了解 3D 打印技术

从设计原型到假肢身体部位，3D 打印正在为制造创造新的可能性。 3D 打印机目前可以生产从砂铸件到钛合金牙种植体和涡轮叶片的所有产品。上图中的鸭子 Buttercup 出生时脚部畸形，导致她无法行走。借助定制的 3D 打印假肢，Buttercup 现在可以正常行走了。

在仔细研究 3D 打印或正式称为“增材制造”之前，让我们先来看看传统的，或者有时称为“减材制造”。就切割塑料而言，这种类型的传统制造是 Craftech 有能力做的事情。在减材制造中，塑料片材或塑料棒材被削薄以生产成品紧固件。

切割钢铁等金属提出了更大的挑战。 当我们切割钢材时，紧固件通常会在 CNC 铣床上花费一些时间，在那里它们被硬质合金立铣刀切割成形状。机器必须特别坚固以保持严格的公差。举例来说，我们的一个工厂，按照行业标准是小型工厂，重约 26,000 磅。它使用 35 马力电机并具有刚性箱体方式。当机器处于战斗修剪状态时，它可以轻松固定千分之一英寸。保持十分之一也不是不可能的，因为主轴和滚珠丝杠被冷却到一致的温度，高压冷却液可以通过主轴，让我们可以做像枪钻这样的事情。像这样的工厂，如果今天购买，将花费大约 350,000-400,000 美元。其工作范围约为 20”x40”x26” 高。任何对这些野兽进行编程和运行的人最终都会问同样的问题：为什么机器不能简单地放下或将金属层融合成成品？那不是更简单吗？这就是 3D 打印的用武之地。

在进行 3D 打印项目时，首先需要访问 3D 建模程序，例如 Solidworks 或 Inventor。 这样的程序制作的实体模型，以及Sieman's NX或Pro-E等价格较高的程序，都可以以 STL（立体光刻）格式输出。 “立体光刻”一词于 1984 年由查尔斯·W·赫尔（Charles W. Hull）获得专利，他是现代 3D 打印语言的发明者。该术语被定义为“通过创建要形成的物体的横截面图案来生成三维物体的系统”。

3D 打印的最初目标是能够以极高的精度制造极小的物体。这个过程称为微加工。在某种程度上，3D 打印是工厂和 EDM 机械中使用的 CNC 定位系统与该技术相结合的产物，该技术主要来自半导体行业，其中涉及使用光束干扰印刷电路板上的抗蚀剂层，从而产生3d特征。这种早期的 3D 打印技术本质上是光刻技术。

不久之后，LIGA 等各种工艺就可以非常准确地构建真实的 3D 结构。例如，一个 70 um 高的蜂窝结构是用 8 um 厚的单元壁建造的。其他物品，例如全功能泵、锁等，也已通过这种方式建造。

一旦开发了这些技术，就为生产更大的产品奠定了基础。 现在让我们来看看为宏观打印或具有一定质量的可见物体的 3D 打印而开发的前三项技术。

1) 熔融沉积建模 (FDM)

这种方法实际上是一种挤压，通常用于制造 ABS 或其他塑料模型。 它也可以用于共晶金属甚至可食用物质。使用 FDM 的机器相对便宜。对于那些对准确性不是一个重要因素的人来说，甚至还有自己动手做的工具包。你们中的一些人可能熟悉 MakerBot，一种常见的 FDM 机器。

2) 直接金属激光烧结 (DMLS)

几乎任何金属合金都可用于通过这种 3D 打印技术制作模型。构建后问题削弱了这些依赖光束烧结的任何添加剂方法的一些有效性。这只是他们需要构建后固化以确保模型的颗粒以至少在强度上与所使用的实际金属相当接近的方式粘附。这也意味着更多的后期构建时间。为了弥补不完美的粘合和/或尺寸，一些制造商没有结合增材和减材技术来生产成品的生产单位。假设您要制作高公差零件，例如搪瓷覆盖的金属牙齿或部分板。首先形成金属物品。然后，无需进行物理移动，随着所有精度的损失，该项目只需滑到减法（铣削）单元，在那里去除最后的千分之几，并完成任何抛光或其他机械精加工。诚然，这是两种技术的过渡和尴尬融合。最终，增材制造单元将逐个原子地铺设每一层，消除任何类型的精加工的需要。

3) 选择性激光烧结 (SLS)

这个过程也是在 1980 年代中期开发的。它能够烧结金属和塑料。另一方面，选择性激光熔化 (SLM) 不依赖于烧结。相反，它会在足够高的温度下熔化材料，从而通过该过程形成完全成型、致密且坚固的物体。然后是 EBM，或电子束熔化。该过程在高真空中进行，主要用于形成全致密、坚固的钛零件。它使用电子束熔化细线，从而铺设一层又一层的金属。它也是最准确的过程之一。然而，购买一个足够强大甚至可以生产小型模具型腔和型芯的设备可能会使购买者花费 500,000 美元或更多。今天更普遍的是小型桌面 3D 挤压式打印机。

还必须提到 3D 扫描仪是 3D 建模和打印不可或缺的辅助工具。 有点像相机和数字化仪合二为一，它可以足够准确地扫描对象，从而可以立即将其转换为模型。曾几何时，准确扫描物体测量值的唯一方法是使用坐标测量机或 CMM。就在十年前，这些机器的成本远远超过 100,000 美元。尽管它们在工具制造车间和其他要求精度在十分之一（.0001 英寸或约 1/4 微米）以内的地方仍然占有一席之地，但许多模型可以使用这些新的、相对便宜的 3D 扫描仪进行扫描。毫无疑问，有人也在研究一种扫描仪，它会告诉潜在买家他们在线购买的毛衣是否合身！ 无论如何，增材制造和 3D 扫描领域目前显示出无限的前景。

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