摘要 打印技术是一种通过计算机控制,可以打印从鞋子到珠宝、枪支和航空航天部件的生产方法。其基本规则是用一种堆叠累积的制造技术,不像加工、车削、铣削和锯切是将不要的部分切除掉,保留需要的部...
打印技术是一种通过计算机控制,可以打印从鞋子到珠宝、枪支和航空航天部件的生产方法。其基本规则是用一种堆叠累积的制造技术,不像加工、车削、铣削和锯切是将不要的部分切除掉,保留需要的部分。尽管有各种不同3D打印技术,但是所有的3D物品通常都是通过逐层打印得到的。从最下面的一层开始,等物品干燥或者固化后就可以工作了。而分层过程的差异取决于打印机和使用的材料(金属、聚合物、树脂石膏),同时也取决于是一个工业的还是商业的3D打印机。
工业VS商业
虽然面向于个人和小型企业的3D打印机才刚刚起步,但是由于MakerBot和RepReps这两家公司,3D打印在工业上的使用已有30年的历史。尽管工业上的3D打印机一般都很大而且很昂贵,但是对比与商业3D打印机,打印的速度要快上很多。而且,有些工业3D打印机可以多个喷嘴一同工作,甚至可以使用金属(后期会有更多材料)。虽然大多数情况下,工业3D打印机基本上用于快速原型设计(通常建筑师,汽车制造商使用较多),但是有时候,特别是用金属材料制造的3D打印器件,会被用在最终的产品上。
相比于工业使用的3D打印机,面向个人的3D打印机则显得便宜,小巧、低速而且低分辨率。虽然个人消费级别的3D打印机依然被用于快速模型设计,但是也同样被那些就喜欢用3D打印机打印东西的人使用着。通常,个人消费级别的3D打印机使用的是挤出的热塑性塑料,即使用熔化的塑料微小液滴来进行3D打印。
不同打印技术
根据所使用的的材料、需要颜色的种类、需要的分辨率、你所希望掏钱的数目, 有至少五种流行的3D打印方法可供选择。有些是非常相似,但有些是非常的疯狂(或杰出)。
熔融沉积成型——最常见的3D打印方法是熔融沉积成型(FDM)。此过程的原材料是塑料或金属丝卷筒,其被打印机喷嘴融化并放置。它很快变硬,接着可以放第二层。就商业印刷商(如MakerBot)而言,FDM总是使用塑料线(丝),通常被外行人用术语称为“热塑性沉积”。
喷墨打印——使用特殊油墨(树脂和粘合剂),用家庭或办公室中喷墨打印机相似的设备,可能建立一个3D模型。树脂和粘合剂一层一层叠加直到创造好对象 。这是仅有的允许自定义颜色3D打印过程。
选择性激光烧结——烧结是从粉末制成固体物体的过程,在选择性激光烧结(SLS)的情况下,粉末可以是金属、塑料、陶瓷或玻璃。 基本上,SLS用的脉冲激光来“画”出所需的横截面。 粉末融化,用激光在顶上形成另一层。这是用的非常多的工业方法,因为它需要一个相当强的激光。
数字光处理——采用DLP(是的,在DLP投影机后面相同的技术),在光线下曝光,液体聚合物转变成非常坚硬的固体。通过这个技术可以获得 非常高的精确度/分辨率——再者这是一个工业化的方法。立体类似于DLP制造,但贵了不少。
其他——最后有少量的3D打印技术没有广泛应用,但在未来有可能会。树脂可以使用LEDs(类似于DLP方式)来加工, 双光子光聚合反应可以被用来创建超小型3D打印功能,分层实体制造使用大量的纸或者卡片粘在一起的,然后再使用激光切开。
3D打印的未来
我们已经提到了3D打印技术的几个用途——原型制作,在家里制作东西。但3D打印技术目前能够做到的更为疯狂的事情还是值得深入探讨的,并且其在将来能够实现哪些突破也同样值得期待。
3D打印机可以被用来制造钛飞机零件,人骨,复杂的纳米尺度的机器等等。在未来,我们就可以用3D打印机制造几乎所有的东西应该是一个非常靠谱的假设——尽管有些东西(服装,纺织)我们还不能用打印机制作,也不能通过自动数控机床来制作,或者像它们一样的设备,但是这一点在将来还是会被考虑进去的。最终,3D打印机也可能是物质克隆的关键,就像《星际迷航》里讲述的一样。需要特别注意的是我们已经有非常准确的工具来创建现有物件的3D模型;我们扫描了一个杯子,然后我们马上可以通过3D打印机制造一个精确的杯子复制件出来,现在我们已经有了这样的能力。
最后,也许有一天,你会走到一个3D打印机旁边并且说道:“给我一台iPad,”然后它就会给你制作一台iPad。如果我们可以制造具有原子级别分辨率3D打印机,也许将会迎来另一个星际迷航的小工具:传送器。还有一个事实(令人非常担心?)是,许多商用打印机记都贴上了“自我复制机”的标签,因为它们能够打印自己的更换零件。换句话说,如果我们赋予3D打印机某种人工智能,没有人知道它会变成什么样子。