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3D列印
3D列印 (3D printing),屬於快速成形技術的一種,它是一種數位模型檔案為基礎,運用粉末狀金屬或塑料等可粘合材料,透過逐層堆疊累積的方式來構造物體的技術(即「積層造形法」)。過去其常在模具製造、工業設計等領域被用於製造模型,現正逐漸用於一些產品的直接製造。特別是一些高價值應用(比如髖關節或牙齒,或一些飛機零部件)已經有使用這種技術列印而成的零部件,意味3D列印這項技術的普及。 3D列印通常是採用數位技術材料印表機來實作。這種印表機的產量以及銷量在二十一世紀以來就已經得到了極大的增長,其價格也正逐年下降。 該技術在珠寶,鞋類,工業設計,建築,工程和施工(AEC),汽車,航空太空,牙科和醫療產業,教育,地理訊息系統,土木工程,槍枝以及其他領域都有所應用。 長久以來科學家和技術工作者一直有著一個複製技術的設想,但直到20世紀80年代,3D列印的概念才算真正開始實作。1982年,首次公開實作實體模型印製的是日本名古屋市工業研究所。 然而,最常被冠以發明「現代」3D列印機的人是查爾斯·W·赫爾(Chuck Hull),1984年,他定義了專利術語Stereolithography「立體光刻造型技術」(系統透過建立多個截面的方式生成三維物體物件」)。 增材製造是指建立物件的技術,透過順序分層疊加的過程。增材製造的物件可應用於產品生命周期中的所有環節,從預生產(即快速原型)到規模生產(即快速製造),作為模具的應用和後期的客製化。 在製造業中,特別是加工中,減材製造通常為傳統方法區別於新的添加製造技術。雖然在過程中類似「添加」(如加入透過鉚接,板材,片材,鍛件,軋工作擰,鍛焊,或更新各類焊接), 它不包括資訊科技元件基於模型的定義。通常加工(產生精確的形面)是透過高精度銑削和磨削實作。 |
術語
由於物品透過材料被一層層的累積列印出來,該技術也被稱為累積製造(Additive manufacturing)。 一般原理 三維模型的分割 三維設計 3D列印的設計過程是:先透過電腦輔助設計(CAD)或電腦動畫建模軟體建模,再將建成的三維模型「分割」成逐層的截面,從而指導印表機逐層列印。設計軟體和印表機之間協作的標準檔案格式是STL檔案格式。一個STL檔案使用三角面來大致模擬物體的表面。三角面越小其生成的表面解析度越高。PLY是一種透過掃描來產生三維檔案的掃描器,其生成的VRML或者WRL檔案經常被用作全彩列印的輸入檔案。 列印過程 印表機透過讀取檔案中的橫截面訊息,用液體狀、粉狀或片狀的材料將這些截面逐層地列印出來,再將各層截面以各種方式粘合起來從而製造出一個實體。這種技術的特點在於其幾乎可以造出任何形狀的物品。 印表機打出的截面的厚度(即Z方向)以及平面方向即X-Y方向的解析度是以dpi (像素每英寸)或者微米來計算的。一般的厚度為100微米,即0.1毫米,也有部分印表機如Objet Connex系列還有3D Systems' ProJet系列可以列印出16微米薄的一層。而平面方向則可以列印出跟雷射印表機相近的解析度。列印出來的「墨水滴」的直徑通常為50到100個微米。 用傳統方法製造出一個模型通常需要數小時到數天,根據模型的尺寸以及複雜程度而定。而用3D列印的技術則可以將時間縮短為數個小時,當然其是由印表機的效能以及模型的尺寸和複雜程度而定的。 傳統的製造技術如注塑法可以以較低的成本大量製造聚合物產品,而3D列印技術則可以以更快,更有彈性以及更低成本的辦法生產數量相對較少的產品。一個桌面尺寸的3D列印機就可以滿足設計者或概念開發小組製造模型的需要。 完成 目前3D列印機的解析度對大多數應用來說已經足夠(在彎曲的表面可能會比較粗糙,像影像上的鋸齒一樣),要獲得更高解析度的物品可以透過如下方法:先用當前的3D列印機打出稍大一點的物體,再稍微經過表面打磨即可得到表面光滑的「高解析度」物品。 有些技術可以同時使用多種材料進行列印。有些技術在列印的過程中還會用到支撐物,比如在列印出一些有倒掛狀的物體時就需要用到一些易於除去的東西(如可溶的東西)作為支撐物。 技術 世界範圍的快速原型成型技術 奧迪公司(Audi)使用快速成型技術的KUKA機器人來製造的Audi RSQ汽車 現在存在著許多不同的技術。它們的不同之處在於以可用的材料的方式,並以不同層構建建立部件。有些技術利用熔化或軟化可塑性材料的方法來製造列印的「墨水」,例如:選擇性雷射燒結(selective laser sintering,SLS)和熔融沉積式(fused deposition modeling,FDM),還有一些技術是用液體材料作為列印的「墨水」的,例如:立體平板印刷(stereolithography,SLA)、分層實體製造(laminated object manufacturing,LOM)。每種技術都有各自的優缺點,因而一些公司會提供多種印表機以供選擇。一般來說,主要的考慮因素是列印的速度和成本,3D列印機的價格,物體原型的成本,還有材料以及色彩的選擇和成本。 可以直接列印金屬的印表機價格昂貴。有時候人們會先使用普通的3D列印機來製作模具,然後用這些模具製作金屬部件。 |
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The 3D Printing Revolution
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3D metal printing
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