世紀(jì)潮流 3D打印成型技術(shù)與成功應(yīng)用

    從早期的針式打印機(jī)開(kāi)始，打印機(jī)的類(lèi)型和款式逐漸豐富，功能也日趨多樣化。上世紀(jì)80年代中期，針式打印機(jī)開(kāi)始在公司和家庭中擔(dān)任打印任務(wù)，隨后噴墨打印機(jī)和激光打印機(jī)相繼出現(xiàn)在市場(chǎng)上，而現(xiàn)在，彩色激光打印機(jī)也已經(jīng)陸續(xù)進(jìn)入了家庭�？墒菬o(wú)論是那種類(lèi)型的打印機(jī)，都只能在紙張上打印平面文稿或圖片，輸出信息只能以2D形式表現(xiàn)。

    當(dāng)然對(duì)于普通用戶來(lái)說(shuō)，目前的打印機(jī)已經(jīng)可以很好的完成打印工作，但對(duì)于設(shè)計(jì)工作者，特別是工業(yè)設(shè)計(jì)、3D模型設(shè)計(jì)等領(lǐng)域，平面圖或是在顯示器中顯示的虛擬3D圖像很難完全出表現(xiàn)出設(shè)計(jì)的實(shí)際效果。所以就像報(bào)紙印刷前需要打印樣張以進(jìn)行校對(duì)一樣，這些設(shè)計(jì)完成的作品在正式生產(chǎn)前也需要制作模型，但這一過(guò)程恰恰是最費(fèi)時(shí)間也最耗費(fèi)成本的環(huán)節(jié)。

    出現(xiàn)在科幻片中的3D打印機(jī)一直是設(shè)計(jì)工作者夢(mèng)寐以求的，盡管類(lèi)似產(chǎn)品早已應(yīng)用在地理勘察、偵測(cè)領(lǐng)域，但昂貴的價(jià)格、簡(jiǎn)易的功能限制了其廣泛應(yīng)用。后來(lái)隨著CAD、CAM技術(shù)的飛速發(fā)展，以及市場(chǎng)需求的變化，工業(yè)設(shè)計(jì)、柔性制造越來(lái)越多的影響到產(chǎn)品周期，能否快速推出新產(chǎn)品直接著廠商的生存狀況。因此3D打印機(jī)開(kāi)始受到廣泛關(guān)注，包括手機(jī)、運(yùn)動(dòng)鞋、甚至是3D電影行業(yè)都對(duì)3D打印機(jī)極為推崇。

    所謂3D打印機(jī)就是可以“打印”出真實(shí)3D物體的一種設(shè)備，功能上與激光成型技術(shù)一樣，采用分層加工、迭加成形，即通過(guò)逐層增加材料來(lái)生成3D實(shí)體，與傳統(tǒng)的去除材料加工技術(shù)完全不同。稱之為“打印機(jī)”是參照了其技術(shù)原理，因?yàn)榉謱蛹庸さ倪^(guò)程與噴墨打印十分相似。

    每一層的打印過(guò)程分為兩步，首先在需要成型的區(qū)域噴灑一層特殊膠水，膠水液滴本身很小，且不易擴(kuò)散。然后是噴灑一層均勻的粉末，粉末遇到膠水會(huì)迅速固化黏結(jié)，而沒(méi)有膠水的區(qū)域仍保持松散狀態(tài)。這樣在一層膠水一層粉末的交替下，實(shí)體模型將會(huì)被“打印”成型，打印完畢后只要掃除松散的粉末即可“刨”出模型，而剩余粉末還可循環(huán)利用。

    打印耗材由傳統(tǒng)的墨水、紙張轉(zhuǎn)變?yōu)槟z水、粉末，當(dāng)然膠水和粉末都是經(jīng)過(guò)處理的特殊材料，不僅對(duì)固化反應(yīng)速度有要求，對(duì)于模型強(qiáng)度以及“打印”分辨率都有直接影響。目前的3D打印技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)600dpi分辨率，每層厚度只有0.01毫米，即使模型表面有文字或圖片也能夠清晰打印。當(dāng)然受到噴打印原理的限制，打印速度勢(shì)必不會(huì)很快，目前較先進(jìn)的產(chǎn)品可以實(shí)現(xiàn)每小時(shí)25毫米高度的垂直速率，相比早期產(chǎn)品有10倍提升，而且可以利用有色膠水實(shí)現(xiàn)彩色打印，色彩深度高達(dá)24位。

    由于打印精度高，打印出的模型品質(zhì)自然不錯(cuò)。除了可以表現(xiàn)出外形曲線上的設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)以及運(yùn)動(dòng)部件也不在話下。如果用來(lái)打印機(jī)械裝配圖，齒輪、軸承、拉桿等都可以正�；顒�(dòng)，而腔體、溝槽等形態(tài)特征位置準(zhǔn)確，甚至可以滿足裝配要求，打印出的實(shí)體還可通過(guò)打磨、鉆孔、電鍍等方式進(jìn)一步加工。同時(shí)粉末材料不限于砂型材料，還有彈性伸縮、高性能復(fù)合、熔模鑄造等其它材料可供選擇。

    不過(guò)，雖然3D打印機(jī)價(jià)格在不斷降低，很多廠商、設(shè)計(jì)院、大學(xué)等都開(kāi)始或準(zhǔn)備配備，但產(chǎn)品價(jià)格依然較高。3D Systems推出的新款I(lǐng)nVision LD入門(mén)級(jí)桌面型產(chǎn)品價(jià)格為1.59萬(wàn)美元，而Z Corporation出品的中端型號(hào)Z510要價(jià)10萬(wàn)美元。好在3D打印機(jī)的耗材成本并不夸張，例如打印手機(jī)模型，大概花費(fèi)20美元材料費(fèi)，比起其它成型技術(shù)成本要低得多。