3D打印巧克力
早上醒來,拿起一袋黑粉放進桌上的打印機里,幾分鐘后,美味的巧克力餅早餐就做好了。
3D打印房子
在某個待開發的無人島,工人們登陸后只要就地取材,把沙子和石頭進行粉碎,加上少許專用粉末投入到打印機中,幾小時后,一排堅固耐用的宿舍和工廠就屹立起來。
3D打印玩具
小女兒對各種芭比娃娃的喜新厭舊也再不會讓母親擔心錢包,電腦下載最新款的圖紙,網上買一包塑粉,分分鐘就有實體玩具讓她喜笑顏開……
這不都是夸張,只是敘述已經發生的和將要發生的,你還能保持淡定?那些粉體真有這么神奇?
1 基本原理
3D打印,即快速成型技術的一種,它是一種以數字模型文件為基礎,運用粉末狀金屬或塑料等可粘合材料,通過逐層打印的方式來構造物體的技術。
說的再形象和通俗一些,3D打印也需要電腦里有類似普通打印所需要的備打印文件,只不過它的“墨盒”里裝著的不是普通墨水,而是3D打印材料。顧名思義,打印出的是立體樣品而非平面圖紙。
2 應用方向
3D打印已涵蓋汽車、航天航空、日常消費品、醫療、教育、建筑設計、玩具等領域。
目前3D打印粉體技術的優勢主要是縮短設計階段的時間,使得設計者的模型實現起來比較便利。
譬如,在傳統的制造業流程中,不管什么行業,設計師的圖紙,需要在拆分為各個元素后,去開模,然后再組裝,其弊病就是花費的周期比較長。而當設計師對模型做出調整后,相同的步驟又得重復一遍,循環往復。
而有了3D打印,設計師的圖紙可以快速變成實體的東西,然后開模,進行規?;笊a。
3 技術現狀
世界著名3D打印權威胡迪·利普森在他的新著“3D打?。簭南胂蟮浆F實”中是這樣描述:“人類史無前例地實現了對物體形狀的掌握”這只是第一階段目標,而第二階段—控制物體的構成,“即不僅僅是塑造外部幾何形態,而是以前所未有的逼真度塑造出新的超材料的內部結構則剛剛啟幕”。目前行業的主要應用還處于第一階段,第二階段仍在攻堅,雖然艱難,但世界范圍內的研發正朝著這個目標行動,相信不會很久就會有所突破。
撇開第二階段不談,在第一階段與粉體材料相關的內容才是本文重點。我國對3D打印技術的需求并非集中在設備上,而是體現在對3D打印用耗材種類多樣性和對代理加工服務的需求上。
目前,3D打印用材料大都由快速成型廠家直接提供,尚未實現第三方供應通用材料的模式,導致材料的成本非常高。
同時,國內尚無針對專用于3D打印的粉末制備研究,對粒度分布、氧含量要求嚴格,有些單位采用常規的噴涂粉末替代使用,存在著很多的不適用性。
在3D打印快速成型方面,研發和生產通用性更強的材料是技術提升的關鍵。解決好材料的性能和成本問題,將更好地推動我國的快速成型技術的發展。
目前,我國3D打印快速成型技術使用的材料大多需從國外進口,或設備廠家自己投入巨大精力和經費研制,價格昂貴,致使生產成本提高,而國內該機器使用的材料其強度、精度都較低。3D打印材料國產化已勢在必行。
4 應用實例
荷蘭3D打印耗材制造商ColorFabb因開發出了多種創新的3D打印線材而知名。
這家公司是由Ruud Rouleaux于2013年創立的,成長時間雖短,但推出的新產品卻不少,比如Woodfill線材、FabB XT(共聚酯)和Bronzefill線材等。尤其是近期推出的BronzeFill,能夠讓普通3D打印機打印出有青銅效果的3D對象,很受市場歡迎。
“BronzeFill已經成為ColorFabb的一個非常熱門的產品,我們在社交媒體上看到了許多用戶分享的使用它們3D打印出來的非常漂亮的模型。”ColorFabb指出。“顯然,使用桌面3D打印機打印金屬制品才是創客群體真正感興趣的。”
為了讓用戶們有個更多的選擇,如今ColorFabb又推出了一款與Bronzefill類似的3D打印材料copperFill。copperFill是在PLA材料中混入細微的銅粉制成的。 這意味著該材料打印的對象同樣可以被拋光,形成類似金屬的效果。
由此可見,3D打印的核心是它對傳統制造模式的顛覆,因此,從某種意義上說,最關鍵的不是機械制造,而是材料研發。而粉體相關的企業能越早起步,面對下游應用越來越廣泛,要求越來越提升的趨勢,在生產源頭與之緊密的結合起來,對于未來的競爭力無疑是極大的提升,甚至對原行業產生革命性的影響。
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