3D打印技術發展、類型、使用等等介紹

3D打印過程是通過逐層依次添加材料堆積程序的技術,從計算機建模軟件(Proe\\3D max)等軟件構建三維模型,這就是為什麼它也稱為增材製造的原因,與傳統的機加工,鑄造和鍛造不同從原材料中取出材料(減法制造)或將材料倒入模具並通過模具,壓力機和錘子成型的過程。


3D打印技術發展、類型、使用等等介紹


“3D打印 ”涵蓋了多種過程,在這些過程中,材料在計算機控制下被結合或固化以創建三維物體,其中材料被添加到一起(例如塑膠融化的、液體分子或粉末顆粒被通常逐層堆積在一起)。 在1990年,3D打印技術被認為僅適用於功能性或美學原型的生產,當時更合適3D打印的術語是“快速成型” 。自2019年以來,精度、可重複性和材料範圍已增加到一些3D打印過程被視為可行的工業生產技術的程度,因此“增材製造”和“3D打印”可以同義使用。 3D打印的主要優勢之一是能夠產生非常複雜的形狀或幾何形狀,而生產任何3D打印零件的前提是構建完整的3D模型或CAD三維文件。

截止2019年市面上的3D打印技術佔比46%以上的是熔融堆積 (FDM)技術。雖然FDM技術是在其他兩種最流行的技術之後發明的,分別是立體光刻(SLA)和激光燒結(SLS);FDM是這三者中最便宜,也是最適合普通百姓使用的技術,所以FDM是全世界最受歡迎的技術。


到2010年初,3D打印和增材製造已演變成各種含義 ,它們是增材製造技術的替代統稱,一種被消費者群體和媒體以流行語言使用,另一種則被工業最終用途更正式地使用。零件生產商,機器製造商和全球技術標準組織。 直到最近,術語“ 3D打印”一直與價格低廉或功能強大的機器相關聯。3D打印和增材製造反映了該技術在自動控制下的3D工作範圍內共享材料添加或加入的主題。 《增材製造 》雜誌主編彼得·澤林斯基(Peter Zelinski)在2017年時指出,這些術語在隨意使用中仍常常是同義詞,但一些製造業專家正試圖區分,以使增材製造包括 3D打印和其他技術或製造過程的其他方面。


3D打印技術發展、類型、使用等等介紹


發展歷史

1974年 : David EH Jones在其《 新科學家 》雜誌的定期專欄Ariadne中提出了3D打印的概念

1981年 :1980年代開發了早期的增材製造設備和材料。 1981年, 名古屋市工業研究所的小玉英夫發明了兩種添加方法,它們是用光硬化熱固性聚合物製造三維塑料模型的,其中紫外曝光區域由掩模圖案或掃描纖維發射器控制。

1984年 : 1984年7月2日,美國企業家Bill Masters為其計算機自動製造過程和系統( US 4665492 )申請了專利 。該文件在美國專利商標局有記錄,是歷史上第一項3D打印專利。 這是Masters擁有的三項專利中的第一項,為當今使用的3D打印系統奠定了基礎。

1984年7月16日, Alain LeMéhauté ,Olivier de Witte和Jean ClaudeAndré為立體光刻工藝申請了專利。 法國發明家的申請被法國通用電氣公司(現為阿爾卡特-阿爾斯通)和CILAS (激光協會)放棄。 聲稱的原因是“由於缺乏商業前景”。

3周後的1984年, 3D Systems Corporation的Chuck Hull 申請了自己的STL製造系統專利,該系統通過用紫外線 激光固化光敏聚合物來添加層。 赫爾將該過程定義為“通過創建要形成的物體的橫截面圖案來生成三維物體的系統”。 赫爾的貢獻是STL文件格式以及當今許多過程中常見的數字切片和填充策略。

1986年 :Charles Hull為其系統獲得了專利,他的公司3D Systems Corporation發佈了第一臺商用3D打印機SLA-1。

1988年 :迄今為止,大多數3D打印機使用的技術(尤其是業餘愛好者和麵向消費者的模型)是FDM技術 ,這是S. Scott Crump在1988年開發並由其公司Stratasys商業化的塑料擠出的特殊應用。 1992年生產出第一臺FDM機器。

金屬燒結或熔化的增材製造工藝(例如選擇性激光燒結 , 直接金屬激光燒結和選擇性激光熔化)在1980年代和1990年代使用自己的名字。 當時,所有金屬加工都是通過現在稱為非加性的工藝完成的; 儘管對這些技術應用了大量的自動化方法,但通過3D工作面移動工具或頭部以工具路徑將大量原材料轉變為所需形狀的想法僅與金屬加工相關。到1990年代中期, 斯坦福大學和卡內基梅隆大學開發了新的材料沉積技術,包括微澆注和噴塗材料。 犧牲和輔助材料也變得更加普遍,從而實現了新的物體幾何形狀。

1993年 : 3D打印一詞最初是指採用標準和定製噴墨打印頭的粉末床工藝,該工藝由Emanuel Sachs在MIT於1993年開發,並由Soligen Technologies,Extrude Hone Corporation和Z Corporation商業化 。

1993年,一家名為Solidscape的公司成立了,它引入了具有可溶支撐結構的高精度聚合物射流製造系統。

1995年 :1995年, 弗勞恩霍夫研究所開發了選擇性激光熔化工藝。

2009年 :熔融沉積建模(FDM)印刷工藝專利在2009 年到期。

隨著各種添加劑工藝的成熟,很明顯,很快的去除金屬將不再是通過工具或頭部移動通過3D工作區域將金屬原料逐層轉換為所需形狀的唯一金屬加工工藝。

2010年代是第一個十年,在該時期中,將在金屬最終用途零件,例如發動機支架和大螺母,而不是強制性地從棒料或板材上進行機加工。 在金屬加工中,鑄造,製造,衝壓和機加工仍比增材製造更為普遍,但是增材製造已開始取得重大進展,並且憑藉增材製造設計的優勢,工程師顯然可以做到還有更多。

隨著技術的成熟,一些作者已經開始推測3D打印可以幫助發展中國家實現可持續發展 。

2012年: Filabot開發了一種用塑料閉合迴路[32]的系統,並使任何FDM或FFF 3D打印機都能夠使用更廣泛的塑料進行打印。

2014年: 佐治亞理工學院的 Benjamin S. Cook博士和Manos M. Tentzeris博士演示了第一個多材料,垂直集成的印刷電子增材製造平臺(VIPRE),該平臺可對功能電子器件進行高達40 GHz的3D打印。

3D打印的過程如下

1、三維建模


3D打印技術發展、類型、使用等等介紹


可以使用計算機中 (Proe\\3D max)軟件,可以將Proe\\3D max模型保存為(STL)格式 ,這是一種用於增材製造的事實上的(Proe\\3D max)文件格式,該文件格式基於)Proe\\3D max)模型表面存儲數據。 STL不適用於增材製造,因為由於涉及大量表面,它會生成大文件尺寸的拓撲優化零件和晶格結構。 為解決此問題,2011年引入了更新的(Proe\\3D max)文件格式

2、模型切片

3D打印技術發展、類型、使用等等介紹


建模完成後輸出STL文件,再使用“切片軟件”來處理STL文件,該軟件將模型轉換為一系列薄層,並生成Gcode代碼文件,其中包含針對特定類型的3D打印機( FDM)量身定製的指令。然後,可以使用3D打印客戶端軟件(加載G代碼並在3D打印過程中使用它來指示3D打印機)來打印此G代碼文件。

使用現代方法構建模型可能要花費數小時到幾天的時間,具體取決於所使用的方法以及模型的大小和複雜性。 附加系統通常可以將此時間減少到幾個小時,儘管它會因所用機器的類型以及同時生產的型號的大小和數量而有很大差異。傳統技術對於大量生產聚合物產品而言可能較便宜,但當生產相對少量的零件時,增材製造可以更快,更靈活且更便宜。 3D打印機使設計人員和概念開發團隊能夠使用桌面級的3D打印機來生產零件和概念模型。

3、模型打印

設計人員一般使用的機器成型尺寸300*300*400mm的的FDM技術3D打印機將虛擬文件現實化,通常這樣的時間都會比較長,但是這樣的技術成本相當低廉,能夠滿足很多設計者的需求

3D打印技術發展、類型、使用等等介紹


4、成型

自動打印結束後,使用者可以在第一時間感受到設計出來的產品或者模型是什麼樣的形態,從而及時更正或者直接使用。



3D打印技術發展、類型、使用等等介紹


影響

3D打印機的出現被國外的科學家認為是“第三次工業革命”的締造者,也將會對未來工業發展起到一個非常大的作用,許多傳統工藝難以實現的,使用3D打印技術來就能輕鬆完成,所以在不遠的將來3D打印機將繼續扮演這重要的角色,我們拭目以待。


分享到:


相關文章: