- 3D打印技術及應用
- 吳立軍等
- 979字
- 2020-03-23 14:51:47
1.1 什么是3D打印
近年來,3D打印的浪潮影響覆蓋甚廣,無論在報紙雜志、網絡媒體還是電影、電視劇里都能看到3D打印的身影,無數關于3D打印的網站論壇也陸續出現,突然間3D打印聚焦了無數人的眼球,3D打印也成了科技同行茶余飯后愛討論的話題。
據悉,全球第一臺3D打印機出現在1986年。至此,3D打印技術不斷在各個領域展現其神奇的魅力,正逐漸融入設計、研發以及制造的各個環節。3D打印技術已經在人體器官、醫藥、汽車、太空、藝術、食品、建筑等各領域扮演越來越重要的角色(如圖1-1所示)。

圖1-1 3D打印心臟
可以這么說,3D打印技術正推動生產方式的變革,優化傳統加工制造方式,催生新的生產模式。3D打印技術勢必成為引領未來制造業趨勢的眾多突破之一。
以3D打印為代表的數字化制造技術,被《經濟學人》雜志認為是引發第三次工業革命的關鍵因素,“其將改寫制造業的生產方式,進而改變產業鏈的運作模式”。
那么,什么是3D打印?
3D打印技術是由數字模型直接驅動,運用金屬、塑料、陶瓷、樹脂、蠟、紙和砂等可黏合材料,在3D打印機上按照程序計算的運行軌跡,“分層制造,逐層堆積疊加”來構造出與數據描述一致的物理實體的技術,如圖1-2所示。利用3D打印技術,可以將虛擬的、數字的物品快速還原到實體世界,得到個性化的產品,尤其是形狀復雜、結構精細的物體。

圖1-2 快速成型制造模型的過程
準確地講,3D打印應稱為快速成型技術(Rapid Prototyping, RP)。然而,從用戶的使用體驗而言,快速成型技術設備與普通平面打印機極為相似,都是由控制組件、機械組件、打印頭、耗材和介質等組成,打印成型過程也很類似。正是如此,快速成型技術才會被形象地稱為3D打印。
3D打印與傳統生產制造方式屬于不同的技術范疇。傳統的生產制造方式屬于等材制造或減材制造技術范疇,而3D打印則屬于增材制造技術范疇。
等材制造是指在制造過程中,基本上不改變材料的量,或者改變很少。典型的等材制造技術如鑄造、焊接、鍛壓等制造技術(如圖1-3所示)。

圖1-3 鑄造、鍛壓加工
減材制造是指對毛坯進行加工,去除多余的材料,由大變小,最終形成所需要形狀的零件。典型的減材制造技術如車削加工、鉆削加工、磨削加工等金屬切削加工技術(如圖1-4所示)。

圖1-4 車削加工、鉆削加工
增材制造是采用材料逐漸累加的方法制造實體零件的技術,相對于傳統的材料去除——切削加工技術,增材制造是一種“自下而上”的制造方法,如圖1-5所示。

圖1-5 增材制造:在工件上激光沉積焊接