3d打印技術(shù)科技論文
3d打印技術(shù)科技論文
3D打印技術(shù)將攝影、計(jì)算機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)、新材料等結(jié)合在一起改變著我們的生產(chǎn)和生活方式，下面是小編為大家精心推薦的3d打印技術(shù)科技論文，希望能夠?qū)δ兴鶐椭?/p>
3d打印技術(shù)科技論文篇一
3D打印技術(shù)的發(fā)展方向
摘 要：3D打印技術(shù)將攝影、計(jì)算機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)、新材料等結(jié)合在一起改變著我們的生產(chǎn)和生活方式，廣泛應(yīng)用在個性化產(chǎn)品、生物工程、高端工業(yè)產(chǎn)品、數(shù)碼娛樂等領(lǐng)域，3D打印技術(shù)未來將向精密化、智能化、通用化以及便捷化等方面發(fā)展。
關(guān)鍵詞：3D打印技術(shù) 應(yīng)用 瓶頸 發(fā)展方向
具有工業(yè)革命意義的3D打印技術(shù)將攝影、計(jì)算機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)、新材料等有機(jī)結(jié)合在一起改變了我們的傳統(tǒng)思維，對我們的生產(chǎn)和生活方式將帶來巨大的改變。
一、3D打印技術(shù)的前景
3D打印技術(shù)源于美國軍方的快速成型技術(shù)，隨著計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展到20世紀(jì)80年代才出現(xiàn)商業(yè)3D打印機(jī)[1]，由于3D打印技術(shù)顛覆性的制造理念，在一些特殊的應(yīng)用領(lǐng)域發(fā)展很快。
1.3D打印技術(shù)簡介
3D打印技術(shù)是指通過連續(xù)的物理層疊加，逐層增加材料來生成三維實(shí)體的技術(shù)，它綜合了攝影、數(shù)字建模、材料、機(jī)電控制和計(jì)算機(jī)等前沿技術(shù)知識，也稱增材制造、立體印刷或直接數(shù)字制造等[2]，主要包括建模、打印和后處理三個步驟，先建立數(shù)字化模型，運(yùn)用液體(如液態(tài)光敏樹脂)、固體粉末(如金屬粉或塑料粉)、絲材(如塑料絲)等，通過光固化成型或熔融擠出以逐層成型的方式打印出實(shí)體產(chǎn)品。
2.3D打印技術(shù)的歷程
由于發(fā)達(dá)國家特別是美國的重視和大力投入，3D打印的關(guān)鍵技術(shù)不斷被突破，20世紀(jì)80年代到90年代，美國出現(xiàn)了光固化成型(SL)、選擇性激光燒結(jié)(SLS)、熔融擠出成型(FDM)、三維印刷(3DP)等一系列3D打印的核心專利技術(shù)，隨后各種不同用途的3D打印機(jī)相繼問世：1984年美國人Charles Hull制造出世界第一臺商業(yè)3D打印機(jī);1986年Charles Hull成立了3D Systems公司，這是世界上第一家生產(chǎn)3D打印機(jī)的公司;2009年美國Organovo公司首次使用3D打印機(jī)造出人造血管;2011年8月，南安普敦大學(xué)研發(fā)出世界第一臺可以打印飛機(jī)的3D打印機(jī);2012年11月，蘇格蘭科學(xué)家利用人體細(xì)胞首次用3D打印機(jī)打印出人造肝臟組織。3D打印的各種產(chǎn)品正在快速改變我們的生活。
3.3D打印技術(shù)的前景
2014年4月在紐約舉行了主題為‘萬物皆可打印’的‘3D打印博覽會’，有名3D打印公司都推出了各自最新廉價實(shí)用的3D打印機(jī)：中國的太爾時代公司推出的型號為PP3DP的3D打印機(jī)售價900美元 /臺;浙江金華萬豪配件有限公司推出的勇士4號僅需4999元/臺;Quirm公司推出的Chocabyte 3D打印機(jī)價格僅為99美元/臺;而Form Labs公司生產(chǎn)的 Form 1 3D打印機(jī)可以打印出厚度僅為25微米的產(chǎn)品，可謂盛況空前，3D打印機(jī)的價格越來越便宜，所打印的產(chǎn)品越來越實(shí)用。目前，各國的研發(fā)投入都在不斷增加，以搶占制高點(diǎn)，而且，越發(fā)達(dá)的國家越重視，投入越大所占市場份額也越多，各國和地區(qū)所擁有的市場份額見表1。
表1世界主要國家擁有的3D打印市場份額
國家 美國 日本 德國 中國 英國 意大利 法國 加拿大 韓國 其它
份額：% 41.00 10.19 9.19 6.49 4.80 4.10 3.00 1.90 1.90 17.43
市場研究公司Canalys的報告表明：3D打印市場目前仍處于起步階段，但發(fā)展速度正不斷加快，其規(guī)模2013年為25億美元，2018年將增至162美元以上，‘只要你能想到的，就能被設(shè)計(jì)和打印’，可以說3D打印技術(shù)的發(fā)展前景是非常廣闊的。
二、3D打印技術(shù)的應(yīng)用
3D打印技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)決定它在小批量、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、原材料昂貴的領(lǐng)域有著廣泛的用途。
1.3D打印技術(shù)的優(yōu)勢
3D打印技術(shù)與傳統(tǒng)模型加工制造相比優(yōu)勢明顯：①可按個人的意愿實(shí)現(xiàn)個性化生產(chǎn)。②可實(shí)現(xiàn)制造傳統(tǒng)加工工藝很難完成的復(fù)雜的一體成型產(chǎn)品。③可生產(chǎn)高精度的產(chǎn)品。④產(chǎn)品生產(chǎn)周期短，生產(chǎn)流程簡單。⑤生產(chǎn)彈性大，可按需生產(chǎn)。
2.3D打印技術(shù)的應(yīng)用
近幾年隨著3D打印技術(shù)的成熟，3D打印產(chǎn)業(yè)發(fā)展很快，主要應(yīng)用領(lǐng)域有：①日用品：個性化的珠寶首飾、服裝、玩具等。②電子產(chǎn)品：手機(jī)、音響及各種高檔光電器材。③人造器官：人造骨骼、牙齒、假肢、甚至血管、組織和器官等。④、工業(yè)制造：各種高端工業(yè)零部件，如：汽車、衛(wèi)星、飛機(jī)的一些不規(guī)則配件等。
三、3D打印技術(shù)發(fā)展的瓶頸
目前3D打印的耗材主要有熱塑性樹脂、光敏樹脂、橡膠和各種金屬材料，其固化方式主要是加熱、降溫、紫外線和激光燒結(jié)四種，因要求產(chǎn)品必須達(dá)到一定的強(qiáng)度，剛性和熱穩(wěn)定性等，故對材料的各項(xiàng)性能要求很高，因此價格很貴，有的高達(dá)4萬元/kg，是制約3D打印技術(shù)廣泛應(yīng)用的主要瓶頸。市場使用最多的光敏樹脂和改性樹脂與普通樹脂價格對比見表2。
四、3D打印技術(shù)的未來發(fā)展方向
隨著大數(shù)據(jù)時代的到來，人類綜合利用各種最新科研成果水平的提高，3D打印技術(shù)將向降低生產(chǎn)成本和生產(chǎn)過程的精密化、智能化等方向發(fā)展：①降低耗材價格：隨著研究的深入，耗材必然多樣化，生產(chǎn)也將規(guī)模化，耗材生產(chǎn)成本必將大幅降低，價格也會大幅下降。②提高耗材功能：各種智能材料、多功能材料將使產(chǎn)品更加實(shí)用，功能性更強(qiáng)。③提高打印速度和精度：實(shí)現(xiàn)連續(xù)打印、大件打印、多材料打印等，產(chǎn)品更加美觀實(shí)用。④推進(jìn)3D打印機(jī)小型化：促使成本更低廉，操作更簡便。
參考文獻(xiàn)：
[1]孫柏林 試析3D打印技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)和局限 [J].自動化技術(shù)與應(yīng)用，2013(06)：15-18
[2]王雪瑩.3D打印技術(shù)與產(chǎn)業(yè)的發(fā)展及前景分析[J].中國高新技術(shù)企業(yè)，2012(26)：3-5
3d打印技術(shù)科技論文篇二
3D打印技術(shù)及產(chǎn)業(yè)前景展望
2001年7月24日，Guatemalan的雙胞胎――Maria Teresa和Meria De Jesus Uuiej-Alvarez出生了，不幸的是這對雙胞胎頭部相連，但她們的腦髓是分離且完整的，且有各自獨(dú)立的動脈和分離的隔膜，這也為連體分離術(shù)提供了可能。但頭部手術(shù)是最危險的手術(shù)之一，且患者又是剛剛出生不久的嬰兒，面對這一系列的難題，醫(yī)生最終選擇使用高精度的3D模型成功幫助其完成這一復(fù)雜的分離連體雙胞胎手術(shù)。
醫(yī)生建議使用三維快速成型技術(shù)來幫助整形外科手術(shù)模擬演練如何分離這兩個小姑娘的頭顱、變更血管供應(yīng)以及計(jì)劃皮膚移植手術(shù)以覆蓋被分離的頭顱?；诓ㄊ款D生物醫(yī)學(xué)的建模有限公司(BMI)――一家RP技術(shù)生產(chǎn)醫(yī)學(xué)應(yīng)用的公司，使用3臺CT掃描儀在不同的角度進(jìn)行掃描(因?yàn)椴豢赡馨才胚@對雙胞胎進(jìn)行同樣的掃描)，記錄并組合了這對雙胞胎頭顱的所有掃描件，然后再將兩個頭顱組裝成一個3D模型。
“我們認(rèn)為3D打印在制作這些高精確度，且要求高細(xì)節(jié)展現(xiàn)的模型上是最佳的選擇，”InterPRO的共同所有者Kevin Dyer說，“3D打印構(gòu)建了精密的特征，使我們比打印前更容易清晰地了解模型，其良好的細(xì)節(jié)展現(xiàn)是取得成功的關(guān)鍵所在，因?yàn)橥饪漆t(yī)生需要觀察模型的內(nèi)部以便計(jì)劃變更血管的線路。”
這僅僅是3D打印技術(shù)中的一個小小應(yīng)用，卻幫助我們解決了大問題，這也是為什么近年來3D打印技術(shù)不斷見諸報端的原因――其顛覆性地改善了我們的生活。
3D打印技術(shù)一路走來
3D打印技術(shù)即三維打印技術(shù)，其核心制造思想最早起源于19世紀(jì)末的美國，至今已有數(shù)十年的應(yīng)用歷史。20世紀(jì)80年代已有3D打印雛形，學(xué)名為“快速成型”，其原理是：把數(shù)據(jù)和原料放進(jìn)3D打印機(jī)中，機(jī)器會按照程序把產(chǎn)品一層層造出來――打印出的產(chǎn)品，可以即時使用。
在20世紀(jì)80年代中期，SLS被美國德州大學(xué)奧斯汀分校的Carl Deckard博士開發(fā)出來并獲得專利，項(xiàng)目由DARPA贊助。1979年，類似過程由R.F. Housholder得到專利，但沒有被商業(yè)化。1995年，麻省理工創(chuàng)造了“三維打印”一詞，當(dāng)時的畢業(yè)生JimBredt和TimAnderson修改了噴墨打印機(jī)方案，變?yōu)榘鸭s束溶劑擠壓到粉末床的解決方案，而不是把墨水?dāng)D壓在紙張上的方案。
說到3D打印，就不得不提到3D打印機(jī)。3D打印應(yīng)用的是添加劑制造技術(shù)，其三維對象是通過連續(xù)的物理層創(chuàng)建出來的。3D打印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(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^程與噴墨打印十分相似。隨著這項(xiàng)技術(shù)的不斷進(jìn)步，我們已經(jīng)能夠生產(chǎn)出與原型的外觀、感覺和功能極為接近的3D模型。簡單地說，3D打印是斷層掃描的逆過程，斷層掃描是把某個東西“切”成無數(shù)疊加的片，3D打印就是一片一片的打印，然后疊加到一起，成為一個立體物體。
3D技術(shù)發(fā)展初期，3D打印機(jī)數(shù)量很少，大多在“科學(xué)怪人”和電子產(chǎn)品愛好者手中。他們主要被用來打印像珠寶、玩具、工具以及廚房用品之類的東西。甚至有汽車專家打印出了汽車零部件，然后根據(jù)塑料模型去訂制真正市面上買不到的零部件。雖然人們可以在一些電子產(chǎn)品商店購買到這類打印機(jī)，工廠也進(jìn)行直接銷售。不過物以稀為貴，一套3D打印機(jī)的價格從一般的750美元到上等質(zhì)量的27000美元不等。
隨著2003年3D打印機(jī)的銷售量逐漸擴(kuò)大后，價格也開始有所下降。2009年以來，3D打印市場在北美和歐洲急劇增長。根據(jù)Stratasys公司2011年財報，其80%左右的收入來源于歐美市場。美國《時代》周刊也已將3D打印列為“美國十大增長最快的工業(yè)”，英國《經(jīng)濟(jì)學(xué)人》雜志則認(rèn)為它將“與其他數(shù)字化生產(chǎn)模式一起推動實(shí)現(xiàn)第三次工業(yè)革命”。現(xiàn)在，3D技術(shù)已經(jīng)廣泛被應(yīng)用于珠寶、鞋類、工業(yè)設(shè)計(jì)、建筑、工程和施工(AEC)、汽車、航空航天、牙科和醫(yī)療產(chǎn)業(yè)、教育、地理信息系統(tǒng)、土木工程以及其他許多領(lǐng)域。
過去，3D打印常被用于在模具制造、工業(yè)設(shè)計(jì)等領(lǐng)域制造模型――在數(shù)小時內(nèi)完成模具的打印，旨在節(jié)約產(chǎn)品從開發(fā)到投入市場的時間;現(xiàn)在，其逐漸被用于進(jìn)行一些產(chǎn)品的直接制造，特別是一些高價值應(yīng)用(如髖關(guān)節(jié)、牙齒以及飛機(jī)零部件等)。
3D打印技術(shù)分支
1.3D Systems
3D Systems于1986年率先發(fā)明了立體平版印刷快速建模系統(tǒng)(光固化快速原型系統(tǒng))，以光敏樹脂為原料，通過計(jì)算機(jī)控制紫外激光器逐層凝固成型。3D Systems的固體成像技術(shù)用于生成產(chǎn)品概念模型、精度和功能樣板、工具圖樣以及可直接用于生產(chǎn)的終端部件。3D Systems的系統(tǒng)解決方案采用專利工藝，并借助計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)和制造軟件或3D掃描及雕塑設(shè)備來生成實(shí)物模型。2012年1月，3D Systems又成功收購Z Corporation公司，將旗下產(chǎn)品與3D Systems快速成型機(jī)完全融合，實(shí)現(xiàn)功能多樣化、產(chǎn)品豐富化以及市場多元化的發(fā)展。
3D Systems公司還在CES2013展會上推出了一款Cubify系列家用3D打印機(jī)，與第一代產(chǎn)品相比，第二代Cube有許多改進(jìn)：其打印速度是原來的1.5倍;既可以使用ABS，也可以使用可回收的PLA塑料。另外，第二代Cube還保持了第一代產(chǎn)品的許多特性，例如方便加載的粉盒(交回舊粉盒可獲得折扣)、觸控屏控制以及WiFi連接等。
2.Stratasys
Stratasys公司提供了150種經(jīng)特殊設(shè)計(jì)的3D打印材料組合，其中包括PolyJet光聚合物和FDM熱塑性塑料。Stratasys專利技術(shù)FDM可以擠壓出紋路精細(xì)的FDM熔融熱塑性塑料，制造高可靠性和耐用性的零件。2012年4月，Stratasys與Objet宣布合并，從而獲得PolyJet技術(shù)。PolyJet噴墨技術(shù)的工作原理是：以超薄層(16μ)的狀態(tài)將藝術(shù)感光聚合材料一層一層地噴射到構(gòu)建托盤上，直至整個部件制作完成。而每一層感光聚合材料在被噴射后立即用紫外線光進(jìn)行凝固，從而制作出完全凝固的模型，且可以立即搬運(yùn)或使用，而無需事后凝固。而用手或者通過噴水等方式可以很容易地清除為支持復(fù)雜幾何形狀而特別設(shè)計(jì)的凝膠體狀支持材料。 PolyJet技術(shù)可以在一個零件中復(fù)合使用多種材料，通過噴墨式方法以細(xì)小液滴從液體光聚合物中制造零件，并利用紫外線使其立即固化，從而打造光滑、細(xì)致的零件表面，使得幾乎所有規(guī)模的公司均可以快速而高質(zhì)量地制作復(fù)雜模型。而PolyJet采用的非接觸樹脂處理與噴水清除支持材料，正是辦公室環(huán)境下3D打印的理想之選。
而PolyJet Matrix技術(shù)，是3D打印技術(shù)的新方向，其工作原理是：噴射事先設(shè)置好的兩種不同的Objet FullCure模型材料。其雙噴嘴可以選擇多種材料組合方式，包括同時噴射兩種不同剛性材料、兩種柔性材料、一剛一柔、任一種模型材料和透明材料或者任兩種相同材料等。每種材料均存放在專用的液體系統(tǒng)以連接到載有8個打印頭的PolyJet Matrix裝置。PolyJet Matrix技術(shù)可以控制每個打印頭上的96個噴嘴中的任意一個?？梢愿鶕?jù)所處位置和模型類型從指定的噴嘴噴射事先調(diào)整好的模型材料，可以全面控制噴射材料的機(jī)械特性。這種復(fù)合型材料稱為“Digital Material”數(shù)碼材料，可以根據(jù)材料性能指標(biāo)(如拉伸強(qiáng)度、極限拉伸率、熱變形溫度以及Shore A彈性值等)與實(shí)際產(chǎn)品材料進(jìn)行匹配。打印時，材料以超薄層的狀態(tài)被一層一層地噴射到構(gòu)建托盤上，直至整個部件制作完成。與PolyJet技術(shù)一樣，打印后的模型可以直接被搬運(yùn)或使用，而無需事后凝固。
PolyJet Matrix技術(shù)為各個領(lǐng)域提供了無限商機(jī)，包括最終產(chǎn)品外觀效仿、感覺與功能測試，能夠使其比以往更貼近最終產(chǎn)品。而其提供的最前沿的三維打印系統(tǒng)，可以在單個建造工作中打印具有不同機(jī)械和物理特性材料組成的零部件。
尤其值得一提的是，Stratasys于2013年成立子公司MakerBot，拓寬了個人3D打印市場。該公司產(chǎn)品以準(zhǔn)專業(yè)級桌上3D打印機(jī)為主，其主打產(chǎn)品MakerBot Replicator售價僅為1749美元。
3.Fab@Home
2006年，美國康奈爾大學(xué)的Hod Lipson教授和其博士研究生EvanMalone共同發(fā)起了一個專門研究低成本家用3D打印機(jī)的項(xiàng)目，名為“Fab@HomeProject”。Fab@Home通過網(wǎng)站提供開源的家用級3D打印機(jī)制作與操作方法，并提供裝機(jī)服務(wù)，整機(jī)裝配價格不足3000美元。Fab@Home可按用戶自己的設(shè)計(jì)，利用低熔點(diǎn)材料(包括食材)制作各種產(chǎn)品。
4.RepRap
RepRap是人類歷史上第一部可以自我復(fù)制的機(jī)器。2005年，英國巴斯大學(xué)機(jī)械工程高級講師AdrianBowyer博士創(chuàng)建了RepRap項(xiàng)目。RepRap是一部可以生成塑料實(shí)物的開源桌面型3D打印機(jī)，其大部分零件為塑料制品，因此RepRap可以通過3D打印制作絕大部分自身零件，完成自我復(fù)制。用戶可以通過自己收集的材料，利用RepRap制造另一臺RepRap。RepRap是第一款低成本3D打印機(jī)，同時也開創(chuàng)了開源3D打印機(jī)的革命。
3D打印技術(shù)亟需解決的問題
1.3D打印機(jī)價格
隨著3D技術(shù)的普及，3D打印機(jī)的價格已經(jīng)大幅下降，但多數(shù)桌面級3D打印機(jī)的售價仍在2萬元人民幣左右。
2.桌面級3D打印機(jī)使用范圍有限
對于桌面級3D打印機(jī)來說，由于僅能打印塑料產(chǎn)品，因此使用范圍非常有限，而且對于家庭用戶來說，3D打印機(jī)的使用成本仍然很高。
3.原材料種類不夠豐富
3D打印不是一項(xiàng)高深艱難的技術(shù)，它與普通打印的區(qū)別主要在于打印材料。Objet公司(2012年已與Stratasys公司合并――筆者注)是掌握最多打印材料的公司，多年前其已經(jīng)可以使用14種基本材料，并在此基礎(chǔ)上混搭出了107種材料，而兩種不同材料之間的混搭使用、上色也已經(jīng)成為現(xiàn)實(shí)。但是，這些材料種類與人們生活的大千世界里的材料相比，還相差甚遠(yuǎn)。
4.打印精度與打印速度的取舍
3D打印是通過一層層的材料堆砌來形成實(shí)物，如果想將實(shí)物制作得更精細(xì)，就需要增加分層，即減小層高;而如果想提高打印速度，則需要減少分層，即增加層高，而這勢必會影響產(chǎn)品的精度質(zhì)量。對于單件、小批量的產(chǎn)品來說，3D打印技術(shù)確實(shí)有其無可比擬的優(yōu)勢，但如果要進(jìn)行大批量生產(chǎn)同樣精度的產(chǎn)品，反而是傳統(tǒng)的制造手段更為經(jīng)濟(jì)、有效。
5.社會風(fēng)險成本
每個事物都有其兩面性。3D打印技術(shù)在初期就讓人們看到了一系列隱憂，而未來的發(fā)展也令不少人感到擔(dān)心。如果什么都能徹底復(fù)制，想到什么就能制造出什么，也著實(shí)讓人恐懼。例如，近日據(jù)美國《大眾科學(xué)》網(wǎng)站報道，一名叫“HaveBlue”的業(yè)余槍支修理師宣稱，他用3D打印機(jī)打印了一把點(diǎn)22口徑的手槍，而這把“打印手槍”竟然成功射出了200枚子彈。據(jù)介紹，他先從一個槍支修理網(wǎng)站上下載了手槍的設(shè)計(jì)軟件并做了一番小加工。隨后，又花了30美元購買了一種塑料材料，將其放入一款最新型的3D打印機(jī)中進(jìn)行打印。最后，一把手槍“橫空出世”且通過了初步性能測試。雖然這個新聞的真實(shí)性還有待進(jìn)一步考證，但卻引發(fā)了公眾對于3D打印的負(fù)面性的思考。
6.行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)難以制訂
雖然3D打印的原理相同，但不同的3D打印機(jī)產(chǎn)品有著不同的技術(shù)原理和特點(diǎn)，缺乏統(tǒng)一的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。將一個實(shí)物交由不同的 3D打印機(jī)進(jìn)行打印，其結(jié)果也不盡相同。而同樣缺乏行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的還有 3D打印原料。毋庸諱言，每個 3D打印機(jī)制造商都希望消費(fèi)者可以一直購買自己所提供的原料，以便獲取穩(wěn)定且持續(xù)的收入。但 3D打印機(jī)制造商所用的原料從形式到內(nèi)容千差萬別，這對于材料生產(chǎn)商是一個不小的考驗(yàn) ――研發(fā)成本和供貨風(fēng)險都很大，難以形成產(chǎn)業(yè)鏈。
7.3D打印外的必要工序
近期， 3D打印技術(shù)大熱，很多媒體將其描繪成應(yīng)用神器，甚至等同于家中的紙質(zhì)打印機(jī)一樣的普及和必要，但卻絕口不提其對于技術(shù)的要求。公眾大多以為 3D打印就是在電腦上設(shè)計(jì)一個模型，無論內(nèi)部結(jié)構(gòu)多么復(fù)雜，只要按一下按鈕就能打印出一個成品 ――而這并不是事實(shí)。事實(shí)是，對于一個特別復(fù)雜的模型，需要使用者有大量的工程、結(jié)構(gòu)方面的知識以及精細(xì)的技巧，并根據(jù)具體情況隨時進(jìn)行調(diào)整。而后期的工序通常也避免不了，或打磨，或燒結(jié)，或組裝，或切割，而這些過程通常需要大量的手工工作。 8.知識產(chǎn)權(quán)問題
《連線》雜志曾對 3D打印機(jī)的知識產(chǎn)權(quán)問題做出一個假設(shè)：當(dāng) 3D打印機(jī)組合一個 3D掃描儀時，知識產(chǎn)權(quán)問題將成為一句 “空話 ”。因?yàn)?3D掃描儀不僅可以復(fù)制外形，而且可以復(fù)制更為復(fù)雜的細(xì)節(jié)。就目前而言， 3D技術(shù)的發(fā)展速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于法律制定的速度，這就導(dǎo)致 3D打印技術(shù)與知識產(chǎn)權(quán)之間的矛盾 ――對于很多可以無限復(fù)制的物品，以往我們是需要 10個就購買 10個，那現(xiàn)在，是購買 10個，還是購買 1個打印9個呢?
3D打印的工業(yè)化應(yīng)用
1.與用戶完美溝通的利器
香港三立集團(tuán)是一家集照明產(chǎn)品研發(fā)、制造、貿(mào)易和照明工程專業(yè)技術(shù)服務(wù)為一體的大型企業(yè)，是國內(nèi)僅有的幾家進(jìn)駐所有建材超市門店的優(yōu)秀燈具供應(yīng)商，也是在全國所有省市都有銷售網(wǎng)絡(luò)的燈具品牌之一。
作為一家已經(jīng)在行業(yè)內(nèi)站穩(wěn)腳跟且快速做大做強(qiáng)的企業(yè)，前景仿佛已經(jīng)是一片光明了，但其設(shè)計(jì)部的設(shè)計(jì)師詹自堅(jiān)卻說出了他們所面臨的問題： “不謙虛地說，我們的企業(yè)在行業(yè)內(nèi)已經(jīng)算是很不錯的了，有很多慕名而來的廠商找我們談合作，但是人家來找不等于說工程已經(jīng)到手了，尤其是大型工程，客戶的要求只會更多、更細(xì)致。”
以往面對客戶的詢問以及要求，工程師們只有不斷地在圖樣上進(jìn)行修正，再一點(diǎn)點(diǎn)地解釋給客戶聽，這不光延長了溝通的時間，還要求客戶也具有一定的看圖能力，才能真正找到問題所在。 “而自從我們引進(jìn)了 3D打印機(jī)，這一問題迎刃而解。對于一些高要求的客戶，我們將打印好的實(shí)體模型拿給他們看，有什么問題可以馬上指出。有時候，在拿實(shí)體與用戶進(jìn)行溝通的過程中，我們反而更快地討論出了更好的改進(jìn)方法，畢竟看到實(shí)體再進(jìn)行改進(jìn)，比看著圖樣進(jìn)行三維空間想象要簡單的多。”
對于 3D打印的優(yōu)勢，詹自堅(jiān)還提到兩點(diǎn)：一是打印的全程自動化，不僅可以節(jié)約實(shí)體制作時間，還可以將工程師徹底解放出來;而另外一個最大的優(yōu)點(diǎn)，是在其與客戶溝通的時候，只需拿出打印后的實(shí)體，而無需再提供相關(guān)的設(shè)計(jì)圖樣、文件等 ――對于競爭激烈的行業(yè)來說，這能有效確保設(shè)計(jì)的保密性。
2.小批量生產(chǎn)的解決之道
“我們主要是做家具行業(yè)的，但與他們不同的是，我們主要做一些五星級的酒店家具。之前買這個設(shè)備就是用于澳門一個五星級的酒店，引進(jìn) 3D打印機(jī)也主要是為了將來要做的一些酒店項(xiàng)目。 ”東莞 TALA家具廠劉運(yùn)蓮經(jīng)理說，一般的家具廠商在生產(chǎn)家具時，都會選擇開模，是因?yàn)楫?dāng)數(shù)量到達(dá)一定級別時，開模的成本就會相應(yīng)降低。“而我們負(fù)責(zé)的項(xiàng)目都是五星級酒店的項(xiàng)目，有很多貴賓房需要布置。一般來講，這樣的貴賓房里的家具、燈飾都僅僅只有十幾件、幾十件而已。去外面找人開模，成本太高。而 3D打印機(jī)就不同了，雖然打印也需要一定的耗材成本，但是相對小數(shù)量級的開模成本，打印的成本已經(jīng)可以忽略不計(jì)。”
一些燈具廠選擇3D打印機(jī)鑒于成本的考慮，多是打印一些小型的、比較細(xì)致的零件， “我們也一樣。我們主要打印一些床、沙發(fā)、桌子、椅子的腳、拉手一類的小零件，以及燈飾上的五金件。別小看這些五金件，很多客戶選擇合作的對象，非常重視這些細(xì)節(jié)，而我們直接拿打印好的實(shí)物去洽談，無形中就為我們加分不少。畢竟一個五星級酒店的貴賓房是酒店項(xiàng)目的門面，為了讓其更加精益求精，我覺得我們投入的成本真的一點(diǎn)都不高。”劉運(yùn)蓮說。
3.火星探測車
在亞利桑那沙漠中，一輛敏捷的白色車輛正在黃沙上行駛。它在陡峭的地形上行動自如，不懼風(fēng)吹日曬，晝夜極端的溫差對它也毫無影響。 NASA的宇航員和工程師們正在試駕一輛探測車，觀察它在模擬火星砂石遍布、丘陵起伏的嚴(yán)酷環(huán)境中的運(yùn)行情況。
這就是沙漠 RATS(研究和技術(shù)調(diào)查)團(tuán)隊(duì)以及他們的探測車――探測車如悍馬大小，配備了增壓倉以在宇宙空間維持人體生存條件。它最終可能被用于NASA的最高目標(biāo)之一：人類火星探測。在不久的將來，類似的車輛可能會幫助人類調(diào)查地球附近的小行星。
NASA的工程師們將巧思妙想與先進(jìn)技術(shù)結(jié)合，設(shè)計(jì)出了這款堅(jiān)固耐用的專用車輛。例如，該探測車的約70個部件均采用數(shù)字方式制造，即直接利用計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)在生產(chǎn)級的3D打印機(jī)的加熱腔中制得。該過程被稱為Fused Deposition Modeling(FDM)技術(shù)或增材制造，采用該方法，能夠制造出具有復(fù)雜形狀的堅(jiān)固部件，足以應(yīng)付火星的地形。
在構(gòu)建一系列高度定制化的車輛并讓它們經(jīng)受非地球條件的嚴(yán)苛考驗(yàn)時，量產(chǎn)部件和傳統(tǒng)制造方法還達(dá)不到要求。NASA探測車上的3D打印的部件包括防火通風(fēng)管和殼體、攝像機(jī)安裝架、大型艙門、一個用作前保險杠的大型部件以及許多定制的固定裝置。FDM提供的設(shè)計(jì)自由度和快速周轉(zhuǎn)可為復(fù)雜的電子組件量身定做殼體。例如，一個耳朵形狀的外部殼體很深且形狀彎曲怪異，如果采用機(jī)加工，即使能夠?qū)崿F(xiàn)，成本也將異常高昂。
4.Steeda Autosports
福特野馬可謂汽車中的極品，美國力量的象征。它是從裝配線上跑下來的駿馬，然而許多擁有者還想讓它更具個性、更好和更快――他們通常去找Steeda Autosports幫忙，因?yàn)樗歉Ｌ仄嚺浼钊牡闹圃焐?，其產(chǎn)品線從令人驚嘆的車輪至減震系統(tǒng)，再到鍍鉻散熱器蓋，可謂一應(yīng)俱全。
汽車售后零件是一個競爭激烈的行業(yè)，客戶對價格非常敏感，所以，Steeda不斷探究方法來擴(kuò)大在創(chuàng)新、質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)性方面的優(yōu)勢。最近，Steeda認(rèn)真研究了其成型工藝，其中大多屬于數(shù)控加工。“但成型工藝耗時太長，成本過高，甚至對于像模壓管這樣的有機(jī)形零件不合適，因?yàn)槠湫枰?jīng)過各種尺寸和配置方面的測試。加工這些零件難度很大，成本也很高。”Steeda的產(chǎn)品開發(fā)工程師Chad Kroll說道。最終，Steeda選擇了3D打印來應(yīng)對這一問題。要制作概念原型，Kroll的團(tuán)隊(duì)只需將CAD設(shè)計(jì)發(fā)送至3D打印機(jī)即可。
像油帽和引擎蓋針板這樣的零件，3D打印代替了成本高且時間長的早期原型的數(shù)控加工，每件新產(chǎn)品節(jié)約了3天時間。對于像冷空氣進(jìn)所套件中模壓管這樣的其他有機(jī)形部件來說，3D打印讓Kroll的團(tuán)隊(duì)很輕松地針對性能和適用性進(jìn)行各種尺寸和形狀測試。
結(jié)語
從股市的表現(xiàn)到媒體的關(guān)注，3D打印這項(xiàng)“舊技術(shù)”的一夜爆紅，從某種程度上反映了機(jī)械行業(yè)謀求突破的熱情。雖然我們都相信，3D打印將不斷地融入我們的生活，并不斷地完善我們的生活。但是從該技術(shù)的本源看，無論是3D打印技術(shù)本身，還是3D打印設(shè)備，都亟需更有說服力的應(yīng)用模式，在實(shí)體經(jīng)濟(jì)當(dāng)中發(fā)揮作用――火熱過后，3D打印技術(shù)到底對實(shí)體經(jīng)濟(jì)有多大的影響，只能拭目以待。
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