3D-print, også kendt som additiv fremstilling, kan udskrives lag for lag gennem forudindstillede procedurer og digitale modeller ved hjælp af pulversprøjtning og andre metoder og i sidste ende opnå højpræcisions tredimensionelle produkter. Sammenlignet med konventionel flad udskrivning kan 3D-print give tredimensionelle tredimensionelle modeller; sammenlignet med almindelig behandling har 3D-print en højere grad af præcision og automatisering. Det er baseret på ovenstående fordele, således at 3D-printteknologi i en kort periode for at fremme brugen af hurtig. Selvfølgelig står teknologien også over for mange udfordringer at overvinde, såsom materiale, udstyr, industristandarder.3D-udskrivning markedsudsigten er bred, i forståelsen og brugen af 3D-printteknologi, baseret på 3D-printteknologi, og aktivt udforske innovations- og optimeringsstrategien for 3D-printteknologi er også blevet et populært forskningsemne.
1.3D-udskrivning Grundlæggende principper og tekniske egenskaber
3D-print, som en banebrydende teknologi inden for industriel fremstilling, kombinerer en række forskellige teknologier, herunder lagdelt fremstillingsteknologi, maskinteknik, CNC-teknologi, CAD, laserteknologi, reverse engineering-teknologi, materialevidenskab osv. Det kan direkte , hurtigt, automatisk og præcist omdanne designet af en elektronisk model til en prototype med en fast funktion eller direkte fremstille dele, hvilket giver en billig og effektiv metode til fremstilling af prototyper af dele og verifikation af nye designideer. Det grundlæggende princip for 3D-printteknologi er den omvendte proces af tomografi. Tomografi er noget "skåret" i utallige stablede skiver, 3D-print er gennem det kontinuerlige fysiske lag superposition, lag for lag for at øge materialet til at generere tredimensionel solid teknologi, så 3D-print fremstillingsteknologi er også kendt som "additiv fremstillingsteknologi.
Sammenlignet med den traditionelle udskrivningsteknologi og fremstillingsproces, er egenskaberne ved 3D-print koncentreret i følgende aspekter: for det første en engangsafslutning af udskrivningen, uden behov for gentagen skæring, slibning, forenkling af produktproduktionsprocessen, forkortelse af produktionscyklus. Teknikere skal på forhånd indhente produktets tredimensionelle koordinater og strukturelle egenskaber og derefter bruge specifik software på computeren til at generere tredimensionelle modeller og endelig af de computerstyrede 3D-printere for at fuldføre udskrivning og fremstilling af produkter , virkelig indse "det du ser er, hvad du får". For det andet er omkostningerne lavere, især i masseproduktion, sammenlignet med den traditionelle forarbejdning og fremstilling har flere betydelige omkostningsfordele. Fra produktionstilstandens synspunkt behøver 3D-printteknologi kun at opnå de tredimensionelle koordinater for produktet og designe en tredimensionel model af produktet kan være, resten af arbejdet udføres automatisk af udstyret, kun én person kan fuldføres, arbejds- og tidsomkostningerne er lave. Endelig er produktets præcisionsgrad højere, især ved fremstilling af præcisionsdele, nøjagtigheden af produkterne opnået ved 3D-print kan nå 0.01 mm niveau, og understøttelse af 32-bitfarve trykning.
Udstyr, materialer og teknologi er de tre kerneelementer i 3D-print. Udstyrsmæssigt omfatter det hovedsageligt 3D-printere, 3D-scannere, 3D-lasergravere, lasertrackere osv.; med hensyn til materialer omfatter almindeligt anvendte materialer lysfølsom harpiks, plastpulver, knoglepulver, PLA osv.; Med hensyn til teknologi omfatter det en række nøgleteknologier, såsom 3DP-teknologi, FDM-teknologi for fusioneret deposition (FDM) og SLA-laserlyshærdningsteknologi. Driftsmetoderne, de grundlæggende principper og anvendelsesfordelene ved disse teknologier er ret forskellige, som følger.
2. 3DP-udskrivningsteknologi
Tredimensionel printteknologi (3DP) er den mest almindeligt anvendte metode til 3D-print på dette stadium. Det anvendte udstyr er en standard inkjetprinter, som kan tilpasses til en række forskellige pulvertrykmaterialer, såsom keramisk pulver, plastpulver og knoglepulver. Efter forprogrammering og modellering lægges et lag pulver under styring af computerkommandoer, og derefter flyttes dysen til at sprøjte klæbemiddel gennem dysen til det definerede område, så de pulveriserede materialer bindes sammen. Efter færdiggørelsen af det første tryklag kan du få prototypen af produktet, og derefter fortsætte med at gentage ovenstående trin, efter mange lægning af pulver, sprøjtning, limning, og til sidst få det ønskede produkt. Hvis du skal printe farveprodukter, kan du vælge det passende farvebind.
SLA er lavet af lysfølsom harpiks, et flydende materiale, der under bestråling af UV-lys af en bestemt bølgelængde (x=325nm) og intensitet (w=30mw) hurtigt kan gennemgå en fotopolymerisationsreaktion, den molekylære vægten af materialet stiger dramatisk, og materialet omdannes fra en flydende til en fast tilstand. Væsketanken vil først blive fyldt med flydende lysfølsom harpiks, helium-cadmium laser eller argon ion laser udsendt af UV laserstrålen i computeren under manipulation af emnet i henhold til lagdelingen af tværsnitsdata i den flydende lysfølsomme harpiks overfladescanning linje for linje og punkt for punkt, hvilket får scanningsområdet af harpikslaget til at producere polymerisation og hærdning fra dannelsen af et tyndt lag af emnet. Når et lag er hærdet, flyttes bordet et lags tykkelse ned, og et nyt lag flydende harpiks påføres den tidligere hærdede harpiksoverflade, indtil en 3D solid model er opnået.
Udstyret, der anvendes i SLS-processen, omfatter lasere, scanningsspejle og nivelleringsruller. Den tekniske proces er som følger: Læg først et lag med passende tykkelse af pulvermateriale på arbejdsbordet, prioritering af lysfølsom harpiks, paraffinpulver, plastpulver, brug generelt ikke keramisk pulver, metalpulver. Forindstil derefter programmet, læs modellen, i computerstyringsvejledningen vil laseren udsende en laserstråle, og gennem scanningsspejlet bestråling af pulvermaterialet på bordet. Da laseren har meget høj energi, vil den sintre pulvermaterialet, først danne den ydre kontur af produktet, og derefter fortsætte med at lægge pulver, sintringspulver fra ydersiden til indersiden, og efter mange gange med lægning af pulver, mange gange af sintring, den endelige dannelse af det ønskede produkt. Sammenlignet med ovenstående 3D-printmetoder er den SLS-baserede selektive lasersintringsteknologi relativt enkel, og produktproduktionshastigheden er hurtigere. Imidlertid har denne teknologi også mangler, såsom selektive trykmaterialer, metalpulver, keramisk pulver i sintringsprocessen skal forbruge mere energi, hvilket vil føre til omkostningsstigninger, så for metal, keramik som de vigtigste materialeprodukter, er det ikke passende at vælge denne teknologi.
Denne teknologi har en vis lighed med SLA stereo flatbed printteknologien beskrevet ovenfor, hvor den største forskel er brugen af DLP (Digital Light Processor). Efter klargøring af den flydende fotopolymer opsættes en højpræcisions digital lysprocessor direkte over materialet, og teknikeren justerer udstyret, flytter lysstrålen til (0.0) koordinaten og afslutter bestrålingen under styring af computerinstruktionerne, så det flydende materiale gradvist hærdes. Processen med lyshærdning er også lag for lag hærdning, men hærdningshastigheden er hurtigere, og produktstøbningspræcisionen er højere. Derudover har den en fordel i forhold til andre 3D-printteknologier med hensyn til overfladeglathed. Der er dog mangler, såsom den flydende fotopolymers høje renhed, som kan påvirke ydeevnen af slutproduktet negativt, hvis det blandes med urenheder.
LOM-processen bruger et tyndt ark materiale, såsom papir eller plastfilm. Overfladen af arket er tidligere belagt med en smeltelim. Under bearbejdning varmpresser den varme pressevalse arket for at binde det med det dannede emne nedenfor; CO2-laseren bruges til at skære tværsnitskonturen ud af delen og den ydre ramme af emnet på det nye lag, der netop er limet, og til at skære de top- og bundjusterede gitter ud i det redundante område mellem tværsnitskonturen og den ydre ramme; efter at laserskæringerne er afsluttet, sænkes det dannede emne af arbejdsbordet for at adskille det fra strimmelarket (materialebåndet); materialetilførselsmekanismen roterer opsamlingsaksen og materialetilførselsaksen for at flytte materialebåndet, så det endelige produkt ikke vil have negativ ydeevne. Fremføringsmekanismen roterer optageaksen og tilførselsaksen, hvilket driver materialebåndet til at bevæge sig, så det nye lag bevæger sig til behandlingsområdet; arbejdsbordet stiger til behandlingsplanet; varmtryksvalsens varmetryk, antallet af lag af emnet øges med et lag, og højden øges med en materialetykkelse; og skærer derefter tværsnitskonturen på det nye lag. Dette gentages, indtil alle dele af delen er limet og skåret, hvilket resulterer i en solid del fremstillet i lag.
PCM er en ny 3D-printteknologi udviklet af Tsinghua University i 2013. Driftsprocessen er som følger: For det første tegnes CAD-modellen af delen i computeren, og derefter gemmes modellens parametre i form af STL-filer . CAD-modellen omdannes til en støbemodel efter delmodellen. Lag fra top til bund, brug af scanningsudstyr, lag for lag scanning, efter afslutningen af scanningsmodellen af de tredimensionelle koordinater, og start derefter fra bunden til toppen af sandet, limning. To dyser blev brugt i støbeprocessen, den ene til at injicere bindemidlet og den anden til at sprøjte katalysatoren ind. De to materialer sprøjtes samtidigt, og ved kontakt opstår der en kolloid reaktion, der danner et stærkt materialelag. Efter færdiggørelse af det første lag udføres det andet og tredje lag i rækkefølge, indtil det endelige produkt er opnået.
3. Anvendelsesområder og begrænsninger for 3D-printteknologi
Siden fremkomsten af den første kommercielle 3D-printer i 1986, er 3D-printteknologi kun blevet udviklet i mere end 30 år, men den har været meget udbredt inden for mange områder såsom byggeri, medicin og luftfart. I byggebranchen kombineres 3D-printteknologi med BIM-teknologi for at konstruere en 3D-model af en bygning i en computer og derefter printe den ud. Gennem 3D tredimensionelle bygningsmodeller ydes teknisk support til bygningsvisning, konstruktionsreference osv. I den medicinske industri bruges 3D-printteknologi til at producere simulerede kunstige knogler med ideel klinisk anvendelse. Derudover kan læger også bruge 3D-printteknologi til at producere patologiske modeller, kirurgiske forhåndsvisninger i simulerede situationer, designe kirurgiske programmer og forbedre succesraten for kirurgi. På luft- og rumfartsområdet kan brugen af 3D-print producere højpræcisionsdele, der opfylder designstandarderne og brugskravene, såsom motorturbineblade, integrerede brændstofdyser osv., hvilket også bidrager positivt til at forbedre rumfartøjets overordnede ydeevne. Derudover er såsom fremstilling af sprøjtestøbeforme i industriel fremstilling, såvel som fremstilling af personlige forbrugsvarer osv., med modenheden af 3D-printteknologi og reduktion af omkostningerne ved brug, også blevet fremmet efter hinanden. .
3D-printteknologi i fremme og brug af processen, fremhæver ikke kun de stærke fordele ved applikationen, men står også over for flere begrænsninger. Fra det nuværende stadium af tekniske forhold omfatter de faktorer, der begrænser udviklingen og fremme af 3D-print hovedsagelig følgende: For det første materialet. Gennem ovenstående analyse kan det ses, at de nuværende 3D-printmaterialer hovedsageligt er lysfølsom harpiks, keramik, paraffin og så videre. I forbindelse med udvidelsen af anvendelsesområdet kan det begrænsede antal materialer naturligvis ikke opfylde kravene i nogle nye områder. For eksempel er det umuligt at bruge metal- og legeringsmaterialer til 3D-print, hvilket pålægger begrænsninger for dets anvendelse. Derudover er materialeprisen relativt dyr, i batchudskrivningen er de høje omkostninger også en begrænsende faktor. For det andet skal udstyrsmæssigt sænke prisen på udstyr, hvis 3D-printteknologien skal kommercialiseres fuldt ud. På dette stadium er prisen på en almindelig 3D-printer omkring 5,000 yuan, og hvis der er højere krav til præcision, varierer prisen på udstyret fra 10,000 til flere titusinder . Dette er stadig et højt forbrug for almindelige brugere, hvilket hæmmer den fulde popularitet af 3D-print.
4.3D-printteknologi udviklingstendens
3D-printteknologi har brede udsigter til udvikling, i forbindelse med den voksende markedsskala, for at gøre 3D-printning kan standardiseres og industrialiseret udvikling, er det nødvendigt at styrke top-niveau design og lyd industristandarder. Af de relevante offentlige myndigheder eller industriens myndighed, så hurtigt som muligt at forberede og indføre et samlet system af standarder, herunder materialeproduktionsstandarder, udstyrsforskning og udviklingsstandarder, teknologivurderingsstandarder. Med et perfekt standardsystem giver udviklingen af 3D-printteknologi en stærk garanti. For eksempel har mange forskningsenheder i de senere år udført dybtgående udforskning af nanomaterialer, polymerkompositter og funktionelle gradientmaterialer. Efter implementeringen af en samlet standard vil parametre og standarder for forskellige typer materialer blive reguleret, og ved køb af 3D-printmaterialer vil vi kontrollere, om de er i overensstemmelse med standardspecifikationerne, for at sætte en stopper for lav- kvalitet, "cottage" materialer og sikre ydeevne og kvalitet af trykte produkter.
På nuværende tidspunkt kræver 3D-printteknologi en høj grad af specialisering i produktdesign og parameterbehandling, når den anvendes. Ud over at øge byrden for personalet medfører det også problemet med høj adgangstærskel. Derfor, med udviklingen af AI-teknologi og big data-teknologi, vil fremtiden for 3D-printteknologi udvikle sig i retning af intelligens og enkelhed, hvilket giver brugerne en bedre oplevelse. Den specifikke udviklingsvej omfatter to aspekter: det ene er hardwaren, det vil sige 3D-printudstyr. Udover at reducere prisen på udstyr yderligere, bør det også give mere humane funktioner, såsom visualiseringsfunktioner, for at vise hele 3D-printprocessen, brugere kan til enhver tid justere udskrivningsparametrene i henhold til realtidsskærmen, som er befordrende for at opnå de ønskede printprodukter; den anden er softwaren, der leverer designsoftware, printkontrolsoftware og anden funktionel software til at understøtte flere typer printbehov.
Printudstyr og printmaterialer er nøglen til anvendelse og udvikling af 3D-printteknologi. R & D egnet til 3D-print behov for flere typer materialer, men også blive det næste skridt i udviklingen af denne teknologi innovation er vigtig. Ud over de mere almindeligt anvendte lysfølsomme harpiksmaterialer forventes polymerpulvermaterialer, såsom paraffinpulvermaterialer, belægningssandpulvermaterialer, metalpulvermaterialer, såvel som smeltede trådmaterialer, træ-plastkompositmaterialer osv. fremmes i 3D-print. Ud over at give et rigere udvalg af støttematerialer, vil materialets ydeevne, soliditet og særlige miljøtilpasningsevne også blive væsentligt forbedret, så 3D-printprodukter kan bruges i forskellige områder og miljøer for at spille en åbenlys anvendelsesfordel.
5. Sammenfatning
I de senere år har 3D-printteknologi vist stærke anvendelsesfordele på mange områder, og mange præcisionsdele og produkter baseret på 3D-printteknologi har også medført positive virkninger for at fremme udviklingen og innovationen af industrien. Det skal bemærkes, at med udvidelsen af anvendelsesområdet for 3D-printteknologi, står det også over for nogle flaskehalse, især med hensyn til materialer og udstyr. I fremtiden bør vi være opmærksomme på forskning og udvikling af understøttende teknologier, levere mere alternative udskrivningsmaterialer samt reducere omkostningerne til trykningsudstyr, forbedre det humane og intelligente niveau af udskrivningsoperationer for at yde teknisk support til social og økonomisk udvikling.
