3D打印機(jī)標(biāo)準(zhǔn)科技論文
3D打印機(jī)標(biāo)準(zhǔn)科技論文
3D打印機(jī)被稱之為改變未來世界新的創(chuàng)造性科技，不僅改變了許多工廠的生產(chǎn)方式，給制造業(yè)帶來一場(chǎng)革命，還將進(jìn)入到我們的家庭，給工業(yè)生產(chǎn)和我們的生活帶來巨大的革命性改變。 下面是小編為大家精心推薦的3D打印機(jī)標(biāo)準(zhǔn)科技論文3000字，希望能夠?qū)δ兴鶐椭?/p>
3D打印機(jī)標(biāo)準(zhǔn)科技論文篇一
淺談3D打印機(jī)現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)
摘要：3D打印機(jī)(3D Printers)作為3D領(lǐng)域的一種前性產(chǎn)品，目前成為一種潮流正迅猛發(fā)展。3D打印機(jī)被稱之為改變未來世界新的創(chuàng)造性科技，不僅改變了許多工廠的生產(chǎn)方式，給制造業(yè)帶來一場(chǎng)革命，還將進(jìn)入到我們的家庭，給工業(yè)生產(chǎn)和我們的生活帶來巨大的革命性改變。
關(guān)鍵詞：打印機(jī) 打印過程 建模 噴嘴 三維
一、起源
3D打印技術(shù)的核心制造思想最早起源于19世紀(jì)末的美國，到20世紀(jì)80年代后期3D打印技術(shù)發(fā)展成熟并被廣泛應(yīng)用。3D打印源自100多年前美國研究的照相雕塑和地貌成形技術(shù)，上世紀(jì)80年代已有雛形，其學(xué)名為“快速成型”。
在此之前，三維打印機(jī)數(shù)量很少，大多集中在“科學(xué)怪人”和電子產(chǎn)品愛好者手中。他們主要用來打印像珠寶、玩具、工具、廚房用品之類的東西。甚至有汽車專家打印出了汽車零部件，然后根據(jù)塑料模型去訂制真正市上買不到的零部件?，F(xiàn)在則主要用在航天、醫(yī)療等精密制造行業(yè)，以制作出普通工業(yè)流水線無法生產(chǎn)的復(fù)雜產(chǎn)品。
二、工作原理
工作原理是先通過計(jì)算機(jī)建模軟件建模，再將建成的三維模型“分區(qū)”成逐層的截面，從而指導(dǎo)打印機(jī)逐層打印。把數(shù)據(jù)和原料放進(jìn)3D打印機(jī)中，機(jī)器會(huì)按照程序把產(chǎn)品一層層造出來，打印出的產(chǎn)品，可以即時(shí)使用。設(shè)計(jì)軟件和打印機(jī)之間協(xié)作的標(biāo)準(zhǔn)文件格式是STL文件格式。一個(gè)STL文件使用三角面來近似模擬物體的表面，三角面越小其生成的表面分辨率越高。
3D打印是斷層掃描的逆過程，斷層掃描是把某個(gè)東西“切“成無數(shù)疊加的片，3D打印就是一片一片的打印，然后疊加到一起，成為一個(gè)立體物體。目前3D打印機(jī)可打印的材料主要有石膏、尼龍、ABS塑料、PC、樹脂、金屬、陶瓷等，這些原材料都是專門針對(duì)3D打印而研發(fā)的新材料，并不是普通意義的石膏、塑料、樹脂，而原材料的形態(tài)一般有粉末狀、絲狀、液體狀等。
使用打印機(jī)就像打印一封信，輕點(diǎn)電腦屏幕上的“打印”按鈕，一份數(shù)字文件便被傳送到一臺(tái)噴墨打印機(jī)上，它將一層墨水噴到紙的表面以形成一副二維圖像。而在3D打印時(shí)，軟件通過電腦輔助設(shè)計(jì)技術(shù)(CAD)完成一系列數(shù)字切片，并將這些切片的信息傳送到3D打印機(jī)上，后者會(huì)將連續(xù)的薄型層面堆疊起來，直到一個(gè)固態(tài)物體成型。3D打印機(jī)與傳統(tǒng)打印機(jī)最大的區(qū)別在于它使用的“墨水”，是實(shí)實(shí)在在的原材料。3D打印機(jī)有幾個(gè)種類，是噴墨3D打印機(jī)、粉劑3D打印機(jī)、生物3D打印機(jī)等等。
三、工作步驟
3D打印機(jī)工作步驟是這樣的：先通過CAD軟件建模軟件建模，如果你有現(xiàn)成的模型也可以，比如動(dòng)物模型、人物或者微縮建筑等等。然后通過SD卡或者USB優(yōu)盤把它拷貝到3D打印機(jī)中，進(jìn)行打印設(shè)置后，打印機(jī)就可以把它們打印出來。3D打印機(jī)的工作原理和傳統(tǒng)打印機(jī)基本一樣，都是由控制組件、機(jī)械組件、打印頭、耗材和介質(zhì)等架構(gòu)組成的，打印原理是一樣的。3D打印機(jī)主要是在打印前在電腦上設(shè)計(jì)了一個(gè)完整的三維立體模型，然后再進(jìn)行打印輸出。
3D打印與激光成型技術(shù)一樣，采用了分層加工、疊加成型來完成3D實(shí)體打印。每一層的打印過程分為兩步，首先在需要成型的區(qū)域噴灑一層特殊膠水，膠水液滴本身很小，且不易擴(kuò)散。然后是噴灑一層均勻的粉末，粉末遇到膠水會(huì)迅速固化黏結(jié)，而沒有膠水的區(qū)域仍保持松散狀態(tài)。這樣在一層膠水一層粉末的交替下，實(shí)體模型將會(huì)被“打印”成型，打印完畢后只要掃除松散的粉末即可“刨”出模型，而剩余粉末還可循環(huán)利用。
四、打印過程
打印機(jī)通過讀取文件中的橫截面信息，用液體狀、粉狀或片狀的材料將這些截面逐層地打印出來，再將各層截面以各種方式粘合起來從而制造出一個(gè)實(shí)體。這種技術(shù)的特點(diǎn)在于其幾乎可以造出任何形狀的物品。
打印機(jī)打出的截面的厚度(即Z方向)以及平面方向即X-Y方向的分辨率是以dpi(像素每英寸)或者微米來計(jì)算的。一般的厚度為100微米，即0.1毫米，也有部分打印機(jī)如Objet Connex 系列還有三維 Systems' ProJet 系列可以打印出16微米薄的一層。而平面方向則可以打印出跟激光打印機(jī)相近的分辨率。打印出來的“墨水滴”的直徑通常為50到100個(gè)微米。
用傳統(tǒng)方法制造出一個(gè)模型通常需要數(shù)小時(shí)到數(shù)天，根據(jù)模型的尺寸以及復(fù)雜程度而定。而用三維打印的技術(shù)則可以將時(shí)間縮短為數(shù)個(gè)小時(shí)，當(dāng)然其是由打印機(jī)的性能以及模型的尺寸和復(fù)雜程度而定的。
打印耗材由傳統(tǒng)的墨水、紙張轉(zhuǎn)變?yōu)槟z水、粉末，當(dāng)然膠水和粉末都是經(jīng)過處理的特殊材料，不僅對(duì)固化反應(yīng)速度有要求，對(duì)于模型強(qiáng)度以及“打印”分辨率都有直接影響。目前的 3D 打印技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn) 600dpi 分辨率，每層厚度只有 0.01 毫米，即使模型表面有文字或圖片也能夠清晰打印。當(dāng)然受到噴打印原理的限制，打印速度勢(shì)必不會(huì)很快，目前較先進(jìn)的產(chǎn)品可以實(shí)現(xiàn)每小時(shí) 25 毫米高度的垂直速率，相比早期產(chǎn)品有10 倍提升，而且可以利用有色膠水實(shí)現(xiàn)彩色打印，色彩深度高達(dá)24位。
由于打印精度高，打印出的模型品質(zhì)自然不錯(cuò)。除了可以表現(xiàn)出外形曲線上的設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)以及運(yùn)動(dòng)部件也不在話下。如果用來打印機(jī)械裝配圖，齒輪、軸承、拉桿等都可以正?；顒?dòng)，而腔體、溝槽等形態(tài)特征位置準(zhǔn)確，甚至可以滿足裝配要求，打印出的實(shí)體還可通過打磨、鉆孔、電鍍等方式進(jìn)一步加工。同時(shí)粉末材料不限于砂型材料，還有彈性伸縮、高性能復(fù)合、熔模鑄造等其它材料可供選擇。
傳統(tǒng)的制造技術(shù)如注塑法可以以較低的成本大量制造聚合物產(chǎn)品，而三維打印技術(shù)則可以以更快，更有彈性以及更低成本的辦法生產(chǎn)數(shù)量相對(duì)較少的產(chǎn)品。一個(gè)桌面尺寸的三維打印機(jī)就可以滿足設(shè)計(jì)者或概念開發(fā)小組制造模型的需要。
五、發(fā)展趨勢(shì)
3D打印技術(shù)對(duì)于生產(chǎn)者來說，可大幅降低生產(chǎn)成本，提高原材料和能源的使用效率，減少對(duì)環(huán)境的影響，它還使消費(fèi)者能根據(jù)自己的需求量身定制產(chǎn)品。 3D打印機(jī)既不需要用紙，也不需要用墨，而是通過電子制圖、遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸、激光掃描、材料熔化等一系列技術(shù)，使特定金屬粉或者記憶材料熔化，并按照電子模型圖的指示一層層重新疊加起來，最終把電子模型圖變成實(shí)物。其優(yōu)點(diǎn)是大大節(jié)省工業(yè)樣品制作時(shí)間，且可以“打印”造型復(fù)雜的產(chǎn)品。因此許多專家認(rèn)為，這種技術(shù)代表制造業(yè)發(fā)展新趨勢(shì)。
六、3D打印機(jī)面臨的問題與挑戰(zhàn)
最讓中國3D打印機(jī)同行尷尬的不僅是在設(shè)備上，還有生產(chǎn)材料方面?？焖俪尚褪褂玫牟牧洗笾驴蔀槲宸N類型：粉末材料、紙質(zhì)材料、液態(tài)光敏材料、絲狀材料與板材材料。國內(nèi)目前也研發(fā)出了一些快速成型材料，但是總體來說與國外同系列的商品化材料相比，無論是在品種還是性能上均存在差距。國產(chǎn)的快速成型材料其價(jià)格僅為國外產(chǎn)品價(jià)格的1/10。盡管價(jià)格上占優(yōu)勢(shì)，但是由于生產(chǎn)產(chǎn)品對(duì)質(zhì)量上較高的要求，中國自己生產(chǎn)的材料很難與國際上的同類產(chǎn)品進(jìn)行競(jìng)爭(zhēng)。
綜上所述，我們可以發(fā)現(xiàn)，3D打印機(jī)的發(fā)展和普及仍面臨許多困難和挑戰(zhàn)，成本、材料多樣性、打印精度、速度和效率、技術(shù)研究、知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)等方面都待完善。
第一、成本方面，3D打印機(jī)造價(jià)十分昂貴，這給其進(jìn)入家庭帶來了很大的困難。
第二、材料多樣性方面，首先不能把所有的材料都能制成極精細(xì)的糊狀，3D打印的成型材料多采用化學(xué)聚合物，材料的安全性是一個(gè)很重要的參考因素。
第三、精度、速度、效率方面，打印速度也很慢，不能用于大批量生產(chǎn)。改善3D打印系統(tǒng)的可靠性、生產(chǎn)效率和制作大件能力，要提高3D打印的速度與效率。
第四、技術(shù)研究方面，需要進(jìn)一步研制。如3D打印機(jī)的困難并不是制造器官本身，而是復(fù)制器官內(nèi)部錯(cuò)綜復(fù)雜的血管網(wǎng)絡(luò)，這些血管起到了滋養(yǎng)器官，為器官提供氧氣的作用。世界各地醫(yī)藥、生物、化學(xué)、工程等領(lǐng)域的專家們正致力于研究這些難題。
第五、知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)方面，對(duì)3D打印機(jī)工藝收緊，很可能阻礙創(chuàng)新;如果放松現(xiàn)行監(jiān)管法律，則是在鼓勵(lì)盜版，所以要提高警惕。
3D打印機(jī)已經(jīng)向我們走來，隨著3D打印技術(shù)的不斷發(fā)展，3D打印機(jī)將成為市場(chǎng)的主流，有可能涉及許多領(lǐng)域，政府、監(jiān)管者、企業(yè)經(jīng)營者、消費(fèi)者都應(yīng)該對(duì)它的應(yīng)用認(rèn)真思考。未來，3D打印機(jī)服務(wù)將會(huì)與發(fā)送電子郵件，即使短信通訊一樣普及;制造業(yè)將徹底擺脫集中式管理模式、大規(guī)模定制化將超越傳統(tǒng)的規(guī)模化生產(chǎn)方式;3D打印機(jī)在未來像電腦、照相機(jī)、微波爐一樣進(jìn)入千家萬戶，為我們的生活增添無窮樂趣。
作者簡(jiǎn)介：阿爾孜古麗·吾買爾，新疆沙雅縣人，1975年2月生，新疆工程學(xué)院機(jī)械工程系講師，工學(xué)碩士，研究方向?yàn)闄C(jī)械設(shè)計(jì)。