數字化制造

一文讀懂什麼是3D打印

轉載 :  zhongte88183.cn   2019年09月27日

一、3D打印的概念


        3D技術是指由計算機輔助設計模型(CAD)直接驅動的,運用金屬、塑料、陶瓷、樹脂、蠟、紙、砂等材料,在快速成形設備裡分層制造任何複雜形狀的物理實體的技術。基本流程是,先用計算機軟件設計三維模型,然後把三維數字模型離散為面、線和點,再通過3D打印設備分層堆積,最後變成一個三維的實物。
        傳統制造技術是“減材制造技術”,3D打印則是“增材制造技術”,具有制造成本低、生産周期短等明顯優勢,被譽為“第三次工業革命最具标志性的生産技術”。3D打印将多維制造變成簡單的由下而上的二維疊加,從而大大降低了設計與制造的複雜度。同時,3D打印還可以制造傳統方式無法加工的奇異結構,尤其适合動力設備、航空航天、汽車等高端産品上的關鍵零部件的制造。
        3D打印應用的領域廣泛,3D打印在下遊應用行業和具體用途領域的分布反映了這一技術具有的優勢和特點,同時也反映了這一技術的局限和在發展過程中尚需完善的地方。
        目前,随着國内對于3D打印技術的相應成熟,在生物醫藥行業、航空航天行業、機械設備行業、汽車行業等行業的許多應用領域對于3D打印的需求較高。

 


        就目前而言,從國内3D打印行業行業的下遊應用情況來看,3D打印設備主要在消費品/電子、醫療、工業設備、汽車領域、航天航空等行業應用的比較廣泛。


二、3D打印都用什麼材料


        3D打印行業材料環節和工藝是核心,目前3D打印使用的材料主要為:樹脂類(光敏樹脂類等)、塑料類(ABS等)和金屬類(钛合金等),其中金屬材料壁壘更高,獨立的材料供應商模式将有很大的發展空間,對國内企業而言,對金屬粉末(如钛合金粉末等)技術掌握對3D打印發展具有重要意義。目前産業鍊上遊的精密機械、信息技術、數控技術、材料科學和激光技術的核心技術大多掌握在外國大公司手中。我國業内企業規模普遍較小,具有高校背景的3D打印企業大都專注于産業鍊的中遊,從行業容量來看,未來3D打印行業上遊材料和下遊服務的空間較大,而中遊3D打印機的空間相對較小。

 


1.工程塑料


        工程塑料指被用做工業零件或外殼材料的工業用塑料,是強度、耐沖擊性、耐熱性、硬度及抗老化性均優的塑料。工程塑料是當前應用最廣泛的一類3D打印材料,常見的有ABS、PC類材料、PLA、尼龍類材料等。


2.光敏樹脂


        光敏樹脂即ultraviolet rays(UV)樹脂,由聚合物單體與預聚體組成,其中加有光(紫外光)引發劑(或稱為光敏劑)。在一定波長的紫外光(2500~300nm)照射下能立刻引起聚合反應完成固化。光敏樹脂一般為液态,可用于制作高強度、耐高溫、防水材料。


3.橡膠類材料


        橡膠類材料具備多種級别彈性材料的特征,這些材料所具備的硬度、斷裂伸長率、抗撕裂強度和拉伸強度,使其非常适合于要求防滑或柔軟表面的應用領域。3D打印的橡膠類産品主要有消費類電子産品、醫療設備以及汽車内飾、輪胎、墊片等。


4.金屬材料


        近年來,3D打印技術逐漸應用于實際産品的制造,其中,金屬材料的3D打印技術發展尤其迅速。在國防領域,歐美發達國家非常重視3D打印技術的發展,不惜投入巨資加以研究,而3D打印金屬零部件一直是研究和應用的重點。3D打印所使用的金屬粉末一般要求純淨度高、球形度好、粒徑分布窄、氧含量低。目前,應用于3D打印的金屬粉未材料主要有钛合金、鑽銘合金、不鏽鋼和鋁合金材料等,此外還有用于打印首飾用的金、銀等貴金屬粉末材料。


5.陶瓷材料


        陶瓷材料具有高強度、高硬度、耐高溫、低密度、化學穩定性好、耐腐蝕等優異特性,在航空航天、汽車、生物等行業有着廣泛的應用。但由于陶瓷材料硬而脆的特點使其加工成形尤其困難,特别是複雜陶瓷件需通過模具來成形。模具加工成本高、開發周期長,難以滿足産品不斷更新的需求。

6.其他3D打印材料


除了上面介紹的3D打印材料外,目前用到的還有彩色石膏材料、人造骨粉、細胞生物原料以及砂糖等材料。

 

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