技術原理
3D打印機又稱三維打印機,是一種累積制造技術,即快速成形技術的一種機器,它是一種數字模型文件為基礎,運用特殊蠟材、粉末狀金屬或塑料等可粘合材料,通過打印一層層的粘合材料來制造三維的物體。現階段三維打印機被用來制造産品。逐層打印的方式來構造物體的技術。3D打印機的原理是把數據和原料放進3D打印機中,機器會按照程序把産品一層層造出來。
3D打印機堆疊薄層的形式有多種多樣。3D打印機與傳統打印機最大的區别在于它使用的“墨水”是實實在在的原材料,堆疊薄層的形式有多種多樣,可用于打印的介質種類多樣,從繁多的塑料到金屬、陶瓷以及橡膠類物質。有些打印機還能結合不同介質,令打印出來的物體一頭堅硬而另 一頭柔軟。
1、有些3D打印機使用“噴墨”的方式。即使用打印機噴頭将一層極薄的液态塑料物質 噴塗在鑄模托盤上,此塗層然後被置于紫外線下進行處理。之後鑄模托盤下降極小的距離,以供下一層堆疊上來。
2、還有的使用一種叫做“熔積成型”的技術,整個流程是在噴頭内熔化塑料,然後通過沉積塑料纖維的方式才形成薄層。
3、還有一些系統使用一種叫做“激光燒結”的技術,以粉末微粒作為打印介質。粉末微粒被噴撒在鑄模托盤上形成一層極薄的粉末層,熔鑄成指定形狀,然後由噴出的液态粘合劑進行固化。
4、有的則是利用真空中的電子流熔化粉末微粒,當遇到包含孔洞及懸臂這樣的複雜結構時,介質中就需要加入凝膠劑或其他物質以提供支撐或用來占據空間。這部分粉末不會被熔鑄,最後隻需用水或氣流沖洗掉支 撐物便可形成孔隙。
應用領域
3D打印技術可用于珠寶,鞋類,工業設計,建築,工程和施工(AEC),汽車,航空航天,牙科和醫療産業,教育,地理信息系統,土木工程,和許多其他領域。常常在模具制造、工業設計等領域被用于制造模型或者用于一些産品的直接制造,意味着這項技術正在普及。通過3D打印機也可以打印出食物,是3D打印機未來的發展方向。
航天科技
GE中國研發中心的工程師們仍在埋頭研究3D打印技術。
就在這之前,他們剛剛用3D打印機成功“打印”出了航空發動機的重要零部件。與傳統制造相比,這一技術将使該零件成本縮減30%、制造周期縮短40%。來不及慶祝這一喜人成果,他們就又匆匆踏上了新的征程。鮮為人知的是,他們已經“秘密”研發3D打印技術十年之久了。
一位叫Jim Smith的工程師又通過3D打印技術造出了世界首艘3D打印皮劃艇,并且成功下水。
這艘“皮劃艇”是他花費了42天時間,使用一台自制大型3D打印機打造的。它身長5米,由28塊彩色ABS塑料組裝而成,每個部件都是由3D打印機制作,然後再用螺栓固定在一起。
制造的過程看似簡單,其實頗費功夫。從開始規劃到制造完成花了Smith近6年的時間,下水前的最後調整也花費了40天。這艘成品長5.08米,寬0.52米,總重量為29.29公斤,其中ABS部分重26.48公斤,黃銅螺紋部件重0.86公斤,螺栓重2.068公斤,總造價隻有500美元。
3D打印技術已經日趨成熟,未來人們用它來造房子、造汽車,甚至更多東西也不無可能。
2015年6月22日報道,國營企業俄羅斯技術集團公司以3D打印技術制造出一架無人機樣機,重3.8公斤,翼展2.4米,飛行時速可達90至100公裡,續航能力1至1.5小時。
公司發言人弗拉基米爾·庫塔霍夫介紹,公司用兩個半月實現了從概念到原型機的飛躍,實際生産耗時僅為31小時,制造成本不到20萬盧布(約合3700美元)。
音樂行業
為了探索3D打印機更多的應用,Rickard Dahlstrand使用Lulzbot 3D打印機創造出獨特的藝術。在2013斯德哥爾摩藝術黑客節上,Lulzbot 3D打印機不僅為參加的藝術家和黑客們打印出藝術節的LOGO,而且作為一個表演項目,它還一邊播放古典音樂一邊相應地打印出可視化的音樂作品。Lulzbot 3D打印機打印可視化音樂的原理是:該步進電機的運動進行控制可以以不同的速度運行,聲音的音調決定速度,從而音樂控制了打印過程。三台電機分别代表一個音軌,它們使用獨特的模式運動。兩個馬達控制Z軸移動。
醫療行業
骨骼打印
将來外科醫生們或許就将可以在手術中現場利用打印設備打印出各種尺寸的骨骼用于臨床使用。這種神奇的3D打印機已經被制造出來了,而用于替代真實人體骨骼的打印材料則正在緊鑼密鼓地測試之中。
在實驗室測試中,這種骨骼替代打印材料已經被證明可以支持人體骨骼細胞在其中生長,并且其有效性也已經在老鼠和兔子身上得到了驗證。未來數年内,打印出的質量更好的骨骼替代品或将幫助外科手術醫師進行骨骼損傷的修複,用于牙醫診所,甚至幫助骨質疏松症患者恢複健康。
3D打印技術迅速興起,成為炙手可熱的新型産業,它可以打印的立體産品種類正迅速增加。為了打印骨
骼材料,博斯和她的同事們使用了一台商業銷售的ProMetal 3D打印機進行測試。這種3D打印機最初的設計目的是為了打印金屬件。它會逐層噴灑塑料膠粒在一層粉末基底之上并逐層成型。每一層的厚度僅相當于人的頭發絲寬度的一半。
這種骨骼支架的主要材料成分是磷酸鈣,其中還額外添加了矽和鋅以便增強其強度。當它被植入人體内之後可以暫時起到骨骼的支撐作用,并在此過程中幫助正常骨骼細胞生長發育并由此修複之前的損傷,随後這種材料可以在人體内自然溶解。
科學家們花費4年時間才找出這種材料的合适配方,其中涉及化學,材料學,生物學和工藝科學的諸多學科。
文物行業
美國德雷塞爾大學的研究人員通過對化石進行3D掃描,利用3D打印技術做出了适合研究的3D模型,不但保留了原化石所有的外在特征,同時還做了比例縮減,更适合研究。
博物館裡常常會用很多複雜的替代品來保護原始作品不受環境或意外事件的傷害,同時複制品也能将藝術或文物的影響傳遞給更多更遠的人。史密森尼博物館就因為原始的托馬斯·傑弗遜像要放在弗吉尼亞州展覽,所以博物館用了一個巨大的3D打印替代品放在了原來雕塑的位置。
建築領域
在建築業裡,工程師和設計師們已經接受了用3D打印機打印的建築模型,這種方法快速、成本低、環保,同
時制作精美。完全合乎設計者的要求,同時又能節省大量材料。
蘭海牙核安全峰會在2014年3月24日到25日舉行,各國國家元首皆出席此次峰會,忙裡偷閑各國元首也會參加一些有趣的聚會或活動,如前天晚間習近平主席攜夫人彭麗媛女士參加的荷蘭國王舉行的國宴,與此同時前來與會的美國總統奧巴馬先生卻在DUS公司的3D打印展覽館,參觀全球最大的3D打印建築物。
該3D打印展覽館目前正在利用3D打印技術準備打印全球最大的3D打印房屋,該公司使用名為KamerMaker的3D打印機,高達6米可安置在廢棄集裝箱内。KamerMaker的功能與桌面3D打印機相似,可在連續層次中擠壓出熱塑料。它還可以用來打印較小物件,比如闆凳。
制造業
制造業也需要很多3D打印産品,因為3D打印無論是在成本、速度和精确度上都要比傳統制造好很多。而3D打印技術本身非常适合大規模生産,所以制造業利用3D技術能帶來很多好處,甚至連質量控制都不再是個問題。
比如微軟的3D模型打印車間,在産品設計出來之後,通過3D打印機打印出來模型,能夠讓設計制造部門更好的改良産品,打造出更出色的産品。汽車行業在進行安全性測試等工作時,會将一些非關鍵部件用3D打印的産品替代,在追求效率的同時降低成本。
汽車打印
2014年10 月10日,世界首款3D打印汽車終成現實,這輛由“本地汽車”公司打造的3D打印汽車隻有兩個座位,名字叫“斯特拉迪”,它的制作周期為44個小時,并且最高時速可以達到80公裡每小時。“斯特拉迪”全身是碳纖維及塑料,利用“3D打印技術”制造而成。據悉,全車隻使用了40個零件,且依靠電動能源,充一次電花費3.5小時,可以行駛大約100公裡。
食品産業
2013年5月22日,NASA已選中總部位于得克薩斯州的系統和材料研究公司,向其投資12.5億美元,研發能為宇航員制造“營養可口”食品的3D打印機。
3D食物打印機的概念設計方案中,打印機的“墨盒”——也就是裝載食物的部分使用壽命長達30年。這款産品的實驗版本已經可以成功“打印”巧克力,而比薩餅将是它未來幾周内的下一個目标。據透露,食物打印機制造比薩餅的步驟如下:首先,打印一層面餅,并在打印的同時烤好;然後機器會将使用裝載番茄的“墨盒”和水、油混合,打印出番茄醬。最後将醬料和奶油打印在比薩餅的表面。
一位名叫Luiza Silva的學生就設計了一個3D概念打印機Atomium,它能夠打印分子級的材料,幾乎能夠打印各種形狀。如果這個概念得以實現,它将會改變我們與食物間的關系。
Atomium的工作原理是這樣的:用戶事先注冊基本信息,比如醫療數據(對什麼過敏等)和飲食偏好等。然後,用戶可以簡單勾畫出他們喜歡的形狀類型,Atomium就會分析這些指令并創造出相應的食物。
西班牙巴塞羅那的自然機器公司向市場推出首款3D食物打印機Foodini,像是将食物打印出來一樣制作出甜品、漢堡、面包、巧克力或意大利面。自然機器公司對于這款特殊“打印機”的銷售前景十分樂觀。
生活用品
配件、飾品
這是最廣闊的一個市場。在未來不管是你的個性筆筒,還是有你半身浮雕的手機外殼,抑或是你和愛人擁有的世界上獨一無二的戒指,都有可能是通過3D打印機打印出來的。甚至不用等到未來,就可以實現。
美容護膚
3D打印技術未來也可能會幫助愛美人士進行整容,說不定未來最有效果的青春痘的治療方法就是通過3D打印技術來實現呢!不僅青春痘,包括祛斑、美白等領域都有希望使用到3D打印技術的!
故障排除
翹邊
首先調節平台下旋鈕使平台降至最低 然後打印機選擇設置中的平台校準;
然後在每次噴頭下降到校準點時 調節對應平台角的旋鈕使平台剛好與噴頭接觸;
照此方法将四個平台角校準一遍 然後進行第二次校準 這次不需要降低平台 隻需要對噴頭和平台間的距離進行微調使之完美貼合(如果剛剛好就不要調節) 然後确認 機器重啟 大功告成;
噴頭堵塞
通過操作軟件把噴頭關閉,再移開噴頭離開打印中的模型;
把原料從噴頭上扒開,防止進一步堵塞;
把噴嘴殘留的塑料清走;
開啟噴頭工作,等噴頭裡面的塑料融化後會自動噴出;
從新把塑料耗材插上噴頭;
3D打印機擱置時
(1)平台清理
找一塊不掉毛的絨布,在上面加上一點點外用酒精或者一些丙酮指甲油清洗劑,輕輕的擦拭,就可将平台清理幹淨了。
(2)噴嘴内殘料清理
先預熱噴頭到220℃左右,然後用鑷子慢慢将裡面的廢絲拔出來,或者拆下噴嘴進行徹底清理。
(3)其他清理
将3D打印機機箱下面的垃圾收拾幹淨,給缺油的部件做好潤滑,用幹淨的布将電機、絲杆等組件上面的油污擦拭幹淨。
做好以上幾點清理後,将機器遮蓋好後便可長期存放。設備日常使用過程中,養成良好的保養習慣可延長它的使用時間。
應用案例
2010年,美國“太空制造”公司,在
加利福尼亞州莫菲特場的美國太空總署艾姆斯研究中心内成立,由奇點大學的校友創建。
2011年秋天,該公司自以來已展開四百多次抛物線飛行試驗,以在微重力環境下驗證3D打印技術。
2013年,美國“太空制造”公司與美國太空總署馬歇爾航天中心合作,開展在零重力環境中的3D打印技術試驗研究。
2014年,計劃為國際空間站提供一台3D打印機,供宇航員在軌生産零部件,無需再從地球運輸零部件。計劃2014年八月利用美國太空探索技術公司的“龍”飛船,将新研發的太空3D打印機送往國際空間站。
2014年8月,3D打印機将連同太空貨物由SpaceX飛行器攜帶升空抵達國際空間站,采用“擠制遞增制造”技術将聚合物和其它材料逐層打印,最終形成所需的打印物體。3D打印設計藍圖可從空間站計算機中預先載入或者從地面上行傳輸,空間站超過30%的零部件都可以通過這台3D打印機制造。
2014年,國際空間站的宇航員們不久前利用3D打印技術制造出第一把“太空工具”——扳手。這台針對零重力環境設計的3D打印機9月被送上太空,11月打印出首個“太空産品”——屬于它自身的一個零部件。
2015年,該公司還計劃為國際空間站提供一個名為“增量生産設備”的太空打印設備,該設備不僅可“打印”物品,還能修理組件并升級硬件等。
2015年04月22日,南方醫科大學珠江醫院利用3D打印指導完成複雜肝髒腫瘤切除手術。手術負責醫生方馳華教授介紹,這個手術複雜,難度非常大,若非借助3D打印的肝髒模型指導,切除手術無法完成。這在國内尚屬首例。
2016年,太空制造公司正在研制的一種叫做“遞增生産設備”的永久性太空打印裝置,将交付國際空間站使用。
2015年7月17日,由3D模塊新材料搭建的别墅現身西安,建造方在三個小時完成了别墅的搭建。據建造方介紹,這座三個小時建成的精裝别墅,隻要擺上家具就能拎包入住。
相關展會
Inside 3D打印産業全球高峰論壇暨巡展(上海站)
【展會時間】2015年12月8-10日
【展會地點】上海世博展覽館 (浦東新區國展路1099号)
【展會簡介】Inside 3D打印産業全球高峰論壇暨巡展是世界規模最大的3D打印行業盛事,先後在美國、德國、新加坡、巴西、韓國、澳大利亞、日本等國家和地區舉辦。
【展品範圍】
●3D打印機: 工業級3D打印機、桌面型3D打印機,以及其他3D打印制造設備(快速成型機、快速制造設備)、3D打印機配件。
●三維掃描與軟件: 三維掃描儀、三維激光雕刻機、激光制版、激光設備、三維測量儀、三坐标測量機/儀、激光跟蹤儀、三維相機、三維激光抄數機、三維設計系統、運動捕捉系統、三維攝影測量系統、數控系統、檢測與逆向工程軟件、三維檢測軟件、普及應用3D設計軟件、打印軟件等。
●3D打印材料及技術: 光敏樹脂、塑料粉末材料(尼龍、尼龍玻釺、尼龍碳纖維、尼龍鋁粉、Peek材料)等、金屬粉末材料(模具鋼、钛合金、鋁合金以及CoCrMo合金、鐵鎳合金)等;3D打印技術、其他快速成型技術、逆向工程技術、表面處理等。
●3D打印服務: 3D打印、快速成型、手闆制作,以及其他快速成型、逆向工程服務、三維掃描與測量等。
D技術
主要技術
選擇性激光燒結、直接金屬激光燒結、熔融沉積成型、立體平版印刷、數字光處理、熔絲制造、電子束熔化成型、選擇性熱燒結、粉末層噴頭三維打印等等。
專利技術
熔融沉積快速成型(Fused Deposition Modeling,FDM)
光固化成型(Stereolithigraphy Apparatus,SLA)
三維粉末粘接(Three Dimensional Printing and Gluing,3DP)
選擇性激光燒結(Selecting Laser Sintering,SLS)



















