的模型之后进行打印美国哈佛大学闪族博物馆的两位研究人员通过3D打印修复了一个在3000年前被打碎的瓷器狮子(如图2.3所示)杭州铭展科技有限公司采用3D打印技术修复的天龙山石窟的石像(如图2.4所示)古文物的修复展示了3D打印技术在保存物质文化方面的作用。
图2.3 瓷狮子修复
图2.4 天龙山石窟的破损石像和复原石像对比图
2.10 在时尚界中的应用
3D打印技术在时尚界主要用于制作个性化的衣服鞋子等时尚品。目前,3D打印技术主要是应用尼龙蜡ABS聚碳酸酯金属和陶瓷等粉末材料,采用选择性激光烧结成型的技术制作衣服和鞋子,如美国Continuum Fashion工作室打印的3D时尚凉鞋(图2.5),首款3D打印礼服(图2.6),3D打印技术在时尚界引起轰动。
图2.5 时尚凉鞋
图2.6 时尚晚礼服
2.11 在日常生活中的应用
3D打印技术在日常生活用品中主要用于制作个性饰品,如个性笔筒手机外壳戒指以及各种饰品都可以通过3D打印技术打印出来.图2.7是3D打印一次性打印的音乐扩音器,该扩音器外壳电线膜片磁体都是打印的,它是一个集成的系统不是一个无源的部件,属于消费级别的电子产品。在未来的几年,这种个性化的生活品可能更加流行。
图2.7 音乐扩音器
2.12 IT应用
最近,迪士尼的一组研究人员利用3D打印技术在与有机玻璃同样效果的高透光塑料上,以低廉造价打印出了L C D屏幕与多种传感器,实现了I T应用中的新突破。利用3D打印光导管可以制造出高科技的国际象棋,这些国际象棋的棋子可以侦测并显示当前位置。尽管这种单色屏与日常生活中见到丰富多彩的显示屏相比有些微不足道,但其拥有3D打印技术成本低廉、制造工艺简单的优势。除了显示屏,利用3D打印技术还能够打印出多种传感器。这些传感器可以通过红外光来侦测触摸、振动等刺激,并将结果输出。3D打印技术必将为智慧生活和智慧城市创造出更多的IT应用。 2.13 在制造业的应用
3D打印技术在制造业主要用于控制大规模生产质量,降低传统制造业的制作成本,提高速度和精确度。从3D打印技术造出世界首艘3D打印皮划艇,并且成功下水开,到世界上首辆3D打印汽车Urbee在加拿大亮相,3D打印技术对传统制造业产生了一种颠覆性的变革 3D打印技术通过软件将材料一层层堆积制作出产品,无需对材料切割、锻打组装等工序,节约人力资源,提高了产品的生产效率。
近期,康奈尔大学创意机器人实验室HodLipson提出使用3D打印技术打印机器人的零部件,比如电池电线,甚至微处理器等,打印机不仅可以打印出形状随意的机器人,也可以一次性打印而成机器人所有的机械装置和内部部件,并在打印出来时就完全装配好,无需组装过程(如图2.8所示)打印机还可以打印出如图2.9所示的仅3克重的轻便型的机器人,该机器人制动翅膀在空中自由飞行可以持续90秒,除了发动机和电池,其他部分都是打印出来的。
图2.8 3D打印机器人
图2.9 轻便型机器人
3 3D打印技术的发展趋势
3D打印技术的应用将从以下三个方面深刻改变传统制造业形态
一是使制造工艺发生深刻变革。3D打印改变了通过对原材料进行切削、组装进行生产的加工模式,节省了材料和加工时间。例如,在航空航天工业领域中应用的金属部件通常是由高成本的固体钛加工而成的,90%的材料被切除掉,这些切削材料对于飞行器的制作是毫无利用价值的。空客的母公司欧洲宇航防务集团( EADS) 研究人员指出,这些用钛粉末打印出的部件与一个传统用固体钛加工出来的部件一样经久耐用,但节省了90%的原材料。
二是带动制造技术的重大飞跃。3D打印技术是一门综合应用CAD/CAM技术、激光技术、光化学、控制、网络以及材料科学等诸多方面技术和知识的高新技术。3D打印技术的不断成熟将推动新材料技术和智能制造技术实现大的飞跃,从而带动相关产业的发展。
三是使制造模式发生革命性变化。3D打印将可能改变第二次工业革命产生的、以装配生产线为代表的大规模生产方式,使产品生产向个性化、定制化转变。3D打印机的推广应用将缩短产品推向市场的时间,消费者只要简单下载设计图,在数小时内通过3D打印机就可将产品“打印”出来,从而不需要大规模生产线,不需要大量的生产工人,不需要库存大量的零部件,即所谓的“社会化制造”。“社会化制造”的另一优势是通过制造资源网和互联网,快速建立高效的供应链、市场销售和用户服务网,这是实现敏捷制造、精益制造和可持续发展的一种生产模式。
随着智能制造的进一步发展成熟,新的信息技术、控制技术、材料技术等不断被广泛应
用到制造领域,3D打印技术也将被推向更高的层面。未来,3D打印技术的发展将体现出精密化、智能化、通用化以及便捷化等主要趋势。
提升3D打印的速度、效率和精度,开拓并行打印、连续打印、大件打印、多材料打印的工艺方法,提高成品的表面质量、力学和物理性能,以实现直接面向产品的制造;开发更为多样的3D打印材料,如智能材料、功能梯度材料、纳米材料、非均质材料及复合材料等,特别是金属材料直接成型技术有可能成为今后研究与应用的又一个热点;3D打印机的体积小型化、桌面化,成本更低廉,操作更简便,更加适应分布化生产、设计与制造一体化的需求以及家庭日常应用的需求;软件集成化,实现CAD/CAPP/RP的一体化,使设计软件和生产控制软件能够无缝对接,实现设计者直接联网控制的远程在线制造;拓展3D打印技术在生物医学、建筑、车辆、服装等更多行业领域的创造性应用。
随着3D打印技术的发展,3D制作成本不断下降,制作精度进一步提高,在弥补传统工业不足的同时带动传统印刷产业的发展,3D打印技术已在市场上形成不可阻挡的发展趋势 此外,3D打印机具有灵活性轻便性移动性,操作员可以通过网络发出指令,产品可以在不同的地方生产并配送给客户,颠覆了传统的生产时间和地点不易改变得观念,也颠覆了传统的供应链分销网的部署格局,可以实现真正的云制造。在未来的几年,也许一款款新的手机或者智能机器人,可以通过3D打印机完成材料打印、材料组合、产品组装整个制造过程。
4 总结
作为一种新兴的技术类型,可以预见在今后很长一段时间内3D打印仍然将被人们广泛关注。由于看好3D打印技术所表现出来的广阔的应用前景,许多国家纷纷出台本国的3D打印发展规划,布局3D打印产业。
在不久的将来,随着3D打印技术的进一步完善,不仅会从根本上改变延续近百年的现代制造业模式,而且会从各个方面影响着人类的生活方式。届时,人类的想象力将不再受到制造工艺的束缚,创造力会得到空前的激发,社会上将会涌现大量设计品牌,用户的个性化需求得到前所未有的满足,人们只需要一台3D打印机就可以将自己的创意变为产品。 参考文献
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