范文一:3d打印义肢综述
.综述.
3D打印技打印肢及肢的展综综综综综综综综综综综综综
摘要:近年来,3D 打印技迅速展,在各个行各个域中都用广泛。综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综3D 打印技综也可用于制医学模型,行手策划,手助器械和个性综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综
化内植入物,生物打印与工程等方面。本述着重介了综综综综综综综综综综综综综综综综 3D 打印技在肢制作中的用,并分析目前存在的及展望展前景。综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综
综综综:3D打印,肢综综
3D打印(3 Dimensional Printing,3综打印)的学名是增材制造(material additive manufacturing),是指将材料一次性熔聚成型的快速制造技,它以数字模型综综综综综综综综文件基,运用粉末状金属或塑料等可粘合材料,通综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综
逐打印并叠加不同形状的方式来构造三的任何物体。综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综
综点
1.3D打印最突出的点是无需模具,也不需机械加工,可以综综综综综综综综综综综综综综综综综综
直接从好的算机形数据中生成任何形状的物体综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综[1]。使得综综综3D打印技相于综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综制做而言有着的,于没有的人,3D打印是个不的。综综综综综2.工周期短、精度高,同解决了模耗的综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综[1]。3D打印的品是无综综综综综综接,综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综之的固性和接度要高于方法。就使得强3D打印出的西更加综综综综综综耐用,能运用在多方面且持久。综综综综综综综综综综综
3.成本低由于制造准和数据的大幅减少,使得件制、 综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综
小批量出的周期和成本降低,适合新品的、件小批量零件的出、品的加工综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综[1]。而且3D打印并不会造成太多的浪,更加。综综综综综综综
4. 3D 打印技适用于个性化需求。用于治个体的品,基综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综
本上都是定制化的,不存在准的量化生综综综综综综综 [2]。
5. 3D 打印技在助器具域的展空巨大。从医康角度看,综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综3D 打印技有几综综综个特点,即因人制宜、就地制作、不限数量、成本,正好能足个体综综综综综综综综综综综综化、精准化医康的需求。些特点与助器具的几大特色综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综
相吻合:一是个性化,二是人群广,三是多性综综[2]。些特点正好与做肢综综综综综综综综综综所需要的特点吻合。
缺点
1. 综综 成本高3D打印适合制造个性化品、定制化品和小批量品,综综综综综综综综综综综综综综综若只一件品或少量品投大量和金生一台使用次很少的综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综3D打印机有点不切综综[1]。所以使用3D打印打印品最好是那些大型的,大量的,有价的品。综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综2耗材限制 3D打印的耗材多没有固定熔点的材料且十分有限,综综综综综综综综综综综综综综综综即非晶体或非晶固体。没有固定熔点一特性,需研多综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综原材料以足不同的品需求综综综综综综综综综[1]。而且国内缺乏于综综3D打印材料的准,因此综综综综综3D打印材料主要依口综综综[3]。无高端是低端的材料都只有国外的材综综综综综综综综综综综综综综综综综综料,国内市的空缺一直很大。综综综综综综综综综
3. 存在裂综综 3D打印的是保持材料的半流性,需要精确控综综综综综综综综综综综综综综综综综综制非晶材料的温度。原材料被加至黏流以保其良好综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综
的成型性,但打印的体品中免存在力,而力集中易引裂综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综[1]。力是综综综综温度改,物体由于外在束以及内部各部分之的相互综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综
综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综束,使其不能完全自由而生的力。又称温力。个缺点
于肢的制作是一个很大的。但是也是能解决的,综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综减少高,增加打印温度都行。综综综综综综综综综综综综4. 打印耗综 3D打印的也超制造方法,打印大尺寸零件综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综通常要耗好几综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综天,甚至一个小的螺母也要十几分,而方法一秒就可能完成[1]。综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综于肢来,需要不同的客制作不同的肢,不同的综综综综综肢需要的模具也不同,于此,3D打印综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综然事,但是也比手工制作要好很多。3D打印肢的综综综综综综综综意及用
1. 综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综助器具需求者而言,配助器具不是技越高越好,功能越全越好,价格越越综综综综综综综综综综综综综综综综综综好,重要的是适合自身需求,有益于残余功能的利用和状况的改善。因此,助器具没有最好的,只有最综综综综综综综综综综综综综适合的,它不是的一一,而是要因人适综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综配。使用不合适的助器具,不是上的浪,重的会造成综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综身体的二次害。
3D 打印技在件制造上综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综明,省去模具制造的程,可大幅提升研速度,同降低了研综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综失的成本。技的主要特点是,可直接根据算机形数据,通增材制造的方法生综综综综综综综综综综综综综综综综综综成各形状的品。与的减材制造相综综综综综综综综综综综综综综综综综综比,3D 打印不可以综综综综综综综综综提高材料利用率,可以用更短的制造出更的品综综综综综综综综综综综综综综综综综综[2]。也是综综综3D打印的意综综综综综之一,它能足人个性化的需要,而且综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综我国家已具基本技和研究综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综力,以假肢等例,一些高等院校和研究位已多年从事康工程方面的研究。2. 医生和工程能综综综综综利用3D打印技综,制造出综综综综综综综综综综综综综综综综综某位患者定制的独一无二的肢,综可以将肢做得综综综综综综综综尚[4],肢的造型可以做的综综综综综综综综综综综综综综综综像人手安慰患者,有助于于综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综患者的心理理。也可以做的十分酷炫,肢不再是一自卑的志。3. Ana Del Hoyo-Quinone的右手天生残疾,手也不能综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综她的右手有正常功能。一个名e-NABLE的非盈利性免综综综综综综综综她使用3D打印了一个机械援助手。从综综综综综综到最完成打印一共只用了31个小。而只机械综综综综综综综综综综综综综援助手需要50美元,综综综综综综综综综假肢却至少需要3万美元[5]。可以看出,于个体而言,综综综综综综综综综综综综综3D打印肢综综综综综综综综综省省。而且3D打印的材料都是无毒的材料,于人体并无大综综综综综综综综综综综综综综综综综综碍,患者可以放心使用。
4. 2014 年,首批使用 3D 打印机打印的假肢也用在了患者身上。南丹综综综综综综综以及多多大学和综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综 干达研究中心合推出一个目,当地人提供3D 打印肢综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综服,的当地工程即可些区受人士定制肢[6]。3D打印的肢也不需要太综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综巧的能工巧匠,一般人也可以通3D打印做出完美的肢。综综综5. 我国模具行目前综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综普遍存在制造周期,良品率低,同化综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综争重的,尤其是在制造高端精密模具方面,技综综综综综综综综综综综累薄弱,而且受到有工的束[7]。但随着增材制造技引入国内的模综综综综综综综具行,会有人综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综意到可以用新的制造工使自己的技和品综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综升,从残酷的模具行争中出。3D打印肢在以综综综综综综综综综综综综后将会成主流。综综综肢的展
1. 美国综综综综综综综综综综综综综综斯西大学神工程达斯汀?泰勒的研究两位受综综综综综综综综综综综综人的指尖套上力综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综感器,感器的信号可以化成不同刺激模式以模仿健康人的正常感受,比如拍综综综综综综综综综综综综综综综综综、持力或者触摸等。泰勒要求受综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综人摘除桃的梗,并行了比。如果没有套综综 来的触感,两位参与者只能去掉77%的综综综综综综综综综综综综综综桃梗,但有了触反,他的成功率升综综综 至100%[8]。于肢来,综综综综综综综综综综综综综综综综综感也是十分重要的,以后的各肢一定会在肢的手综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综感上下功夫,能使得肢感到综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综西并准确无的到大的,会使得患者的生活综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综量上升一个次,商品也会在不久的将来成肢市的大。
2. 2015 年 10 月 15 日,新一期美国《科学》志综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综上刊登了美国斯坦福大学的人学者哲南综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综的出一超敏感的人造皮,更重要的是,它能将“综”综综综感大[9]。综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综皮也可以使用在肢上,如果二者能合的,肢将会更加接近人的手,无是在外形,是在于综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综功能上。
3. 肌信号综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综在生活中已得到了广泛用。肌信号已被研究用作残障病人肢的控制综综综综综综综综综综综综综综综综综综信号,另外肌信号中包含了丰富的人体信息,比如人体作的力量综综综综综综综综综综综综综综综综信息和位置信息等。相于的人机接口技,综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综肌信号能直接反映人的作意,其受到的外界干综综综 更少[10]。但是肢综综综综综综综综综综综综综综综综综系是通外置极肌肉活综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综来破佩戴者的行意。方法是非侵入性的,但肌肉和综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综感器之的皮和会扭曲信号,影响肢的控制性。而要综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综神与感刺激器接,必在受人上臂植入极,接也综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综必穿透皮,极易造成皮感染或极坏。而瑞典姆斯理综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综工大学、格林斯卡大学医院和一家移植公司合作,一名无综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综臂人士接合了一直接与骨骼、神和肌肉相的肢。肢综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综极系信号定,病人能按自己
意愿自由移综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综它,并精确控制,手拿蛋而不破,感就像是自己的真手[11]。综综综肢分植入部分和肢部分。植入部分要通手,综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综把一段综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综金属植入骨骼,再装上控制系,把极和肌肉、神综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综接在一起。肢部分一端是可移手臂,另一端与骨骼和综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综极系保持机械接,段手臂能取下来,以便病人洗澡。此外,植入金属能综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综骨骼着它生,在骨中接,因此不会像不那与外部生综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综反而得不定。骨整合技综综综综综综综综综综综综综综综综避免了普通肢造成的炎症和不适等。
4. 综-综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综算机技是指人和算机或其他子之建立的直接交流和控制通道。通通综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综道,人就可以直接通来表达想法或操作其他综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综,而不需要通言或肢体的作,是一全新的通和控制方式[12]。大直接控制肢,也是在肢最好的综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综情况,但即使大综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综能控制肢,肢也不可能在短内得能像人的手一综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综灵敏。但肢一定会向个方向展。有一天,肢能做到一点。小综
在近代,肢做的综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综越来越好,国内残疾人的生活水平也越来越高,但是是有一定数量的人综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综未得到帮助,或者是肢只是没有功能的假肢。肢在得不断完美的同需要在综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综强患者之中普及。而且肢的功能将会越来越大,越来越接近普通人的手臂。残疾人都会有着或多或少的自卑,越接近人手综综综综综综综臂功能的肢,就越能帮助他走综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综出影,当肢能做到大致能代替人手残疾人的生活将会与在完全不同。综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综当然,需要很很的一段。然而我综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综于和人一就所描述的肢不会只步步停,当止它
能完美代替人的手臂之,综综综综综综综综综综综综综综综综综综便是肢最有可能性的代。它不同于人手,他可以改造,可以装综综综综综综综综综综综综综综综综综更多的西,不断地升,以后也都能做到综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综在人手都不能做到的事。也只是一个愿景,在的肢目是只有一个,那就是更综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综综像人的手。
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范文二:3d打印综述
研究生课程论文
《用发展的眼光看3D打印技术》
课程名称
姓 名
学 号
专 业
任课教师
开课时间
教师评阅意见:
论文成绩 评阅日期
课程论文提交时间: 年 月 日
一、3D打印的概念、应用领域及发展前景
(一)3D打印的概念
3D 打印机英文“3D Printers”, 打印机这个名称是近年该产品来针对民用市场而出现3D 的一个新词。其实在专业领域他有另一个名称“快速成形技术”。快速成形技术又称快速原型制造(Rapid Prototyping Manufacturing,简称 RPM)技术,诞生于 20 世纪 80 年代后期,是基于材料堆积法的一种高新制造技术,被认为是近 20 年来制造领域的一个重大成果。它集机械工程、CAD、逆向工程技术、分层制造技术、数控技术、材料科学、激光技术于一身,可以自动、直接、快速、精确地将设计思想转变为具有一定功能的原型或直接制造零件,从而为零件原型制作、新设计思想的校验等方面提供了一种高效低成本的实现手段。即,快速成形技术就是利用三维 CAD 的数据,通过快速成型机,将一层层的材料堆积成实体原型。
RPM 技术是在现代 CAD/CAM 技术、激光技术、计算机数控技术、精密伺服驱动技术以及新材料技术的基础上集成发展起来的。不同种类的快速成型系统因所用成形材料不同,成形原理和系统特点也各有不同。但是,其基本原理都是一样的,那就是"分层制造,逐层叠加", 类似于数学上的积分过程。形象地讲,快速成形系统就像是一台"立体打印机",因此得名“3D 打印机”。
目前,常见的3D打印技术主要有SLA(立体光固化成型法)、SLS(选择性激光烧结技术)、LOM(分层实体制造法)和FDM(熔积成型法)四种。
图1 3D打印机
(二)3D打印的原理
3D打印是添加剂制造技术的一种形式,在添加剂制造技术中三维对象是通过连续的物理层创建出来的。3D打印机相对于其他的添加剂制造技术而言, 具有速度快,价格便宜,高易用性等优点。
3D打印机就是可以“打印”出真实3D物体的一种设备,功能上与激光成型技术一样,采用分层加工、迭加成形,即通过逐层增加材料来生成3D实体,与传统的去除材料加工技术完全不同。称之为“打印机”是参照了其技术原理,因为分层加工的过程与喷墨打印十分相似。随着这项技术的不断进步,我们已经能够生产出与原型的外观、感觉和功能极为接近的3D模型。 说的简单一点,3D打印是断层扫描的逆过程,断层扫描是把某个东西“切”成无数叠加的片,3D打印就是一片一片的打印,然后叠加到一起,成为一个立体物体。具体过程如图2所示。
使用3D打印机就像打印一封信:轻点电脑屏幕上的“打印”按钮,一份数字文件便被传送到一台喷墨打印机上,它将一层墨水喷到纸的表面以形成一副二维图像。而在3D打印时,
1
软件通过电脑辅助设计技术(CAD)完成一系列数字切片,并将这些切片的信息传送到3D打印机上,后者会将连续的薄型层面堆叠起来,直到一个固态物体成型。3D打印机与传统打印机最大的区别在于它使用的“墨水”是实实在在的原材料。
图2 3D打印机工作原理
(三)3D打印技术所需关键技术
3D打印需要依托多个学科领域的尖端技术,至少包括以下三个方面:
信息技术:要有先进的设计软件及数字化工具,辅助设计人员制作出产品的三维数字模型,并且根据模型自动分析出打印的工序,自动控制打印器材的走向。
精密机械:3D打印以“每层的叠加”为加工方式。要生产高精度的产品,必须对打印设备的精准程度、稳定性有较高的要求。
材料科学:用于3D打印的原材料较为特殊,必须能够液化、粉末化、丝化,在打印完成后又能重新结合起来,并具有合格的物理、化学性质。
(四)3D打印的应用领域
3D打印机的应用对象可以是任何行业,只要这些行业需要模型和原型。以色列的Objet
2
公司认为,3D打印机需求量较大的行业包括政府、航天和国防、医疗设备、高科技、教育业以及制造业。
1、医疗行业。最近,一位83岁的老人由于患有慢性的骨头感染,因此换上了由3D打印机“打印”出来的下颚骨,这是世界上首位使用3D打印产品做人体骨骼的案例。
2、科学研究。美国德雷塞尔大学的研究人员通过对化石进行3D扫描,利用3D打印技术做出了适合研究的3D模型,不但保留了原化石所有的外在特征,同时还做了比例缩减,更适合研究。
3、产品原型。比如微软的3D模型打印车间,在产品设计出来之后,通过3D打印机打印出来模型,能够让设计制造部门更好的改良产品,打造出更出色的产品。
4、文物保护。博物馆里常常会用很多复杂的替代品来保护原始作品不受环境或意外事件的伤害,同时复制品也能将艺术或文物的影响更多更远的人。最近史密森尼博物馆就因为原始的托马斯?杰弗逊要放在弗吉尼亚州展览,所以博物馆用了一个巨大的3D打印替代品放在了原来雕塑的位置。
5、建筑设计。在建筑业里,工程师和设计师们已经接受了用3D打印机打印的建筑模型,这种方法快速、成本低、环保,同时制作精美。完全合乎设计者的要求,同时又能节省大量材料。
6、制造业。制造业也需要很多3D打印产品,因为3D打印无论是在成本、速度和精确度上都要比传统制造好很多。而3D打印技术本身非常适合大规模生产,所以制造业利用3D技术能带来很多好处,甚至连质量控制都不再是个问题。
7、食品产业。没错,就是“打印”食品。研究人员已经开始尝试打印巧克力了。或许在不久的将来,很多看起来一模一样的食品就是用食品3D打印机“打印”出来的。当然,到那时可能人工制作的食品会贵很多倍。
8、汽车制造业。不是说你的车是3D打印机打印出来的(当然或许有一天这也有可能),而是说汽车行业在进行安全性测试等工作时,会将一些非关键部件用3D打印的产品替代,在追求效率的同时降低成本。
9、配件、饰品。这是最广阔的一个市场。在未来不管是你的个性笔筒,还是有你半身浮雕的手机外壳,抑或是你和爱人拥有的世界上独一无二的戒指,都有可能是通过3D打印机打印出来的。甚至不用等到未来,现在就可以实现。
图3 (a) 3D打印出的人耳 (b) 3D打印修复化石 (c) 3D打印修复文物
(d) 3D打印世界级露天运动场 (e) 3D打印食品 (f) 3D打印汽车urb
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(五)3D打印的发展前景及意义
1、3D打印的发展前景
全新的“3D打印”技术可以将规模化大生产可能演变为若干个体,打破集约化生产的传统模式。只要一台3D打印机,我们就可以在家里生产任何我们需要的东西,而且可以不断变化款式、样式。由于“3D打印”技术不需要生产线,使得生产成本大大降低、生产周期也得以缩短,同时在很大程度上减少了材料废弃。据美国一家行业研究机构发布的报告显示,3D打印机、环保可持续建筑等将是美国未来增长最快的行业。由于我国没有完成工业化,传统的粗放式的工业发展模式已经严重阻碍了生产力发展,产业升级和结构调整成为一项长期的艰巨任务。而“3D打印”技术的产业化无疑为我国新型工业化建设和促进传统产业升级发挥十分重要的引领作用。
2、我国发展3D打印产业的重要战略意义
发展3D打印产业,可以在提升我国工业领域的产品开发水平的同时有助于攻克技术难关,并且易形成新的经济增长点,促进就业;可以提升我国工业领域的产品开发水平,提高工业设计能力;可以生产出复杂、特殊、个性化产品,有助于攻克技术难关;可以形成新的经济增长点,促进就业。
二、3D打印技术的发展历程及发展现状
(一)3D打印技术的发展历程
3D打印技术的历史并不长。1984年,查尔斯.赫尔研发了3D打印技术。1986年,该技术获得了专利,查尔斯.赫尔将其命名为立体光刻技术,并成立了3D Systems公司,开发了第一台商用3D打印机。
1987年,DTM公司(现在为BFGoodrich公司的附属公司)开发了选择性激光烧结(SLS)技术,并且进行了商业化应用。
1988年,3D Systems公司开发出SLA-2502设备,并向公众出售。同年,斯科特.克伦普研发了熔融沉积成型(FDM)技术,并于1989年成立了Stratasys公司。
1991年,Helisys公司售出了第一台分层实体制造(LOM)系统。
1992年,Stratasys公司售出了首批基于FDM的“三维建模”机器。同年,DTM公司售出了第一台SLS系统。
1993年,麻省理工学院获得了“三维打印技术”的专利,该技术类似于二维打印机中使用的喷墨印刷技术。
1995年,麻省理工学院研发了粉末层和喷头3D打印(3DP)技术,Z公司从麻省理工学院获得了独家使用“三维打印(3DP)技术”的授权,并在三维打印技术的基础上开发了3D打印机。
1996年,3D Systems公司推出“Actua 2100”快速成型机。同年Stratasys公司推出“Genisys”,Z公司推出“Z402”,第一次使用了“3D打印机”的称谓。
1997年,EOS公司将三维立体系统业务出售给3D Systems公司,但其仍然是欧洲最大的生产商。
2005年,Z公司推出“SpectrumZ510”。这是市场上第一台高精度彩色3D打印机。
2006年,RepRap开放源码项目启动,其目的是开发一种能进行自我复制的3D打印机。
2008年,第一个版本的RepRap机推出,它可以打印约50%的该机的自身部件。同年,Objet Geometries公司宣布推出革命性的“Connex500”快速成型系统,这是有史以来第一个能够同时使用几种不同材料的3D打印机。
此后,许多生产厂商纷纷推出各种型号的3D打印机。其中值得一提的是,2011年9月,维也纳科技大学推出了世界上最小的3D打印机,重量只有1.5公斤,报价约为1200欧元;2012
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年,MakerBot个人3D打印机投放市场,其借鉴了RepRap三维打印技术,价格合理,可家用,进一步促进了3D打印技术走进生活。(中国包装网,作者:小沈)
(二)3D打印技术国内外发展现状
1.国内情况
自20世纪90年代以来,国内多所高校开展了3D打印技术的自主研发。清华大学在现代成型学理论、分层实体制造、FDM工艺等方面都有一定的科研优势;华中科技大学在分层实体制造工艺方面有优势,并已推出了HRP系列成型机和成型材料;西安交通大学自主研制了三维打印机喷头,并开发了光固化成型系统及相应成型材料,成型精度达到0.2mm;中国科技大学自行研制了八喷头组合喷射装置,有望在微制造、光电器件领域得到应用。但总体而言,国内3D打印技术研发水平与国外相比还有较大差距。
近年来,国内如深圳维示泰克、南京紫金立德、北京殷华、江苏敦超等企业已实现了3D打印机的整机生产和销售,这些企业共同的特点是由海外归国团队建立,规模较小,产品技术与国外厂商同类产品相比尚处于低端。目前,国产3D打印机在打印精度、打印速度、打印尺寸和软件支持等方面还难以满足商用的需求,技术水平有待进一步提升。在服务领域,我国东部发达城市已普遍有企业应用进口3D打印设备开展了商业化的快速成型服务,其服务范围涉及到模具制作、样品制作、辅助设计、文物复原等多个领域。与内地相比,我国港台地区3D打印技术引入起步较早,应用更为广泛,但港台主要着重于技术应用,而非自主研发。
2.国外情况
经过十多年的探索和发展,3D打印技术有了长足的进步,目前已经能够在0.01mm的单层厚度上实现600dpi的精细分辨率。目前国际上较先进的产品可以实现每小时25mm厚度的垂直速率,并可实现24位色彩的彩色打印。
目前,在全球3D打印机行业,美国3D Systems和Stratasys两家公司的产品占据了绝大多数市场份额。此外,在此领域具有较强技术实力和特色的企业/研发团队还有美国的Fab Home和Shapeways、英国的Reprap等。
3D Systems公司是全世界最大的快速成型设备开发公司。于2011年11月收购了3D打印技术的最早发明者和最初专利拥有者Z Corporation公司之后,3D Systems奠定了在3D打印领域的龙头地位。Stratasys公司2010年与传统打印行业巨头惠普公司签订了OEM合作协议,生产HP品牌的3D打印机。继2011年5月收购Solidscape公司之后,Stratasys又于2012年4月与以色列著名3D打印系统提供商Objet宣布合并。当前,国际3D打印机制造业正处于迅速的兼并与整合过程中,行业巨头正在加速崛起。
目前在欧美发达国家,3D打印技术已经初步形成了成功的商用模式。如在消费电子业、航空业和汽车制造业等领域,3D打印技术可以以较低的成本、较高的效率生产小批量的定制部件,完成复杂而精细的造型。另外,3D打印技术获得应用的领域是个性化消费品产业。如纽约一家创意消费品公司Quirky通过在线征集用户的设计方案,以3D打印技术制成实物产品并通过电子市场销售,每年能够推出60种创新产品,年收入达到100万美元。 三、3D打印技术的局限性及需要突破的瓶颈
(一)3D打印技术的局限性
尽管3D打印技术近年来发展迅猛,但是其不得不面对一下几方面问题:
1.目前的3D打印不能制造电子系统的零件,这种局限性在信息时代里严重限制了3D打印的应用范围。因为芯片涉及不同种类的材料,不能同时喷不同种类的材料。
2.以目前的技术水平来看,3D打印对于制作大部分零件来说,耗能太大,效率太低,成本太高。因此,目前的3D打印,也就是打印模型、玩具还给力。
3.3D打印设备能让单一材质的产品一次成型,但不同材料的产品,目前仍做不到。材质
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的热性能不同,冷却速率不同,对于用到不同材料的产品来说,3D打印只能分开打印,先“打印”出各种形状的零部件,然后由人来做后加工和组装。热炒的所谓“打印汽车”、“打印枪支”,也只是打印各个零件。这就限制了3D打印在一般居民家中的普及。
4.3D打印的长项就是做形状复杂到难加工的部件。例如,中国正在努力研制和生产大飞机,其中需要一些难以通过普通方法加工的零件,激光3D打印就大显身手。但是,如果用来做不难加工的部件的话,效率明显低于传统机床。现代制造业中,绝大多数零件都是易加工的,可以标准化生产的,用机床可以每分钟做很多个出来,这比3D打印要快很多。
此外,在很多情况下,3D打印如果要达到符合要求的强度,成本过高。例如,用3D打印技术来制造汽车发动机,使用很贵的机器加很贵的材料,是能达到要求的强度的。但那样做的经济成本、时间成本都太高了。
卢秉恒教授认为,“3D打印技术不会对传统的车间、数字机床产生太大的冲击。3D打印技术在目前来看,最适合用于新产品的开发。而从制造角度来看,它并不是最合适的。现在大多数的3D打印技术精度还达不到传统制造的程度,也很难实现传统制造方式的大批量、低成本制造。”
(二)3D打印技术需要突破的瓶颈
1.价格因素:
大多数桌面级3D打印机的售价在2万元人民币左右,一些国内的仿制品价格可以低到6000元。但是据3D打印机代理商透露,国产的3D打印机虽然价格低,但质量很难保障。
2.原材料
3D打印不是一项高深艰难的技术。它与普通打印的区别就在于打印材料。
以色列的Object是掌握最多打印材料的公司。它已经可以使用14种基本材料并在此基础上混搭出107种材料,两种材料的混搭使用、上色也已经是现实。但是,这些材料种类与人们生活的大千世界里的材料相比,还相差甚远。不仅如此,这些材料的价格便宜的几百元一公斤,最贵的要四万元左右。
3.著名的3D打印悖论
3d打印是一层层来制作物品,如果想把物品制作的更精细,则需要每层厚度减小;如果想提高打印速度,则需要增加层厚,而这势必影响产品的精度质量。若生产同样精度的产品,同传统的大规模工业生产相比,没有成本上的优势,尤其是考虑到时间成本,规模成本之后。
4.整个行业没有标准,难以形成产业链
现在3d打印机生产商是百花齐放,如战国时代。 3D打印机缺乏标准,同一个3d模型给不同的打印机打印,所得到的结果是大不相同的。此外,打印原材料也缺乏标准,目前3d打印机厂商都想让消费者买自己提供的打印原料,这样他们能获取稳定的收入。这样做虽然可以理解,毕竟普通打印机也走这一模式,但3d打印机生产商所用的原料一致性太差,从形式到内容千差万别,这让材料生产商很难进入,研发成本和供货风险都很大,难以形成产业链。表面上是3D打印机捆绑了3D打印材料,事实上却是材料捆绑了打印机,非常不利于降低成本和抵抗风险。
5.意料之外的工序:3d打印前所需的准备工序,打印后的处理工序
很多人可能以为3d打印就是电脑上设计一个模型,不管多复杂的内面,结构,摁一下按钮,3d打印机就能打印一个成品。这个印象其实不正确。真正设计一个模型,特别是一个复杂的模型,需要大量的工程,结构方面的知识,需要精细的技巧,并根据具体情况进行调整。用塑料熔融打印来举例,如果在一个复杂部件内部没有设计合理的支撑,打印的结果很可能是会变形的。后期的工序也通常避免不了。媒体将3d打印描述成打印完毕就能直接使用的神器。可事实上制作完成后还需要一些后续工艺:或打磨,或烧结,或组装,或切割,这些过程通常需要大量的手工工作。
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这些方面制约着3D打印技术的发展,3D打印技术走向成熟还需要很长的一段路。
四、3D打印技术的未来
3D打印技术已经成为世界性的竞争,这种技术现在被英国或者美国一些学者认为是第三次工业革命,奥巴马为了让美国本土重新回到制造业的龙头地位,对3D打印技术用机器人技术委以重任。
尽管3D打印技术发展的道路困难重重,但是3D打印技术已经成功地将传统复杂的生产工艺简单化,将材料领域的疑难问题程序化,并开始渗透到我们生产、生活的方方面面。 过去工业化最大的成就就是通过机械化,实现了规模化大生产。而我们今天的3D打印技术则将规模化大生产可能演变为若干个体,打破集约化生产的传统模式。只要一台3D打印机,我们就可以在家里生产任何我们需要的东西,而且可以不断变化款式、样式。那么,未来某些领域我们的服务对象可能就变成自己,自己既是生产商,也是顾客。不过,按照社会分工将愈来愈细分的趋势,每个人还是会回到各自的工作体系中,干自己的事情。绝大多数产品还是由专业的厂家来完成,不过新的生产方式已经发生了重大改变,传统的生产制造业将面临一次长时间的“洗牌”。
有专家认为,未来我们的模具制造行业、机床行业、玩具行业、轻工产品行业或许都可能被淘汰出局,而取代他们的就是3D打印机。当然,这需要一个过程,主要是人们适应和接受新事物的过程,也有产业自身完善成长的过程。不过10年,20年是一个分水岭,一般新技术就会变得非常成熟起来,并被广泛应用。
由于我国没有完成工业化,传统的粗放式的工业发展模式已经严重阻碍了生产力发展,产业升级和结构调整成为一项长期的艰巨任务。而3D打印技术的产业化无疑为我国新型工业化建设和促进传统产业的升级将发挥十分重要的引领作用。
至于3D打印技术是否能够推动第三次工业革命并不重要,3D打印技术作为一次重大的技术革命,已经成为共识,我们应该予以重视。
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下面是经典歌词100句,朋友们可以享受下,不需要的朋友可以下载后编辑删除!!谢谢!!
林夕经典歌词
1、若只是喜欢,何必夸张成爱。——林
2、擦光所有火柴难令气氛像从前闪耀,至少感激当日陪着我开甜蜜的玩笑。——《失恋太少》
3、你是千堆雪我是长街,怕日出一到彼此瓦解。——《邮差》
4、谁能告诉我,要有多坚强,才敢念念不忘。——《当时的月亮》王菲
5、我愿意做你的老师,示范着执子之手如何解释,不愿为深奥的感情变白痴。——《诗人的情人》方大同
6、有一梦便造多一梦,直到死别都不觉任何阵痛,趁冲动能换到感动,这愉快黑洞苏醒以后谁亦会扑空。——《梦死醉生》张国荣
7、谁能改变人生的长度,谁知道永恒有多么恐怖,但现实往往比命运还残酷,只是没有人愿意认输。——《无间道》
8、似等了一百年忽已明白,即使再见面,成熟地表演,不如不见。——《不如不见》
9、在有生的瞬间能遇到你,竟花光所有运气。——《明年今日》
10、害怕悲剧重演我的命中命中,赹美丽的东西我赹不可碰。其实我再去爱惜你
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又有何用,难道这次我抱紧你未必落空?——《暗涌》
11、黑了倦眼都侧耳倾听,让我做只路过蜻蜓,留下能被怀念过程,虚耗着我这便宜生命。——《路过蜻蜓》张国荣
12、如除我以外在你心,还多出一个人,你瞒住我,我亦瞒住我,太合衬。原来我非不快乐,只我一人未发觉若无其事原来是最狠的报复。——《想哭》
13、闭起双眼我最挂念谁眼睛张开身边竟是谁。——《人来人往》
14、我想知如何用爱换取爱,如何赤足走过茫茫深海,赸乎奇迹以外。当赤道留住雪花,眼泪融掉细沙,你肯珍惜我吗?——《当这地球没有花》
15、那日我狂哭不止,曾经差一点想过死,多少艰辛不可告人,多少光阴都因为等。——《奇迹》
16、爱若难以放进手里,何不将这双手放进心里。——《人来人往》
17、剪影的你轮廓太好看,凝住眼泪才敢细看。——《约定》
18、但凡未得到,但凡是过去,总是最登对。——《似是故人来》
19、无论热恋中失恋中,都永进记住第一,,别要张开双眼。——《相爱很难》
20、得到,你的爱情,还要再得到你任性。一切,原是注定,因我跟你都任性。——《明知故犯》
21、悲哀是真的,泪是假的,本来没因果,一百年后没有你也没有我。——《百年孤寂》
22、感情寻找它的模特儿,衣朋挂在橱窗,有太多人适合,没有独一无二。——《香奈儿》
23、有生之年狭路相逢终不能幸免,手心忽然长出纠缠的曲线,懂事之前情动以后长不过一天,留不住算不出流年。——《流年》
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24、不要我的我不要,不爱我的我不爱,把灯关上连背影都不会存在。——《不爱我的我不爱》
25、我们拥有的,多不过付出的一切。——《不爱我的我不爱》
26、可能在我左右,你才追求,孤独的自由。——《红豆》
27、拿下了你这感情包袱戒者反而相信爱。——《邮差》
28、如能忘掉渴望,岁月长衣裳薄。——《再见二丁目》
29、不是爱不起,只是伤不起。——《伤不起》
30、就像蝴蝶飞不过沧海,没有谁忍心责怪。——《蝴蝶》
31、爱是没名字的歌,留给这世上没名字的你。——《没名字的歌,无名字的你》
32、过去都已经过期,何必要跟自己过不去,还过得去,就值得恭喜。——《还过得去》
33、做最爱做的我没什么不敢,才是最大的力量,梦想的现场,每个人头上都有光环。——《梦想》
34、只想追赶生命里一分一秒,原来多麽可笑,你是真正目标。——《追》
35、但愿我可以没成长,完全凭直觉觅对象。模糊地迷恋你一场,就像风雨下潮涨。——《有心人》
36、趁冲动,能换到感动,这幻觉不去用苏醒以后难道你会哭出笑容。——《梦死醉生》
37、哭,我为了感动谁。笑,又为了碰着谁。——《路过蜻蜓》
38、我就是我,是颜色不一样的烟火。——《我》
39、从前到以后,一夜间拥有,谁说这不算相恋到白头。——《红颜白发》
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40、天爱上地,不会完全凭运气。这刻春光明媚,差点不忍记起。——《奇迹》
41、你离开了,却散落四周。——《左右手》
42、你这样恨我,好不好过,温馨被单,都变成负荷。——《你这样恨我》
43、十年之后,我们是朊友,还可以问候;只是那种温柔,再也找不到拥抱的理由。——《十年》
44、不信眼泪,能令失乐的你爱下去。难收的覆水,将感情慢慢荡开去。如果你太累,及时地道别没有罪。牵手来,空手去就去。——《玱璃之情》
45、感情不必拿来慷慨。——《因为爱,所以爱》
46、谁貌似花美艳?是谁努力照亮半边天?但是情无独钟,贪心的你偏爱哪一边?——《情无独钟》
47、谁亦记得不能容他宠坏,不要对他倚赖,感情随他出卖,若你喜欢犹大。——《情,》 48、传说有一男一女同偕到白发之后才怀念刻骨铭心的旧友,回头陪着那合照,一块将余生渡过。——《一千零一个》 49、爱是一段一段一丝一丝的是非,叫有情人再不能够说再会。——《天下有情人》
50、不爱就不爱,难捱就不捱。——《如果你是李白》
1.但凡未得到,但凡是过去,总是最登对。《似是故人来》
——所以和你生活的那一个,永远是second best 。
2.无论热恋中失恋中,都永远记住第一戒,别要张开双眼。《相爱很难》 ——爱情就是盲目的。能使爱情长久的方法,便是找片树叶来遮住眼睛。
3.得到,你的爱情,还要再得到你任性。一切,原是注定,因我跟你都任性。《明知故犯》 ——难怪李宗盛要说爱情是精神鸦片 。
4.悲哀是真的,泪是假的,本来没因果,一百年后没有你也没有我。《百年孤寂》 ——既是如此,何必执着,
5.感情寻找它的模特儿,衣服挂在橱窗,有太多人适合,没有独一无二。《香奈儿》 ——这年头,哪有不二臣,(亦舒语)所以,没什么放不下的。
6.有生之年狭路相逢终不能幸免,手心忽然长出纠缠的曲线,懂事之前情动以后长不过一天,留不住算不出流年。《流年》
——爱情有时徒有虚名,不过是一场宿命。
7.不要我的我不要,不爱我的我不爱,把灯关上连背影都不会存在。《不爱我的我不爱》
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——唱的容易做的难,谁又真能如此洒脱,
8.我们拥有的,多不过付出的一切。
——爱情游戏中,永远只有十分之一的甜,剩下的十分之九,有苦,有涩,有酸,就是没有甜。
9.可能在我左右,你才追求,孤独的自由。《红豆》
——拥有的时候永远不懂珍惜,人类通病。
10.拿下了你这感情包袱或者反而相信爱。《邮差》
——拿开旧的奶酪,才能得到新的。所以,谁动了我的奶酪,并不要紧。 11.你喜欢不如我喜欢,你的不满成全我的美满。《你喜欢不如我喜欢》 ——这样爱,会容易得多。
12.就像蝴蝶飞不过沧海,没有谁忍心责怪。《蝴蝶》
——只要蝴蝶曾在沧海上飞过,就已足够,结果,永远没有过程重要。 13.不要迷信情变等于灯灭,不要含泪直到与他肯定再不相见,爱恨无须壮烈,不随便狂热。《情戒》
——感情,只是人生中的一小部分,不要为它死去活来,让人看低。
14.害怕悲剧重演,我的命中越美丽的东西我越不可碰。《暗涌》
——爱情虽然美丽,却是易碎玻璃。
15 不要虔诚直到懂得怎样去爱魔鬼,纪念留给下世,不对别人发誓 。《情戒》 ——要学会自己保护自己,也不要轻易对一段感情做出承诺,否则害人害己。 16.每个人都是单行道上的跳蚤,每个人皈依自己的宗教,每个人都在单行道上寻找,没有人相信其实不用找。《单行道》
——缘分可遇不可求。
17.有一梦便造多一梦,直到死别都不觉任何阵痛,趁冲动能换到感动,这愉快黑洞苏醒以后谁亦会扑空。 《梦死醉生》
——人生得意需尽欢,莫使金樽空对月。感情是一个道理,愉快那么快,何必等到互相伤害, 18.你这样恨我好不好过,温馨被单都变成负荷,当牧童害了绵羊难道觉得庆贺。《你这样恨我》 ——本是相爱的人到最后却只能互相伤害,这是爱情最可悲的地方。
19.你欣赏我因我本性不会改,别太认真认真怎可放开自在。《寂寞有害》 ——爱一个人不见得是要在他的名前冠上“我的”二字,换言之,爱不是占有,所以给他多一点空间,不要老想他按着自己的意愿改变 。
20.相亲相爱倒不如想入非非真真假假也无所谓。《想入非非》
——有时候,性比爱重要。但要小心像《蓝宇》那样由性进入爱,那可就违背你游戏人间的初衷了。
21.没有拥抱你只怕这个游戏代价不菲,没有爱上谁也该知道爱一个人好累。《想入非非》 ——所以准备爱的时候,一定要看看自己有没有这个能力。
22.从前和以后一夜间拥有,难道这不算相恋到白头 ,但愿会相信缠绵时分手,能令我减轻了内疚。《红颜白发》
——在爱到极至时分手,是最明智的选择。天长地久,只能让感情生锈。 23.夜晚会面白天道别,才没有弱点。《侧面》
——真正爱一个人,千万别只看他侧面。更不能不看他的缺点,否则这将成为感情最大的弱点。
24.你爱我爱不起,我怪你怪不起。《你爱我爱不起》
——感情有时候也要讲究门当户对,这是知心灵和心志上的门当户对,要知道,陈家洛是配
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不起霍青桐的。
25.我不完美,但你未见得很爱美。我想完美,难怪被你太早放弃。《你爱我爱不起》 ——追求完美,有时反而会让爱情更快破碎。
26.爱是一朵从天飘下来的雪花还没结果已经枯萎 ,爱是一滴擦不干烧不完的眼泪还没凝固已经成灰。《天下有情人》
——不是每一段情都一定会有结果。
27.爱是一段一段一丝一丝的是非,叫有情人再不能够说再会。《天下有情人》 ——这就是为什么不要随便发誓的原因,越脆弱的东西,变数就越多。 28.若是要细水可以变长流,就像等他长出铁锈无法再分手。《固定伴侣》 ——那又何苦,
29.别离原为战胜与光阴的竞赛,每把声音定会嘱咐要早出早回来,只是回头便知时代早不存在, 临别的激动和悲哀却可印证着爱。《早去早回》
——当你不能再拥有的时候,你唯一能做的,就是不要忘记。
30.彼此相爱也许更爱自己。《寂寞便找我》
——任何人最爱的都只是自己,所以永远不要对别人说:我最爱的人是你或最爱你的人是我。 31.传说有一男一女同偕到白发之后才怀念刻骨铭心的旧友,回头陪着那合照,一块将余生渡过。《一千零一个》
——早知今日,何必当初,
32.游荡只不过为逃避,期待只不过为回味,即使给我盛放的蔷薇,贪恋的只怕是那愉快的气味。《一枝花》
——难怪最美的爱情到最后也只是一堆泡沫。
33.谁亦记得不能容他宠坏,不要对他倚赖,感情随他出卖,若你喜欢犹大。《情戒》 ——人生要有原则和底线,不能为了他牺牲你的一切,子君离开涓生并不一定就要自杀,她还可以过好她的下半生,只要她不再对别人倚赖。
34.谁貌似花美艳,是谁努力照亮半边天,但是情无独钟,贪心的你偏爱哪一边,《情无独钟》 ——大部分的男人都喜欢天使的面孔,婴儿的大脑,所以女人永远不可能事业和爱情兼顾。 35.感情不必拿来慷慨。《因为爱,所以爱》
——不伤害爱你而你不爱的人的最好办法,就是告诉他你不爱他,感情是给你想爱的人的,不像金钱,只要够慷慨,便能救助他人。
36.你是我的红药水,他只是杯黑咖啡。你会问我累不累,他却让我不能睡。 《女朋友的男朋友》
——所以,千万不要抢女朋友的男朋友。
37.不爱就不爱,难捱就不捱。《如果你是李白》
——分手要干脆。
38.为这为那,谈情为了享受,为你为我,为何为他忍受,《情戒》
——如果你对他的感觉有了忍受,那这段情便可以断了。
39.原来过得很快乐,原来我并不快乐,只我一人未发觉。《再见二丁目》 ——难道非要两个人才能发觉,
40.不信眼泪,能令失乐的你爱下去。难收的覆水,将感情慢慢荡开去。如果你太累,及时地道别没有罪。牵手来,空手去就去。《玻璃之情》
——如果你真爱他,他想走的时候,就让他走,即使,可悲……
41.如果我换过别的衣裳,你对我会不会一样;如果你换过别的脸庞,我对你有没有新的欲望;如果我换过别的衣裳,你对我就不会遗忘;如果你躺在她的身旁,你对我会不会说个谎,—
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《懒洋洋》歌手:齐豫 专辑:骆驼.飞鸟.鱼
——爱过经年,懒洋洋,还有没有机会,重燃激情的希望。
42.十年之后,我们是朋友,还可以问候;只是那种温柔,再也找不到拥抱的理由。—《十年》歌手:陈奕迅 专辑:黑.白.灰
——情人变成朋友的滋味,不试试,别人说也不对味。
43.如是我闻,仰慕比暗恋还苦……难道爱比恨更难宽恕。—《宽恕》电视剧《天龙八部》 ——爱的箴言,比偈还难解。
44.多年后想起今天值得不值得—《打错了》王菲2001同名专辑
——这话简单的要死,可惜多年以前的时候都不肯相信。
45.你很爱我,你只爱我,听得不好意思寂寞。—《感情生活》歌手:王菲 专辑:唱游 ——因为爱了而不再寂寞,还是爱过才会懂得何谓寂寞。
46.最后一首:彼岸花
看见的 熄灭了 消失的 记住了 我站在海角天涯 听见土壤萌芽 等待昙花再开 把芬芳留给年华 彼岸没有灯塔 我依然 张望着 天黑 刷白了头发 紧握着 我火把 他来 我对自己说 我不害怕 我很爱他
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范文三:3D打印文献综述
3D打印文献综述
摘要:3D打印是一种快速成形技术,它以数字模型文件为基础,通过逐层打印的方式来构造物体。3D打印技术,涉及信息技术、材料科学、精密机械等多个方面,该技术已逐步投入到工业应用。本文从文献研究入手,介绍3D打印机的原理和技术,几种常见的3D打印方法以及在各领域的应用和出现的产品;最后讨论了目前3D打印应用的前景、优势和不足。
关键词:3D打印;3D打印原理;3D打印种类;3D打印应用
一、3D打印
3D打印(3D printing)是快速成型技术的一种,也称为增材制造技术,它是一种以数字模型文件为基础,运用粉末状金属或塑料等可粘合材料,通过逐层打印的方式来构造物体的技术,被称为“具有工业革命意义的制造技术”。快速成型技术诞生于20世纪80年代后期,是基于材料堆积法的一种高新制造技术。3D打印技术被认为是“第三次工业革命的重要生产工具”,早在20世纪90年代中期就已出现,但由于价格昂贵,技术不成熟,早期并没有得到推广普及。经过20多年的发展,该技术已更加娴熟、精确,且价格有所降低。
二、3D打印原理和过程
“3D打印”的原理和喷墨打印机类似,打印机内装有液体或粉末等“打印材料”,与电脑连接后,通过电脑控制采用分层加工,叠加成型的方式来“造型”,会将设计产品分为若干薄层,每次用原材料生成一个薄层,每一层的打印过程分为两步,首先在需要成型的区域洒一层特殊胶水,胶水液滴本身很小,且不易扩散,然后是喷洒一层均匀的粉末。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,加工过程仅需确定所需塑料、树脂、金属等物料,材料耗费仅相当于传统制造的十分之一,而误差可轻易控制到0.1mm之内。3D打印是一种直接数字化制造技术,是利用光固化和纸层叠等技术的快速成型装置。它无需生产线,亦可制造那些常规方法无法生产的奇形怪状的零件。
3D打印主要分为四个步骤:建模、切片、打印和后处理。
各步骤简要介绍如下:
, 三维建模
通过Pro/E或其他三维绘图软件建立该零部件实体模型,保存成相应的格式,以便导入到打印机中。通常设计软件和打印机之间协作的标准文件格式是STL文件格式。
2、切片
由于描述方式的差异,3D打印机并不能直接操作3D模型。当3D模型输入到电脑中以后,需要通过打印机配备的专业软件来进一步处理,即将模型切分成一层层的薄片,每个薄片的厚度由喷涂材料的属性和打印机的规格决定。 3、打印
由打印机将打印耗材逐层喷涂或熔结到二维空间中,先喷一层胶水,然后在上面撒一层粉末,如此反复;或是通过高能激光融化合金材料,一层一层地熔结成模型。
4、后期处理
模型打印完成后一般都会有毛刺或是粗糙的截面。这时需要对模型进行后期加工,如固化处理、剥离、修整、上色等等,才能最终完成所需要的模型的制作。 三、3D打印材料
在3D打印领域,材料是技术的核心之一,可以使用很多种材料,如陶瓷、钢化玻璃、石膏、无机粉料、ABS塑料、PLA(聚乳酸尼龙、玻璃填充聚胺、光固化材料、银、钛、钢、蜡、干膜和聚碳酸脂等。目前打印出来的材料以ABS(热塑料)和树脂为主,材质在机器内 “熔化”,通过不同比例的材料混合,可以产生出将近120种软硬不同的新材料。
1.工程塑料:指被用做工业零件或外壳材料的工业用塑料,是强度、耐冲击性、耐热性、硬度及抗老化性均优的塑料。
?PC材料,是真正的热塑性材料,具备工程塑料的所有特性。高强度,耐高温,抗冲击,抗弯曲,可以作为最终零部件使用,应用于交通工具及家电行业。 ? PC-ISO材料,是一种通过医学卫生认证的热塑性材料,广泛应用于药品及医疗器械行业,可以用于手术模拟,颅骨修复,牙科等专业领域。
?PC-ABS材料,是一种应用最广泛的热塑性工程塑料,应用于汽车,家电及通信行业。
2.光敏树脂:即是UV树脂,由聚合物单体与预聚体组成,其中加有光(紫外光)引发剂(或称为光敏剂)。在一定波长的紫外光(250-300纳米)照射下立刻引起聚合反应完成固化。一般为液态,一般用于制作高强度、耐高温、防水等的材料。 ?Somos 19120材料为粉红色材质,铸造专用材料。成型后直接代替精密铸造的蜡膜原型,避免开模具的风险,能缩短周期。 拥有低留灰烬和高精度等特点。 ? Somos 11122材料为半透明材质,类ABS材料。抛光后能做到近似透明的艺术效果。此种材料广泛用于医学研究、工艺品制作和工业设计等行业。 ?Somos Next材料为白色材质,类PC新材料,材料韧性较好,精度和表面质量更佳,制作的部件拥有最先进的刚性和韧性结合。
另外3D打印常用材料有尼龙玻纤、耐用性尼龙材料、石膏材料、铝材料、钛合金、不锈钢、镀银、镀金、橡胶类材料。
四、3D打印技术
3D打印的技术主要包括SLA、FDM、SLS、LOM等工艺,简要介绍如下: 1.SLA技术
S
LA是“Stereo lithography Appearance”的缩写,即立体光固化成型法。SLA是最早实用化的3D打印技术,采用液态光敏树脂原料。
其工作原理是,通过CAD设计出三维模型,利用离散程序将模型进行切片处理,设计扫描路径,产生的数据将精确控制激光扫描器和升降台的运动;激光光束通过数控装置控制的扫描器,按设计的扫描路径,照射到液态光敏树脂表面,使表面特定区域内的一层树脂固化,加工完毕就生成零件的一个截面;然后升降台下降一定距离,固化层上覆盖另一层液态树脂,再进行第二层扫描,第二层牢固地粘结在前一层上,这样一层层叠加而成三维工件原型。将原型从树脂中取出后,进行最终固化,再经打光、电镀、喷漆或着色处理即得到要求的产品。
2.LOM技术
LOM是“Laminated Object Manufacturing”的缩写,即分层实体制造法,又称层叠法成形。箔材叠层实体制作是根据三维CAD 模型每个截面的轮廓线,在计算机控制下,发出控制激光切割系统的指令,使切割头作X 和Y 方向的移动。供料机构将地面涂有热溶胶的箔材(如涂覆纸、涂覆陶瓷箔、金属箔、塑料箔材)一段段的送至工作台的上方。激光切割系统按照计算机提取的横截面轮廓用二氧化碳光束对箔材沿轮廓线将工作台上的箔材割出轮廓线,并将无轮廓区切割成小碎片。然后,由热压机构将一层层箔材压紧并粘合在一起。可升降工作台支撑正在成型的工件,并在每层成型之后,降低一个层厚,以便送进、粘合和切割新的一层箔材。最后形成由许多小废
料块包围的三维原型零件。取出并将多余的废料小块剔除,最终获得三维产品。
3.SLS技术
SLS是“Selective Laser Sintering”的缩写,即选择性激光烧结。SLS打印机工作面由粉末缸和成型缸组成,粉末缸活塞(送粉活塞)上升,由铺粉辊将粉末在成型缸活塞(工作活塞)上均匀铺上一层,计算机根据原型的切片模型控制激光束的二维扫描轨迹,有选择地烧结固体粉末材料以形成零件的一个层面。粉末完成一层后,工作活塞下降一个层厚,铺粉系统铺上新粉。控制激光束再扫描烧结新层。如此循环往复,层层叠加,直到三维零件成型。最后将未烧结的粉末回收到粉末缸,并取出成型件。在烧结之前,整个工作台被加热至一定温度,可减少成型中的热变形,并利于层与层之间的结合。
4.FDM技术
FDM是“Fused Deposition Modeling”的缩写,即熔积成型法,是一种将各种丝材(如工程塑料ABS、聚碳酸酯PC 等)加热熔化进而堆积成型方法。FDM工作原理是:加热喷头在计算机的控制下,根据产品零件的截面轮廓信息,作X-Y 平面运动,热塑性丝状材料由供丝机构送至热熔喷头,在喷头中加热和熔化成半液态,然后被挤压出来,有选择性的涂覆在工作台上,快速冷却后形成一层大约0.127mm 厚的薄片轮廓。一层截面成型完成后工作台下降一定高度,再进行下一层的熔覆,好像一层层"画出"截面轮廓,如此循环,最终形成三维产品零件。
五、3D打印的应用领域
近年来,3D打印技术发展迅速,在各领域都取得了长足发展,已成为现代模型、模具和零部件制造的有效手段,在航空航天、汽车摩托车、家电、生物医学等领域得到了一定应用,在工程和教学研究等领域也占有独特地位。具体应用领域包括: 1、机械制造:3D打印技术制造飞机零件、自行车、步枪、赛车零件等。 2、医疗行业:在医学领域,借助3D打印制作假牙,股骨头、膝盖等骨关节技术应用也非常广,技术越来越成熟。
3、建筑行业:工程师和设计师们已经接受了用3D打印机打印的建筑模型,这种方法快速、成本低、环保,同时制作精美,完全合乎设计者的要求,同时又能节省大量材料。
4、汽车制造行业:用3D打印技术为汽车公司制造 自动变速箱的壳体。汽车公司会对变速箱进行各种极端状况下的测试,其中一些零件就是用3D打印方法做的。定型了以后,再开模具,然后按照传统制造方法批量生产,这样成本就会大大降低。 5、教育:可应用于模型验证科学假设,用于不同学科实验、教学。在北美的一些中学、普通高校和军事院校,3D打印机已经被用于教学和科研。 6、消费品:可应用于珠宝、服饰、鞋类、玩具、创意DIY作品的设计和制造。 7、文化创意和数码娱乐:可作为形状和结构复杂、材料特殊的艺术表达载体。科幻类电影《阿凡达》运用3D打印技术塑造了部分角色和道具,3D打印技术制造的小提琴接近了手工艺的水平。
最新产品
在3D打印技术日渐成熟的趋势下,越来越来多的科学家和工程研究人员,甚至于建筑设计师等都致力于3D打印技术新产品的开发,以下举几个例子来具体说明3D打印技术的高速发展。
图1. 3D打印机打印出的无人飞机 图2. 3D打印建筑”D-Shape”
航模飞机:在2012年,美国弗吉尼亚大学工程系的研究人员采用最新的3D打印技术制造了一架无人飞机,机翼宽6.5英尺(约合1.9米),巡航时速达到45英里(约合
72千米)。2012年8月和9月初,研究小组在弗吉尼亚州米尔顿机场附近进行了4次飞行测试,这是迄今第三架用于建造飞行的3D打印飞机,巡航速度可达到45英里/小时。
3D打印建筑:意大利发明家Enrico Dini设计出来的“D-Shape”,可以使用砂砾层、无机粘结剂打印出一幢两层小楼。尽管如此强大,让它打印一座庞大的建筑也太难了,Dini因此建议只用它打印整体结构,外部则使用钢纤维混凝土来填充。
图3. 世界首款3D打印汽车
3D打印汽车:世界上第一款3D打印汽车面世,这次不是玩具,而是真正能开上马路的汽车。据《连线》杂志报道,Urbee 2是一款三轮的混合动力汽车,它的所有零部件都是3D打印出来的。正如Makerbot和Form 1正在重新定义制造业,Urbee正在致力于改变我们制造汽车的方式。
当然,还有例如骨骼3D打印技术、3D打印心脏、3D打印房屋、3D打印珠宝等等新产品的不断出现,标示着3D打印技术在各行业的快速发展。
六、心得体会
3D打印技术代表制造业发展新趋势,它和其他一些数字化生产模式的涌现,将推动实现第三次工业革命。随着生产速度和质量的不断提升以及打印装置和材料的改进,将会有越来越多的3D打印新产品不断出现。3D打印可以完成很多在现在看起来匪夷所思的事,从某种角度来说,很多想象的到的东西,都可以通过3D打印直接得到。在未来3D打印还有可能走进千家万户,融入到我们的生活中,像电脑一样普及。
参考文献
, 孙晓林. 3D打印技术的应用[J].[2013-07-13].
, 刘红光,杨倩,刘桂锋,刘琼. 国内外3D打印快速成型技术的专利情报分析.[J][2013-06]
, 李青.3D打印—一种新兴的学习技术.[C][2013-05-15]
, 王忠宏,李扬帆,张曼茵.中国3D打印产业的现状及发展思路.[J][2013-01-04]
范文四:3d打印
3D 打印
1、刚刚入门的 3D 打印爱好者常常要问的一个问题就是:ABS 与 PLA 相比,哪种材料更好 用。而答案就在于认识这 两种材料特性的差异,了解哪些产品更适合用于什么样的情况。
ABS 材料 ABS (原名为丙烯腈 -丁二烯 -苯乙烯共聚物)是家用熔融沉积(FDM )式线材的 老祖宗。
温度 这种材料的打印温度为 210~240℃ ;加热板的温度为 80℃ 以上;玻璃转化温度(这种 塑料开始软化的温度)为 105℃ 。
打印性能 材料的性质方面,从热端的角度来看, ABS 塑料相当容易打印。无论用什么样的 挤出机,都会滑顺地挤出材 料,不必担心堵塞或凝固。然而挤完后的步骤却有点困难。这 种材料具有遇冷收缩的特性,会从加热板上局部 脱落、悬空,造成问题。另外,要是打印 的物体高度很高,有时还会整层剥离。因此, ABS 打印不能少了加热 板。此外,我还建议 大家使用密闭式的打印机, 至少也别在室温太低的房间打印, 促使材料冷却, 导致收缩。 ABS 能打印得非常快, 还能设定仪器大幅增加回抽的速度。 由于抽丝的毛病很罕见, 因此通常只 要稍微回抽一 下就够了。
ABS 弹性十足,适合做成穿戴用品。
强度 只要以适当的温度打印,让层层材料牢牢黏住, ABS 的强度就会变得相当高。 ABS 具 有柔软性,即使承受压力 也只会弯曲,不会折断。
ABS 具有柔软性,最适合做成手镯。
气味 ABS 最大的缺点是打印时会产生强烈的气味。虽然许多人不介意这一点,但也有人在 通风不良的房间打印 ABS 线材后会不舒服。无论是什么样的材料,都建议在通风好的房间 里打印。尤其是使用 ABS 时更是如此。 “ 不知道,就闻味道! ” 这是 1930年代 3D 打印机 技术人员的格言 —— 好吧,这话其实是我刚才编造出来的。
适用场景 ABS 适合制作可能会掉落、使用于高温环境下、或是以粗鲁的方式使用的物品。 比如刀柄、车用手机架、手机 保护壳、玩具、结婚戒指(我指的是黑色 ABS 制品) 。总之, 几乎所有的东西都适用。
ABS 能够承受车内的高温,具备手机保护壳所需要的坚固。
不适用场景 这种材料的缺点在于没有加热板的打印机无法打印。假如要在没有挡风和抗温 装备的状态下列印大型物体,就 必须小心别让材料整层剥落及破损。另外,房间通风不良 时也最好别用 ABS ,因为气味会让人不舒服。
PLA 材料 PLA (通常指聚乳酸) ,这种材料为生物分解性塑料,打印时气味就像糖果一样。 假如这还不足以吸引你,敬 请继续看下去。
温度 这种材料的打印温度为 180~200℃ 。尽管加热板非必备品,但我还是建议大家在 60℃
时使用这项配 备。 PLA 的玻璃转化温度也是这种材料最大的缺点,仅有 60℃ 左右(这具有 科学上的价值) , 因此用途有限, 不适合做车子的排档头。 假如喜欢握着小熊软糖就另当别 论,但其实这不是个好主意。
打印性能 PLA 几乎与 ABS 完全相反, 经常会堵塞热端 (尤其是全金属制的热端更是如此) 。 这是因为 PLA 熔化后容易附着 和延展。但这并不代表 PLA 不适合打印。只要在装设轴承 时,滴一滴油到热端上,就能滑顺不堵塞,长时间在 甘甜的香气中打印。 PLA 真正有趣 的地方,就要数放在打印板上的时候了。这种材料几乎不会收缩,即使是开放式的打印机, 也能 打印巨大的物体,不必担心成品从板子上悬空、歪斜或破损。这种材料正好适合实地 在公共场所做 3D 打印。 这种材料也有宜人的气味。
PLA 也能用在室外项目上而不会出问题。
强度 虽然 PLA 也能打印出强度相当高的物体, 却比其他塑料稍微脆弱一点。 要是掉落或撞 到东西时, 多半会产生缺 口或破损, 而不会弹回来。薄的地方容易在弯曲前折断。 只要打 印得当,每一层材料就会黏得相当牢固。
气味 我不建议大家故意吸入 PLA 散发出来的气味, 但若你碰巧闻到这种材料的味道时, 想 必会觉得很惊喜。每当用 PLA 打印的日子里,我的办公室都会洋溢好闻的味道,搞得肚子 都饿了。气味虽然微弱,却很宜人。
适用场景 我建议大家能用时随时都可以用。 PLA 为生物分解性塑料,既能回收,也会腐朽 消失,适合制作盒子、礼物、 模型和原型的零件。对了,这也可以用在室外专题上。虽然 PLA 号称会生物分解,但若不加热就不会分解,还 具有耐水性。
PLA 也具有美丽的透明感。
不适用场景 PLA 不适合放进 60℃ 以上的东西里,这样的温度会让材料变形。此外,这种材 料质地脆弱,不能用来制造工具 的手把或会多次掉落的零件。再者, PLA 只要稍微弯曲就 会折断,不适合做成薄的东西。
结论
ABS 和 PLA 两者都有适合的用途, 总之学着怎么用就对了。 我会因为 PLA 是生物分解性材 料而尽量使用它。 这种 材料打印起来很轻松, 气味也宜人。 然而要是追求耐撞和耐热的话, 最好还是选择 ABS 。
3D 打印的耗材与普通塑料加工的粒料的几点区别? 对于之前有网友提出, 3D 打印的耗材 与普通塑料加工的粒料有什么区别,这个问题总算有了答案 ~~首先我这里 讲的是挤出的耗 材,大部分是与 PLA 为主,而安先生的挤出条也是与 PLA 为主,有少量的 ABS ,但是作为 样品打 印他都使用 PLA 耗材,左图是 PLA 耗材,颜色是红色,右图是看到的是卷筒,用 来把挤出条按卷收好,一般是普 通塑料注塑成型的;
图中的是 PLA 挤出 3D 耗材,耗材是一卷一卷的,价格是按照一公斤一公斤的计算, PLA 或者 ABS 的挤出条,价格 在 100~1000都有,国外进口的比较贵;那么普通的注塑级别的 PLA 与这个 3D 打印耗材的有什么区别呢?请看看 打印的过程:
,挤出条(耗材条)不断的从后面卷筒中抽
打印的时候,卷筒在后面(特地拍了这张图,给大家说明下)
出; 3D 打印都是细微的点累积成面,面累积成体,那么点的质量,决定了一个面的质量, 面的质量决定了整个 制品的质量!
1:那么挤出条的粗细精确度决定了点的精确度,所以生产耗材的厂家一定要严格控制耗材 的精度,要非常的精 确; 2:不能有气泡,有了气泡,冷却成型的面,必然会发生收缩变 形(收缩量不一致) ,导致翘曲;安先生 说:“ 有时候客户说打印机不行,其实是客户的材 料不行导致,但是客户不明白,就不好解释了; ” , 3:不能拉丝,材料如果在打印的过程 中拉丝了,产品外观,以及对后续的打印堆积会有影响;
Thingiverse 网站
在目前,家用 3D 打印机只能使用塑料。 即使是顶级的产品也只有 2-3种喷嘴,来打印出 不同样式和颜色的塑料。 这也就是说你的打印物品将会具备一定 的灵活性, 但算不上复杂。 虽然惠普已经表示会在明年进军 3D 打印市场,并打算把整体价格拉低,但在目前, 市场 上也已经有一些不错的选择了。
如果你打算成为先行者, 那么将会错失的机会之一就是打印金属的能力。 目前, 只有劳斯莱 斯开始测试为自己 的飞机引擎打印 3D 部件, 但效果不错。 就在最近, 世界首支 3D 打印的 手枪也被制成。这种工艺名为 DMLS ,能 够有效地使用激光将金属粉末加热成型。
美国 Local Motors公司与辛辛那提股份有限公司(Cincinnati Incorporated) 、橡树岭国家实 验室(Oak Ridge National Laboratory)以及 SABIC 通力合作,携手 研发了大尺寸 3D 打印 技术的技术和材料。
Local Motors首席执行官 John B. Rogers, Jr.表示:“ 在研发生产世界首款 3D 打印汽车的项目 中, SABIC 毫无疑问 地成为我们的合作伙伴。 SABIC 不负期望, 迅速而可靠地为我们带来 了最适合生产的创新材料。 ”
3D 打印汽车运用了 SABIC 的 LNP STAT-KON 碳纤维增强复合材料,其拥有出色的强度重 量比和高刚度,可最大 程度地降低 3D 打印过程中的扭曲变形,增强设计美感,强化运行 性能。此外, SABIC 在新兴技术领域的专业 性,包括材料选择和验证、设备的规格和加工 等,对整个开发过程也起到了极大帮助。
辛辛那提股份有限公司首席执行官 Andrew Jamison 表示:“ 我们在项目启动初期便邀请了 SABIC 的加入,他们在 先进加工技术和材料验证上的丰富经验是项目成功的关键因素。在 此次展会上,人们能够亲睹增材制造的未来 以及行业的颠覆性转型。运用我们的大尺寸增 材制造 (BAAM)机器加工 SABIC 材料并打印聚合物组件,其速度不 仅比现有的增材制造机 器快 200-500倍,制造出的零部件的尺寸同时也大了 10倍。 ”
SABIC 创新塑料事业部美洲营销主管 TonyCerruti 认为:“SABIC 的创新材料和加工知识, 融合先进增材制造技 术,有助于解决我们客户当前所面临的制造业挑战,即创新成本过高 的难题。 我们相信, 这一技术在 SABIC 所 服务的多个行业的应用中都有深远发展潜力, 工 业设计将更快市场化,实现大规模定制。 ”
范文五:3d打印DIY
一
既不是传统意义上的机械工程师, 也不是电子工程师, 机电控制是个吸引我又颇有难度的事 情。然而 3D 打印技术却能让每个人都可以去尝试、去制作、去分享。面对这个号称是“第 三次工业革命” , 有可能改变整个制造加工业概念的新技术, 我充满了好奇和去了解它的渴 望。 非常幸运的是, 我正生活在这个最容易接触到前沿科技的国家, 我也拥有足够的知识背 景和经济基础,去真正实现一次自己的爱好。
2004年起加速发展的个人 3D 打印机行业,出现了大量优秀的创业者和投资者。这 些新企业加上科研院校里精英们的努力,让该技术日渐成熟,成本逐渐降低。个人 3D 打印 机从几年前的几万美元开始, 下降到现在普遍在几千美元甚至低至 400美元的价位, 好像已 经有可能真正涉足家庭环境了。 想象 1975年左右个人 PC 的开始普及, 这难道不是一件让人 兴奋的现象嘛?也许一个新的时代已经到来,而且就在我们身边!
开源的 RepRap.org 社区,引领我相对轻松的进入这个领域。但我还称不上是一个 宣扬者和推广者, 最多是一个积极的学生和入门者。 我还没攒够足够的知识和经验, 来推动 它的进步和改善。但相信我也可以尽自己的一份力量,引发更多的人(特别是国人)对 3D 打印的兴趣。因此我将在此个人博客上记录一切有关制造我的个人 3D 打印机的内容,分享 经验, 重要的是作为一个信息收集和归纳的地方。 当然如果能遇到有相同爱好的是再好不过 了。
我选择了 RepRap 开源设计里最成熟的机型 Prusa Mendel (上图左),这是 RepRap 推荐初学者入门的两个机型之一,另一个是更加紧凑小巧一点的 Huxley (上图右)。它俩 从结构上来说很类似, 但我之前一直在犹豫要不要节省点空间, Prusa 大概 45cm 见方, Huxley 是 28cm (很适合我那不算大的电脑桌)。但是最终让我敲定 Prusa 的有这么几个原因:?Prusa 更加成熟,现在已经发展到第二代,网上有很多文档和资料,各种机友经验 总结,资源相对比较容易找——无论是想买别人已经安装好的机型,还是购买组装套 餐自己装配,还是从 0开始一件件零部件搜集的完全式 DIY ——都是可行的方案。而 Huxley 目前还只能是从 RepRap 创始者英国 Bath 大学的 Adrian Bowler的公司
(RepRapPro Ltd.)里买组装套餐。我个人比较喜欢 DIY ,制造机器的过程比得到一部 机器本身更加重要, Huxley 少了这些乐趣。
?打印尺寸上 Prusa 可以做到常规的 8英寸见方,换成公制是 20公分左右。 Huxley 就小了点, 只有 14公分。 虽然目前我还不清楚我将来会打印多大的东西, 但?? bigger is better,老美就喜欢越大的越好。
?价格上 Huxley 不占优势,主要原因还是没法 DIY 。以上三种制作方案成本是逐渐降 低的, 一套 Huxley 组装套餐在 RepRapPro 公司主页上要卖 669美刀 (含运费) 。 而 Prusa 采用完全 DIY 的方式的话,基本可以控制在 600美刀之内(当然也要看采购产品的质 量及性能要求)。这样一来 Huxley 就只有占地面积小这一个优势了。
这两天已经开始在网上各处采购零部件了, 对一个新手来说算是件挺复杂也有意思 的事情。 后面会将选购各部件的心得体会及费用明细也记录下来。 虽然我也喜欢尽量便宜的
东西, 但也愿意为更好更稳定的性能多付出一些。 我想整个项目可能需要耗时半年以上, 不 过很兴奋,它对我来说是个很有意义的爱好,涉及机械、电子控制、微处理器、 3D 建模, 全是我从小就感兴趣的。也多亏我家 LD 在经济上和感情上的支持,让我有可能去实现一些 小小的理想。
二
可能昨天的博文写的太快太直接,连一些最基本的常识都没有提及,例如 3D 打印机到底是 什么?它能做什么?我自己明了但未必每个读我博客的人都清楚。长篇大论就没有必要了, 简单来说 3D 打印机能将电脑中的 3D 模型用加热过的打印原料按照层叠的方式堆砌出来。 家 用的打印原料主要是塑料,工业上也有金属等其他材料。所谓“层叠”的“堆砌”,就是从 平面的二维开始, 逐渐往上一层一层的堆成三维。 有点理工科背景的都不难理解, 其实现起 来无非是 X,Y,Z 三个轴的动作控制和对打印原料的加热和挤出控制。 与传统的制造加工业多 用切割削这种做减法的方式不同, 3D 打印是做“堆砌”这样的加法,更加经济、精确和易 于加工。
RepRap 代表了一种可以自我复制的 3D 打印开源方案, 一台 RepRap 的 3D 打印机上 的塑料零件,都是由另一台 RepRap 打印出来的。而这种自我复制是完全开源,即免费的, 没有任何版权的限制。 开源也意味着任何人都可以对它进行修改和提高。 市面上已经出现了 很多 3D 打印机, 大部分是商业化的非开源的产品, 而 RepRap 基本上是唯一的最有影响力的 低成本的开源方案。 以下引用 RepRap 主页上的一幅用户分布图, “你使用过哪一种 3D 打印 机?”
基于 RepRap 体系的 3D 打印机机型有很多,除了上篇博文里提到的 Prusa Mendel和 Huxley 以外,还有一些更早期的或者功能更新更好的机型,在 RepRap Wiki社区里都有 介绍。因为我选择的项目是 Prusa Mendel ,所以只会以它为例进行说明,所有 RepRap 机型 的原理都是大同小异的, 可能在一些部件选择、 附加功能上有差异, 但不影响我们对它主要 功能的理解和学习。
OK ,终于到 Prusa Mendel了。 Prusa Mendel是基于早期 Mendel 机型的一个改进, 而 Mendel 则是 RepRap 社区里出现的第二款成熟的桌面 3D 打印机。 Prusa Mendel 本身又已 经经历了两代设计(第三代已经在开发中), Iteration 1第一代被称作是 3D 打印机历史
上的福特 Mode T ——福特汽车历史上最著名和销量最广泛的车型。 Iteration 2第二代在前 代基础上做了一些细微的改进和优化,具体可参考 RepRap wiki。
它是怎么工作的?像我前面简单说过, 3D 打印机将塑料加热后通过挤出的方式一 层一层的堆砌,最后形成一个物体。 Prusa 本身有一个框架和三根轴:X 轴左右移动, Y 轴 前后移动, Z 轴上下移动。挤出喷头 extruder 安装在 X 轴上的支架上,融化并挤出塑料填 料。挤出喷头下面的部分叫做热端 hotend ,其有加热模块(电阻或者镍铬电热丝)和一个 通常孔径小于 1mm 的喷嘴。 3D 打印机的电路部分控制三根轴的运动,确保挤出喷头能在准 确的位置将塑料堆砌到打印件上。
3D 打印机通常由安装了建模软件的电脑直接控制。在软件中调入 SOLID 模型(即 STL 文件)并转化为 G 代码,然后 G 代码由 USB 接口传送到打印机的电路部分,告诉打印机 应该怎么控制三根轴的移动。有些控制电路可以允许使用 SD 卡来存储这些 G 代码,这样 3D 打印机就可以脱离电脑工作。
在下一篇博文具体介绍装配 Prusa Mendel所需的一些关键部件之前,我想先在这 里大致列下部件列表。我的这台打印机由哪些东西组成。
?所有的打印件,即塑料零件
?金属框架(由螺纹杆、螺钉、螺帽、垫圈等组成)
?移动轴(由光杆、轴承、传动皮带、滑轮组等组成)
?挤出喷头(由打印塑料件、螺钉、螺帽、弹簧、热端 Hotend 组成)
?打印床板包括加热床板
?5个 Nema 17步进电机
?电路部分(包括 Ramps1.4主控电路板、 4个 Pololu A4988步进电机驱动板、 3个停 止位开关、挤出喷头加热控制及温度感应、加热床板控制电路、可选的 SD 卡读卡器电 路)
?电脑机箱 ATX 电源
?最重要的是耗材——塑料填料(3mm 塑料线, ABS 或 PLA )
貌似差不多了吧, 毕竟我还没有开始组装的过程, 不可避免的也许会有遗漏。 希望 将来动手实践过以后可以逐步的完善这个清单。 后面我会结合自己的采购经历, 细化每一项 里面需要各零件的具体数目,也许可以帮助国内的同好者在国内采购。
三
没想到这么快就收到了我订购的所有塑料打印件,从一个 ebay 卖家那里买的。这是一个所 有塑料打印件加 12个 LM8UU 线性轴承和 6个 608ZZ 滚动轴承的套装,一共耗费我 90美刀, 免运费。 一般不带轴承的套装在 ebay 上的售价是 60到 70美刀, 但轴承单买也要 30多刀了。 所以这个套装还是比较方便的, 免去了我自己去找轴承的麻烦, 这两个型号因为是公制所以 在美国不太容易买到 (挺多零件都是公制的, 在美国很头疼啊) 。 郁闷的是卖家发货太匆忙, 把塑料打印件中的一个 Y 轴支架给弄错了, 多给了我一个皮带夹螺母支架。 还好发信后他已
经立马补货,不过没关系因为我别的件都还没到呢。
螺杆夹 8个
608轴承套 3对
皮带夹 4个
皮带夹螺母支架 4个
轴联接器 2对
停止位开关支架 3个
金属框架链接架 2个
金属框架链接脚架 4个
光杆夹 2个
X 轴滑动托架 1个
X 轴托架 1个
X 轴电机托架 1个
Y 轴轴承套 4个
Z 轴电机托架 2个
韦德挤出喷头冷端
Y 轴支架
轴承清单 :
LM8UU 线性轴承 12个
608ZZ 滚动轴承 6个
有关 LM8UU
线性轴承, 很多人用便宜的黄铜滑动轴套来替代。 虽然理论上来说黄铜滑动轴套 的摩擦阻力也很小, 并且它有自润滑功能, 但还是比不上基本毫无阻力的线性轴承。 而且轴 套与光杆的配合需要定期润滑, 所以对我这个懒人来说还是轴承比较省事一点。 下图是轴套 的例子。
另外在这个套装里有两个多余的零件,应该是 T5规格的皮带轮。但是考虑到 T5齿数太少,
现在基本上 RepRap 推荐使用至少
T2.5的皮带轮和传动皮带。 而 T5和 T2.5都属于圆周运动
类型,对 3D 打印机所需要的直线运动来说也并不是最佳选择。我在 ebay 上另外买了 2只 GT2 20齿的皮带轮和传动皮带,应该拥有更佳的性能。
在螺纹杆光杆和紧固件到货之前, 我还什么都做不了。 陆续到货后我会更新开始安装金属框 架的过程。
如何购买
如果大家问我在国内如何购买塑料打印件,真的不知道。。 。可以碰碰运气试试在 TB 或者 EBAY 上搜一下。 实在不行可以考虑上美国版或国际版的 EBAY , 选择有负责国际送货 的卖家,看能否寄到中国。但是多数人的塑料打印件,都是由别的朋友帮忙打印出来的,所 以只要你有认识的人有 3D 打印机, 或者能找到 3D 打印服务的店, 把 STL 文件发给他们就可 以了。我用的 Prusa Mendel 2的 STL 文件都在 这里 可以找到,注意选择适合自己的版本, 我想我这个应该是 metric_prusa_lm8uu这个文件夹里的。
至于轴承,应该不难买到,对准型号就可以了。
四 Prusa Mendel的步进电机
今天下班回来家里堆了好几个包裹, 主要是电路部分。 打算分两个博客说明, 这一篇想重 点说一下步进电机的选择,这是 3D 打印机最重要的动力部件了(大部分信息来自于 RepRap.org ) 。
简单的说步进电机是通过电流脉冲来精确控制转动量的电机, 电流脉冲是由步进电机驱动 单元供给的。所谓的“步”也就是一个电流脉冲,每一“步”都是固定长度,所以步进电机 适用于需要精确定位的应用。步进电机主要有双极和单极两种类型, RepRap 原则上两种都 可用, 但实际多用双极的。至于双极和单极有什么区别, 估计需要大家自己去研究了, 我也 不专业。不过没关系,只需要注意以下这些主要的技术参数,就不会选错电机
NEMA
RepRap 所用的双极步进电机是 NEMA 17类型的,这个代号只是代表一种符合美国 电子制造标准的尺寸规格。它定义了电机的表面尺寸(俯视的话就是“占地面积”)而没有 定义长度。 NEMA 17就是表示 1.7x1.7英寸, NEMA 23就是 2.3X2.3英寸。但并不是尺寸越 大就表示力矩越大, NEMA 14也有可能比 NEMA 23更有力。尺寸并不是最重要的,但是选择 一个适中尺寸的电机可以同时满足性能需求和轻量设计是有必要的。
步进角度
用于 Prusa 的步进电机需要有 1.8°的步进角度, 换句话说转动一周可以有 200步, 因为 1.8°x 200 = 360°。可以选角度更小更精密的,但如果角度更大则需要配合降速齿 轮使用,比较复杂。
电流和功率
选择步进电机的时候需要注意看额定电压和电流参数, 比较典型的是 2.8V 和 1.7A 。 只要步进电机驱动单元能控制电流输出,理论上可以使用任何比电机额定电压高的供电电 压。 如果驱动单元无法控制电流, 则需要使用同额定电压接近的供电电压, 否则电机会有过 热风险。
保持力矩
对于三个轴上的电机,推荐最小保持力矩是 13.7N-cm(0.137Nm或 19.4oz-in) 。对 于韦德挤出喷头,因为需要挤压打印塑料原料,所以需要更大的力矩,推荐至少是
40N-cm(0.4Nm)。原则上来说 5个步进电机不用完全相同,但对于 Z 轴上的两只,最好是同 一规格的。
尺寸
所有的 Mendel 打印机都默认电机转轴直径应为 5mm 。根据标准 NEMA 17电机规格, 两个安装孔之间的孔距应为 31mm 。这些信息对于自己搜集旧电机的同学应该有所帮助。
配线
步进电机有几种配线规格, 4针、 6针和 8针的都很普遍, 都可以用于 RepRap 应用。 5针的也有,但不可用于 3D 打印机。有关线路连接的方式等后面我装配的时候再补充。
散热
大多数步进电机的技术参数说明线圈通电后温度可上升 80℃,也就是说运行时温 度可达 100℃!因此安装电机的塑料支架有被熔化的可能,所以只能使用部分负荷。 PLA 相 对 ABS 来说耐热性能更差, 60到 65℃左右就开始化了,而 ABS 大概是在 105到 120℃间开 始化,所以 3D 打印机耐热部分的塑料件最好是使用 ABS 来打印。
驱动步进电机
有关驱动步进电机需要的驱动单元 (或芯片) , 我打算在另一篇关于电路部分的博 客里再说明。 E 文好的同学可以自己去 RepRap wiki页面学习。
如何购买
按照以上的原则, 基本上可以比较顺利的购买到你需要的 NEMA 17步进电机。 RepRap wiki 页面里有一些推荐的供应商链接, ebay 里也有很多选择。比较欣慰的是大部分测试过 的好用的电机, 都是中国产品。 所以在国内的同学反而比较容易购买的到。 我之前纠结于要 不要在 ebay 上买国内的产品,因为虽然价格便宜, 5只电机加运费只要 70美刀左右,力矩 都在 40Nm 左右,但考虑入关麻烦而且物流时间太长,最关键的是我还是希望有力矩更大一 点的选择,最后还是从美国买了。但仍然是中国产,常州万泰的,产品型号 42BYGHW804P1, 链接在 这里 。这款电机的规格如下:
?电机长度 : 48mm
?保持力矩 : 5Nm
?额定电压:3.6V
?步进角度:1.8°
?每相电阻:3Ω
?每相电感:5mH
?每相电流:1.2A
?转轴直径:5mm(带平切面,方便安装不会打滑)
?4针设计:红蓝绿黑
这款电机电流只要 1.2A ,输出力矩可达 5Nm ,性能很棒,起码比起大部分 1.7A 的电 机来说运行温度会低很多。不过价格也偏贵, 5只电机加运费一共要 90美刀左右。记住你 一共需要 5只, X 轴 Y 轴各 1只, Z 轴 2只,挤出喷头 1只。
五 所有要用到的五金件
其实从周五收到五金件我已经开始装配框架了,迫不及待的心情大家可以理解吧?
今天周日稍微歇一下,把所有的五金件总结归纳写在这里。这不是技术含量最高的 部分,但物件数目最多最容易混乱,所以我尽量把数目分类都列清楚。
首先是 杆子 。一共需要:
370mm M8 螺纹杆 6根 左右两边三角结构
294mm M8 螺纹杆 4根 前后支撑架, 300mm 长也可
440mm M8 螺纹杆 3根 上下支撑架, 450mm 长也可
210mm M8 螺纹杆 2根 Z 轴位移螺纹, 300mm 长也可
350mm M8 光杆 2根 Z 轴活动部分
405mm M8 光杆 2根 Y 轴打印床活动部分
420mm M8 光杆 2根 X 轴电机支架活动部分
所有的螺纹杆可以从 6根 1m 长 M8螺纹杆切割得到。 一开始我以为切割很难所以买了现成 切好的(含运费 72美刀),后来通过别人经验证明其实自己用手锯也不是很难,找对工具 就可以,花费至少可以减 40%。需要注意的是切割螺纹杆会破坏切口螺纹形状,导致螺母很 难安装上去。 解决办法是在切割前在切口两侧拧上螺母, 切完后再把螺母拧出来, 这样在拧 出的过程中可以用螺母内螺纹将螺纹杆切口不规则部分给修正过来,以后就好用了。
然后是 紧固件 ,这里也包括安装韦德挤出喷头所需的部分。一共需要: M8螺母 100个 一般都是 100个一包, 多余的可备用 M8螺母垫圈 100个 一般都是 100个一包,多余的可备用 M3x20螺钉 50个
M3螺母 50个
M3螺母垫圈 50个
M3x10螺钉 9个
M3x40螺钉 3个
M3x8螺杆 3个
M8x50螺杆 1个
M8x20螺杆 1个
M8滚铣螺钉 1个 特殊的用于韦德挤出喷头的螺钉 (下面 有介绍)
除了滚铣螺钉,其他紧固件我是从 ebay 上直接买的一个套装,省了不少自己分类 寻找的麻烦,而且价格也合适,一共 30美刀免运费。这个没什么好说的,直接上图(点击 图片看大图)。
特别需要介绍的是这个用在挤出喷头里的 M8
滚铣螺钉,真是个麻烦东西。语言很难表达清 楚,大家看下面的图片,其实就是在普通 M8螺钉上横向滚出这么一个螺纹区。它的作用是 当螺钉在电机带动下转动的时候,用来移动打印塑料线。 RepRap 里推荐直接在网上购买现 成的,但是也可以自己制作,这个有一定难度,因为需要用到丝锥,电动工具,虎钳,对技 术有一定要求。有条件的同学可以参照 RepRap 上的 说明 来制作,特别注意此螺钉安装到挤 出喷头里的时候滚铣的区域要正好对齐塑料线进出口。实在不行就尝试在 ebay 国际版上从 海外购买吧, 我的花费是含运费 9美刀。 我买的这只还带了一个尼龙锁紧螺母在尾端。 有关 在挤出喷头里定位的问题,后面装配的时候我再专门说吧。
皮带和皮带轮
GT2皮带轮
2个 孔径 5mm ,用以配合步进电机。 16齿 以上,齿数越多越好,防止反向后坐力
GT2皮带 2根 长度 840mm 和 900mm 各一根
M3螺杆 4个 用以固定皮带轮在步进电机轴上
之前说塑料打印件的时候已经提到过了, 用适合线性运动 (而非圆周运动) 的皮带 及皮带轮比较好。我用的是 20齿 GT2的皮带轮,一共花费 40刀。很贵, 但是这个配件上不 要用便宜货。 因为反向后坐力被证明是影响打印质量最大的负面因素之一, 齿数越多的在高 速运动时受到反向后坐力的影响越小。下图中还有一只迷你 M3六角扳手,这是用来拧紧 M3螺杆用的,如果没有需要准备一只。
其他
弹簧 8个 圆珠笔芯的那种即可, 硬度越高 越好
LM8UU 线性轴承 8个 前面塑料件部分已经介绍过
608滚动轴承 6个 前面塑料件部分已经介绍过
有了这些五金件和前面说的塑料件, 就可以开始装配过程了。 我还在想后面一篇是开始介 绍我的装配过程还是电路部分的配件, 其实涉及电路还要到很久以后, 大家说呢, 想先看哪 一部?