構造，壓盤根據實際情況上下移動。在構造模型時，有了支撐材料(圖中褐色部分物件)的承托，模型的懸掛部分能夠順利完成材料沉積，此外，支撐材料還有助于構造結構復雜的模型，如嵌套結構，以及具有移動部件的多重組件。打印工作完成后，可以將模型置于水中，支撐材料將會自行溶解，如果需要，還可以為模型涂上顏料，或者進行其它處理。
三、使用3D打印技術，加快設計周期
一項產品停留在設計周期的時間越長，推向市場的時間也會越漫長，這意味著企業的潛在利潤將會越來越少。某項調查表明，產品的上市時間是受訪者最關心的日常問題。受訪者同樣表示，在17%的產品中，產品原型制作消耗相當長的時間，是縮短上市時間的最大障礙。
業界普遍認為產品應該更加快速地推向市場。隨著縮短上市時間的重要性越來越大，在設計的概念階段，企業不得不縮減決策時間，同時又必須確保所作決定的準確性。這些決定會影響大部分的成本因素，如材料選擇、制造技術以及設計壽命。通過快速制作產品模型進行測試，加快設計迭代速度，3D打印技術可以優化設計流程，為企業最大化潛在利潤。
例如為專業領域生產噴漆和紋理設備的Graco公司，該公司的工程師使用一臺3D打印設備去測試各種噴漆槍和噴管組合，設計出最合理的噴流形式和試驗出最精確的噴射量，而生產出的新型噴射紋理槍是由3D打印設備制作的ABS塑料功能原型。3D打印技術可以幫助減少產品開發時間，Graco公司估計減少的最大幅度可達75%。從一個絕妙的創意，到一項成功的產品，中間充滿著重重困難。GregStevens和James Burley在他們經常被引用的新產品開發分析報告《3000個原始創意=1次商業成功》中指出，除了3000個原始創意，一項成功的創新還需要125個小規模計劃，4項大型開發和 1.7個產品發布。在評估創意是否值得投放開發資源時，3D打印技術能夠助企業一臂之力，縮短傳統評估所需要用的時間，提高效率。
四、3D打印技術未來發展的主要趨勢
隨著智能制造的進一步發展成熟，新的信息技術、控制技術、材料技術等不斷被廣泛應用到制造領域，3D打印技術也將被推向更高的層面。未來，3D打印技術的發展將體現出精密化、智能化、通用化以及便捷化等主要趨勢。
提升3D打印的速度、效率和精度，開拓并行打印、連續打印、大件打印、多材料打印的工藝方法，提高成品的表面質量、力學和物理性能，以實現直接面向產品的制造;開發更為多樣的3D打印材料，如智能材料、功能梯度材料、納米材料、非均質材料及復合材料等，特別是金屬材料直接成型技術有可能成為今后研究與應用的又一個熱點;3D打印機的體積小型化、桌面化，成本更低廉，操作更簡便，更加適應分布化生產、設計與制造一體化的需求以及家庭日常應用的需求;軟件集成化，實現CAD/CAPP/RP的一體化，使設計軟件和生產控制軟件能夠無縫對接，實現設計者直接聯網控制的遠程在線制造;拓展3D打印技術在生物醫學、建筑、車輛、服裝等更多行業領域的創造性應用。
3D打印技術提供了一種極具成本效益的方式去完成多次設計迭代，在關鍵的開發過程初始階段，獲取產品設計的即時反饋信息。對于產品設計幾乎即時的修改，不僅有助于降低成本，而且能夠加快產品上市時間。對于在設計流程中采用3D打印技術的企業來說，無疑增加了明顯的競爭優勢。
隨著價格的下降，3D打印設備市場將會進一步擴大，尤其是在中小型企業和學校方面。3D打印設備耐用，打印快捷、準確，成本低廉等好處可以幫助企業縮短產品上市周期，增強企業競爭力。
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