3D打印成型技術(shù)已開始廣泛應(yīng)用

    從早期的針式打印機開始，打印機的類型和款式逐漸豐富，功能也日趨多樣化。上世紀80年代中期，針式打印機開始在公司和家庭中擔任打印任務(wù)，隨后噴墨打印機和激光打印機相繼出現(xiàn)在市場上，而現(xiàn)在，彩色激光打印機也已經(jīng)陸續(xù)進入了家庭。可是無論是那種類型的打印機，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)。

　　當然對于普通用戶來說，目前的打印機已經(jīng)可以很好的完成打印工作，但對于設(shè)計工作者，特別是工業(yè)設(shè)計、3D模型設(shè)計等領(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)計的實際效果。所以就像報紙印刷前需要打印樣張以進行校對一樣，這些設(shè)計完成的作品在正式生產(chǎn)前也需要制作模型，但這一過程恰恰是最費時間也最耗費成本的環(huán)節(jié)。

　　出現(xiàn)在科幻片中的3D打印機一直是設(shè)計工作者夢寐以求的，盡管類似產(chǎn)品早已應(yīng)用在地理勘察、偵測領(lǐng)域，但昂貴的價格、簡易的功能限制了其廣泛應(yīng)用。后來隨著CAD、CAM技術(shù)的飛速發(fā)展，以及市場需求的變化，工業(yè)設(shè)計、柔性制造越來越多的影響到產(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打印機開始受到廣泛關(guān)注，包括手機、運動鞋、甚至是3D電影行業(yè)都對3D打印機極為推崇。

　　所謂3D打印機就是可以“打印”出真實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，即通過逐層增加材料來生成3D實體，與傳統(tǒng)的去除材料加工技術(shù)完全不同。稱之為“打印機”是參照了其技術(shù)原理，因為分層加工的過程與噴墨打印十分相似。


　　

　圖1. 美國Z Corporation推出的3D打印機

　　每一層的打印過程分為兩步，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，且不易擴散。然后是噴灑一層均勻的粉末，粉末遇到膠水會迅速固化黏結(jié)，而沒有膠水的區(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，實體模型將會被“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�！　�

　　圖2. 3D打印機打印過程

　　打印耗材由傳統(tǒng)的墨水、紙張轉(zhuǎn)變?yōu)槟z水、粉末，當然膠水和粉末都是經(jīng)過處理的特殊材料，不僅對固化反應(yīng)速度有要求，對于模型強度以及“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。當然受到噴打印原理的限制，打印速度勢必不會很快，目前較先進的產(chǎn)品可以實現(xiàn)每小時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現(xiàn)彩色打印，色彩深度高達24位。

　　由于打印精度高，打印出的模型品質(zhì)自然不錯。除了可以表現(xiàn)出外形曲線上的設(shè)計，結(jié)構(gòu)以及運動部件也不在話下。如果用來打印機械裝配圖，齒輪、軸承、拉桿等都可以正�；顒樱�而腔體、溝槽等形態(tài)特征位置準確，甚至可以滿足裝配要求，打印出的實體還可通過打磨、鉆孔、電鍍等方式進一步加工。同時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，雖然3D打印機價格在不斷降低，很多廠商、設(shè)計院、大學等都開始或準備配備，但產(chǎn)品價格依然較高。3D Systems推出的新款I(lǐng)nVision LD入門級桌面型產(chǎn)品價格為1.59萬美元，而Z Corporation出品的中端型號Z510要價10萬美元。好在3D打印機的耗材成本并不夸張，例如打印手機模型，大概花費20美元材料費，比起其它成型技術(shù)成本要低得多。