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一文了解3D打印技术及未来发展方向

茜茜
等级:二级士官
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楼主 发表于:2019-05-29 08:26:00
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3D打印房子已经不是一件稀奇的事情,前不久在北京通州的一个厂房内,世界上第一个用3D打印的别墅却轰动了整个房产界。


据悉,这栋已经建成的别墅400平方米,墙体厚度250cm,高度两层,每层高3米,基础和墙体用钢筋20吨,混凝土C30标号,380立方米,全程由电脑程序操控,经检测其抗震级别达到八级以上。

 

3D技术打印房屋全部使用机械自动化操作,不用耗费人工资源,节约人力成本。


3D打印技术,也称为增材制造技术,是近年来兴起的一种快速成型技术。也被誉为21世纪最具颠覆性的技术之一。3D打印是采用计算机建模技术,通过逐层叠加的办法构筑目标材料,具有快速化、精准化、个性化等优点。


早在2013年2月,英国伦敦Softkill?Design建筑设计工作室就首次提出了3D打印房屋这一概念,并成功制造了首个建筑模型。


而在荷兰埃因霍温市,埃因霍温科技大学宣布,将和承包商VanWijnen,房地产经理Vesteda,材料公司Saint?Gobain-Weber?Beamix以及工程公司Witteveen+Bos合作,从2019年起将在埃因霍温市连续建造可居住的3D打印混凝土房屋,它是世界上第一种可正式用于居住的3D打印房屋,共有5套。


根据3D打印所用材料的状态及成形方法,3D打印技术可以分为熔融沉积成形、光固化立体成形、分层实体制造、电子束选区熔化、激光选区熔化、金属激光熔融沉积、电子束熔丝沉积成形。


熔融沉积成形(FDM)

熔融沉积成形技术(FDM)技术是以丝状的PLA,ABS等热塑性材料为原料,通过加工头的加热挤压,在计算机的控制下逐层堆积,最终得到成形的立体零件。这种技术是目前最常见的3D打印技术,技术成熟度高,成本较低,可以进行彩色打印。


光固化立体成形(SLA)

光固化立体成形技术(SLA)是利用紫外激光逐层扫描液态的光敏聚合物(如丙稀酸树脂、环氧树脂等),实现液态材料的固化,逐渐堆积成形的技术。这种技术可以制作结构复杂的零件,零件精度以及材料的利用率高,缺点是能用于成形的材料种类少,工艺成本高。


分层实体制造(LDM)

分层实体制造技术(LDM)以薄片材料为原料,如纸、金属箔、塑料薄膜等,在材料表面涂覆热熔胶,再根据每层截面形状进行切割粘贴,实现零件的立体成形。这种技术速度较快,可以成形大尺寸的零件,但是材料浪费严重,表面质量差。


电子束选区熔化(EBM)

电子束选区熔化成形技术(EBM)是在真空环境下以电子束为热源,以金属粉末为成形材料,通过不断在粉末床上铺展金属粉末然后用电子束扫描熔化,使一个个小的熔池相互熔合并凝固,这样不断进行形成一个完整的金属零件实体。这种技术可以成形出结构复杂、性能优良的金属零件,但是成形尺寸受到粉末床和真空室的限制。


激光选区熔化(SLM)

激光选区熔化成形技术(SLM)的原理与电子束选区熔化成形技术相似,也是一种基于粉末床的铺粉成形技术,只是热源由电子束换成了激光束,通过这种技术同样可以成形出结构复杂、性能优异、表面质量良好的金属零件,但目前这种技术无法成形出大尺寸的零件。


金属激光熔融沉积(LDMD)

金属激光熔融沉积成形技术(LDMD)以激光束为热源,通过自动送粉装置将金属粉末同步、精确的送入激光在成形表面上所形成熔池中。随着激光斑点的移动,粉末不断地送入熔池中熔化然后凝固,最终得到所需要的形状。这种成形工艺可以成形大尺寸的金属零件,但是无法成形结构非常复杂的零件。


电子束熔丝沉积成形(EBF)

电子束熔丝沉积成形技术又称电子束自由成形制造技术(EBF),是在真空环境中,以电子束为热源,金属丝材为成形材料,通过送丝装置将金属丝送入熔池并按设定轨迹运动,直到制造出目标零件或毛坯。这种方法效率高,成形零件内部质量好,但是成形精度及表面质量差,且不适用于塑性较差的材料,因无法加工成丝材。

 

由QYResearch发布的《2017全球3D打印技术市场发展现状及未来趋势》数据显示,全球3D打印市场规模2012年为20.2亿美元,2013年为39.8亿美元,预计2017年将超过50亿美元。美国为最大的市场,占比37.5%,其次为欧洲,占比25.1%,日本占比约9.9%左右,德国占比为9.5%。此外,中国占比大约为7.8%。预计未来全球市场将持续25%左右的增速发展。


3D打印在实际应用过程中存在的问题


3D打印在模具生产应用中的问题

3D打印有效地减少了模具生产中的工艺流程,可从计算机图形数据中直接生成任意形状的零件,极大地缩短了产品研制周期。但在效率、精度、稳定性、品件大小等方面,这一技术还需要与传统机械加工方式做更多的对比。此外,对于模具制造行业而言,耗材价格程度情况,是必须要考虑的对象。主要表现为:

1. 3D打印模具的零件尺寸受限。

2. 3D打印模具制品的力学性能难保证。

3. 3D打印技术在当前所能达到的尺寸精度和表面粗糙度还无法完全满足精密模具生产的设计要求,这是也成为限制3D打印技术在模具生产中的一个关键问题。


3D打印在材料应用中的弊端

当前国内3D打印中使用的金属粉末主要依靠进口。而且工业使用的3D打印机价格非常昂贵,耗材也同样非常昂贵。当前消费类的3D打印材料种类较少,主要应用为POA塑料和ABS,但此类材料存在有害气体散发风险。此外,3D打印技术在打印零件时,还无法实现根据零件的使用要求选材,这也就提升了制造成本。

(1)3D打印自动化控制系统有待完善

(2)3D打印技术缺乏统一的制造标准

(3)3D打印影响专利权人权利

(4)3D打印产业链缺少统筹发展规划


3D打印技术在未来发展方向

快速修复

3D打印可应用于贵重部件的修复、延长关键零部件的使用寿命,降低设备维修成本。对紧缺或损坏部件直接打印对于大型、固定设备可实现现场维修。如航天领域中易损且造价较高的钛合金叶片。

快速制造

3D打印应用可解决客户对备件依赖性。减少客户库存量和备件资金占用。传统制造业中产品发货时往往需要配备一定数量的备件,随着产品更新换代,客户对备件数量要求不断提高,这也极大增大了产品成本。


资料来源:

环球网

张学军,3D打印技术研究现状和关键技术。

纪红,3D打印的发展与制造领域可行性应用探讨

注:图片非商业用途,存在侵权告知删除


masker
等级:五级士官
累计积分:148
可用积分:148
masker 发表于:2019-06-13 09:07:26
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