于宏洋
点击:2586 时间:2014-09-15 16:35
今年以来,三维打印(俗称“3D打印”)技术可谓“风起云涌”。各种有关3D打印的报道层出不穷,3D打印品也让人大开眼界不仅可以“打印”出一幢完整的建筑,甚至可以“打印”出人体的毛细血管,以至于可以用在航天飞机中给宇航员“打印”各种生活所需。
貌似神奇的“3D打印”技术,如今通过开源处理之后,逐渐走入日常生活。在工业设计、模具开发领域,“3D打印”尤为突出,而我们在日常生活中同样可以“打印”出各种千奇百怪的东西。未来,3D打印机的应用将会更加广泛。
这项只有25年历史的技术,被英国的《经济学人》周刊评价为“与其他数字化生产模式一起,推动第三次工业革命的实现”,美国《时代》周刊已将3D打印产业列为“十大增长最快的工业”。
A
要“打印”先“虚拟”?
建造3D模型很重要
从技术原理来看,与其说“3D打印”是一种打印技术,不如说是从“3D虚拟”到“3D构造”的过程。最关键的步骤,是需要在电脑中建立起三维模型。借助3D辅助设计软件,工程师们可以设计出一个个的3D模型,或者直接照着原型来设计,打印的材质不同而已。
随后打印的过程,就是一个“构造”的过程。之所以被称为“打印机”,是参照了其技术原理,3D打印是断层扫描的逆过程,断层扫描是把某个东西“切”成无数叠加的片,3D打印就是一片一片的打印,软件通过电脑辅助设计技术(CAD)完成一系列数字切片,并将这些切片的信息传送到3D打印机上。打印机会将连续的薄型层面堆叠起来,直到一个固态物体成型,成为一个立体物体。
因为分层加工的过程与喷墨打印十分相似,所以,也可以直接理解为“喷墨”。但3D打印机与传统打印机最大的区别,就是它使用的“墨水”是实实在在的原材料。
B
“打印”还是制造?
又一次工业革命的序幕
原材料需要凝固成型,需要在成型的区域喷洒一层特殊胶水,胶水液滴本身很小,且不易扩散,然后再喷洒一层均匀的粉末。在一层胶水一层粉末的交织下,实体模型将会被打印成型。
一般来说,从成型技术的区别看,3D打印机有两种类型,一种是堆叠法,一种是烧结。堆叠只能成型塑料、硅之类的材质,对固化反应速度有要求,而烧结可以利用激光的高温对金属粉末进行处理加工出金属材质的东西出来,实体可通过打磨、钻孔、电镀等方式进一步加工。
所以,“3D打印”说是打印,其实就是一种“制造”技术。难怪世界首个公布3D打印机开源数据信息的科学家英国工程学家阿德里安·鲍耶表示:“未来你想要什么,只需下载图纸,按一下‘打印’键,剩下的所有事,请统统交给打印机。”他甚至认为:“3D打印机将来不是要取代某一个制造业,而是要取代几乎所有的制造业。”
在钟表领域,陀飞轮是指1795年瑞士钟表大师Abraham-LouisBreguet发明的一种钟表调速装置,通过一种“旋转擒纵调速机构”是一个除了手表擒纵和设计,来提升机械表的精确度。由于其独特的运行方式,已经把钟表的动感艺术美发挥到登峰造极的地步,历来被誉为“表中之王”。即使到了现在,陀飞轮仍然会出现在一些奢侈品级别的手表中。
“陀飞轮是机械美感的最终体现。”钟表专家NicholasManousos说。由于陀飞轮的设计极其精妙复杂,其运行机制很难让人一下子看明白,Manousos决定使用3D打印技术创建一个放大了十倍尺寸的陀飞轮。
但是,为什么把只制造放大十倍的陀飞轮?Manousos说,这是在3D打印机当下的打印分辨率条件下所能制造的最大尺寸。“我们最终要打印的并不是座钟表,而是一个教学设备。”Manousos说。这件事说起来简单,据天 工社所知,Manousos花费了近三年的时间去设计,并制作10倍大的陀飞轮原型。最后的这件作品是根据乔GeorgeDaniels的同轴擒纵系统进行了对称变形,然后由一台Delta式3D打印机打印出所有零部件,并进行组装。Manousos使用PLA材料以200微米的精度打印了几乎所有陀飞轮的零件,唯一没有打印的部件是它的球轴承。
目前,Manousos将3D打印出来的10倍尺寸陀飞轮作为工艺品限量出售,如果您想拥有其中之一可以联系Manousos购买。“我们还可以根据每个客户的需求进行定制。”Manousos说。
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