科技新知:3D Printer、3D印表機技術簡介

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一個六分鐘影片概述先給大家看看,現在和未來的3D列印技術可能的應用領域,你可能就對3D列印感到興趣了。


資料來源:explainingthefuture.

[video=youtube;CP1oBwccARY]http://www.youtube.com/watch?feature=player_embedded&v=CP1oBwccARY[/video]





目前的技術
3D列印是用許多層及非常薄的添加技術來建立物體。第一個商業3D列印機是一種技術被稱為光固化的技術。這是於1984年由查爾斯·赫爾發明。Stereolithographic 3D的印表機,使用液體的感光樹脂,雷射光打在表面上,造成一個非常薄的硬化光聚合物層。然後作業平台慢慢降低,繼續打印出另一片硬化光聚合物層,然後再用雷射光硬化。直到列印完成後,瀝乾多餘的液體。其以最小的建構層厚度只有0.06毫米(0.0025英寸)。

另一種3D印刷技術是DLP投影。使用一台投影機來建構物體層,並不是用一次用雷射光來做橫切面打印。這種打印機的主要製造商為 envisionTEC 及Perfactory。
這種3D印刷技術是使用一種光源固化液態光聚合物,統稱為“ 材料噴射,或 POLYJET。這是由Objet公司(現在的Stratasys公司的一部分)所發展的,物件層打印是用噴墨風格的感光樹脂,多個打印頭及UV光,每一層打印成為固體後在進行下一層。真正智慧的就是Connecx由Objet公司能噴出幾種不同的材料,從他們的打印頭,可各自組合3D印表機中。在一次打印中,可從120種中潛力材料中挑選出最多14種材料一起打印 。這意味著,硬塑料和橡膠狀的零件,可以同時列印這種物體。這非常令人印象深刻的技術,詳情請看這段影片。

另外一類是3D印表機是利用 材料擠出。1988年時由斯科特·克倫普發明的,這是使用半液體材料-通常是熱塑性塑料,並由一個電腦控制的打印頭。成立一家叫做Stratasys公司,他的發明已將商品化。克倫普的技術為 熔融沉積造型 “或稱” FDM “ ,並申請了專利和商標這些條款。因此,雖然很多人用短語“FDM”來指代這種3D打印,但實際上是指Stratasys公司的 FDM 3D打印機。另外其他的製造商也使用相同的方法,熱塑性擠出 “,” 塑料噴墨印刷(PJP),熔融長絲的方法(FFM)或“ (FFF)。

所謂的FDM的主要好處之一是可以產出一模一樣的熱塑性塑料。大多數FMD 3D印表機,可以打印ABS以及被稱為PLA(聚乳酸)的材料。
這種材料擠出打印機也已被開發出可以產出其他半液體材料。應用已經相當多樣化,範圍從3D打印機可以打印奶酪或巧克力,可能在未來用3D打印技術甚至可以創造出了一個巨大的3D 打印機來建築整棟建築物或大型零件。

第三大類3D印表機,利用粉狀的建構材料來黏著物體。首先,打印機用噴墨印刷粉。用膠水或'粘合劑'噴出來後將連續的粉層粘在一起,再從噴墨式打印頭噴粉出下一層。一些粘結劑噴墨打印機-如ZPrinter 850 3D系統 -從五個打印頭噴射粘合劑和彩色油墨,使得全彩色3D物件的解析度高達600x540dpi。

其他粘結劑噴射打印機可以建構物件是用沙子或金屬。將砂子噴射到粘合劑,並噴入被稱為' 3D翻砂 ' 模具中,再用熔融的金屬液澆到它。一旦金屬冷固態後,然後打破沙子取出物件。
粘合劑噴射金屬印刷技術發展的公司為ExOne,他們使用青銅或不銹鋼的金屬粉末,鋪設及打印頭移動時依照材料選擇性地噴上粘合劑溶液。再利用加熱燈來乾燥層和新鮮的粉層,並重複上述過程。一旦所有的層面都被輸出後,就放置在烘箱中來完全固化。然而在這個階段,物件仍然是非常脆弱的,它被注入額外的青銅粉,並放置在一個窯中。最終的結束後就是一個非常堅實的物件,這是一個至少99.9%的固體金屬。

商用3D打印機和線上服務
現在可以從一系列製造商中找到工業應用廣泛的商用3D印表機,其中兩個最大的3D系統(與大多數技術工作,並迅速獲得許多較小的製造商)和Stratasys公司(提供FDM和POLYJET矩陣硬件設備,以及特殊的“蠟3D打印機牙科工作)。在2012年年底,這兩家公司的市值超過300億美元。

3D打印機製造商包含,Archam(產生電子束熔煉的機器),上述金屬ExOne和型砂粘結劑噴射3D打印機,Organovo的,專注於生物印刷。
包括EnvisionTEC(專注於DLP投影硬體),EOS(使用金屬或沙子的雷射光燒結設備),Voxeljet(沙子或塑料粉末噴射粘結劑的真正大型印刷),SLM解決方案(選擇性雷射光熔化),Optomec(“ 激光工程化淨成形(LENS)技術的定向能量沉積打印機)。

大多數商業/工業3D打印機的價格往往開始在十到兩萬美元以及非常高階的機種,甚至可以建立完全緊密的金屬零件。但在市場上大多數商業3D打印機通常是相當笨重,往往都必須放在地上。
個人工作室或設計師則可利用線上打印,透過線上商業模式,將作品打印出來。


個人3D打印SOHO族和獨立的發明家自己開始可以有組裝3D列印機,個人3D打印的範圍越來越廣。對於那些真正的DIY愛好者,有兩個開放源的3D列印RepRap稱為複製快速原型生成器- FAB @首頁。這些都是使用Web的線上論壇共享所有的設計和材料擠出技術的基礎上來建立的一個印表機。

有幾家公司現在在銷售3D打印套件組,往往是上述的RepRap設計的。例如,BitsfromBytes.com3D打印機套件$795,並開始預組裝BFB-3000 3D打印機在2000下。RepRap 3D打印機套件供應商的成本大約是$599美金以上。這其中就包括MakerBot-O-MATIC。

對於那些不想自己組裝3D打印機的人,現在也可買已經組裝好的個人印表機。這些方案包括BotMill 3.0(這也是作為一個工具包),以及UP!3D打印機。後者是真正的即插即用的FDM 3D打印機,可以運行15分鐘後進行圖形解壓縮,這不需要任何校準。關於UP 3D印表機有一個影片介紹 。

最近,3D Systems公司已經推出了數個人3D打印機一部分其Cubify的承諾給群眾帶來3D打印。這些Wi-Fi功能的設備的設計是非常容易使用,售價為$ 1,199以美金上。更高端的機型甚至同時打印三種不同顏色的熱塑料。

目前的3D打印應用程序
目前,大多數3D印表機還不能生產出最終的可給使用者用的產品。相反,快速產品原型或生產模具或模具者可透過此模式來確認生產的最終的物件。這種印刷3D物體可讓工程師生產前先確認,以及建築師可為他們的客戶顯示詳細的成本及較小比例模型,以及醫療專業人員或考古學家所需要的3D掃描打印骨頭,這也有著廣泛的教育用途。

採用3D打印機技術的模具或模具設計師的領域人們不斷增加。迄今為止,此類產品包括汽車,教練機,珠寶,塑料玩具,咖啡壺,以及各種塑料瓶,包裝和容器。現在你甚至可以購買3D印刷悲傷基努·里維斯。更有幫助的是,一些牙科實驗室這些年來一直使用的3D打印機,以幫助建構的電器用品,與銷售envisionTEC其Perfactory數字牙科打印機中使用的牙冠,牙橋和臨時的創作牙科技師,這意味著,3D打印機可以毫不誇張地說已經可以打印新牙!envisionTEC3D打印機現在也被廣泛用於許多主要的助聽器製造商到最終消費者製作耳模和貝殼使用。

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未來的3D打印的應用
無論在家庭或個人,未來3D打印機有很多潛力應用的領域。例如,他們可能會被用來輸出各種形式的產品的備用零件,即使是最強的實體商店庫存的有只能有一部分,是不可能將所有商品都放維修備料。因此,而零件將能夠被帶到當地的設備中,並調校出相同的備用零件,利用線上打印技術,簡單地打印出來。美國NASA已經在國際太空站上測試了3D打印機,並在最近宣布執行太空飛行任務時,可用高精密的3D打印出太空船相關零件。美國陸軍也嘗試用車載3D打印機能夠輸出在戰場上的備用坦克和車輛其他部件。

正如上文所述,使未來的建築物也可被用於3D打印機。為此,在英國拉夫堡大學的一個團隊工作在一個3D的的具體印刷項目,可以3D列印設計出大型建築物件,且具有更好的散熱性能。

另一種可能的未來的應用是在使用3D打印機製造人體替代器官。這就是所謂的生物印刷,這是一個快速發展的領域。

固體印刷的明天
3D印刷有一個光明的未來,快速成型其影響已經非常顯著,而且已製造出多種塑料和金屬物體,不管醫藥,藝術和其他的領域中。桌面3D打印機,在家庭使用已經成為常態,而應該花費不超過幾百塊錢,到2015年,3D打印機也能夠輸出在顏色和多種材料,而且還會繼續改善,功能性產品將陸續產出。由於3D打印設備,將提供一個堅實的網路和現實世界之間的橋樑。

對於廣泛的驚人的和不尋常的打印機-包括具體的打印機,玻璃打印機,bioprinters,和打印機打印土司一個迷人的一瞥!-點擊這裡。你也可能會發現有趣的網站3DPrinter.net,3DPrinting.com 3ders.org。

相關書籍參閱:3D打印:下一次工業革命。
 

LNz

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以後能自己打印機殼了
 
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