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3D打印发展简史以及其打印工作原理

  3D打印技术的胚芽源于18世纪西欧的雕塑艺术,19世纪在北美被重视。随着20世纪计算机和网络技术的发展,3D打印技术才真正诞生,并由于条件的成熟而得到飞速的发展;1986年,charleshull开发了第一台商业3D 印刷机;1993年,麻省理工学院获3D印刷技术专利;1995年,美国ZCorp公司从麻省理工学院获得唯一授权并开始开发3D打印机;2005年,市场上首个高清晰彩色3D 打印机SpectrumZ510由ZCorp公司研制成功;2010年11月,世界上第一辆由3D 打印机打印而成的汽车Urbee问世;2011年6月6日,发布了全球第一款3D打印的比基尼(泳衣,衬衫);2011年7月,英国研究人员开发出世界上第一台3D 巧克力打印机;2011年8月,南安普敦大学的工程师们开发出世界上第一架3D打印的飞机;2012年11月,苏格兰科学家利用人体细胞首次用3D打印机打印出人造肝脏组织;3D打印技术的本质在于个性化需求的创意设计理念。因而3D 打印技术的发展,体现了人性的完善和完美过程。
  
  每一层的打印过程可分为两步:首先,在需要成型的区域喷洒一层特殊胶水,胶水液滴本身很小,且不易扩散。其次,是喷洒一层均匀的粉末,粉末遇到胶水会迅速固化黏结。在没有特殊胶水的区域仍然保持松散状态。这样,在一层胶水一层粉末的交替下,实体模型将会被“打印”成型,打印完毕后只要扫除松散的粉末即可“刨”出模型,而剩余粉末还可循环利用。
  
  打印耗材由传统的墨水、纸张转变为特殊胶水、粉末,当然胶水和粉末都是经过处理的特殊材料,不仅对固化反应速度有要求,对于模型强度以及“打印”分辨率都有直接影响。3D打印技术能够实现600dpi分辨率,每层厚度只有0。01mm,即使模型表面有文字或图片也能够清晰打印。比较先进的产品可以实现每小时25mm高度的垂直速率,相比早期产品有10倍提升,而且可以利用有色胶水实现彩色打印,色彩深度高达24位。
  
  由于打印精度高,打印出的模型品质自然不错。除了可以表现出外形曲线上的设计,结构以及运动部件也不在话下。如果用来打印机械装配图,齿轮、轴承、拉杆等都可以正常活动,而腔体、沟槽等形态特征位置准确,甚至可以满足装配要求,打印出的实体还可通过打磨、钻孔、电镀等方式进一步加工。同时粉末材料不限于砂型材料,还有弹性伸缩、高性能复合、熔模铸造等其它材料,可供选择。
  
  3D打印技术与传统的工业制造方法的最大区别:“增材制造”与“减材制造”。
  
  3D打印机,顾名思义,用它打印出来的物品并非平面的纸张,而是一个立体固态物体。首先将一项设计物品通过3DCAD(3D计算机辅助设计)软件转化为3D数据,然后再根据这些数据进行逐层分切打印。在打印过程中,层层打印出来的切片会不断叠加,最终形成一个完整的立体物品。简单说来,3D打印就相当于做“加法”。
  
  传统打印机与3D打印机最大的区别在于耗材不同——前者使用墨粉,后者使用的则是一些可以发生固化反应的材料,如树脂、塑料、陶瓷、金属等等。
  
  传统的工业制造方法多是减材制造,即在整块材料的基础上去除多余部分,将剩下的部分制成产品。而作为“增材制造”的3D打印技术,则是按照设计图,精确制出每一层平面后再进行累加,所以在生产过程几乎不会产生任何废弃物。
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