三大缺陷 让3D打印无法普及

近些年欧美等国对于3D打印技术的报道比比皆是,人们也在关注着这项划时代技术的发展,而该技术近期成为了主流科技媒体成天追逐报道的一种生产技术。也许在不远的将来,3D打印技术会将传统生产线推翻,从而最终找到自己的市场定位,但由于该技术还处于初期应用阶段,很多不稳定性让这一革新性的生产技术无法进行大规模的推广,市场也在随之观望。

伴随着电脑的日益普及,3D打印技术这种以数字模型文件为基础,运用粉末状金属或塑料等可粘合材料,通过逐层打印的方式来构造物体的技术逐渐兴起,它是站在个人电脑普及的技术上而逐渐被人们所熟知的。它无需机械加工或任何模具,就能直接从计算机图形数据中生成任何形状的零件,从而极大地缩短产品的研制周期,提高生产率和降低生产成本。但3D打印就是万能的么?其缺陷制约了产品的发展,导致人们无法将这种技术应用于现有生产力中。

3D打印每一层的打印过程分为两步,首先在需要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。然后是喷洒一层均匀的粉末,粉末遇到胶水会迅速固化黏结,而没有胶水的区域仍保持松散状态。这样在一层胶水一层粉末的交替下,实体模型将会被“打印”成型,打印完毕后只要扫除松散的粉末即可“刨”出模型,而剩余粉末还可循环利用。

打印耗材由传统的墨水、纸张转变为胶水、粉末,当然胶水和粉末都是经过处理的特殊材料,不仅对固化反应速度有要求,对于模型强度以及“打印”分辨率都有直接影响。3D打印技术能够实现600dpi分辨率,每层厚度只有0.01毫米,即使模型表面有文字或图片也能够清晰打印。受到喷打印原理的限制,打印速度势必不会很快,较先进的产品可以实现每小时25毫米高度的垂直速率,相比早期产品有10倍提升,而且可以利用有色胶水实现彩色打印,色彩深度高达24位。

由于打印精度高,打印出的模型品质自然不错。除了可以表现出外形曲线上的设计,结构以及运动部件也不在话下。如果用来打印机械装配图,齿轮、轴承、拉杆等都可以正常活动,而腔体、沟槽等形态特征位置准确,甚至可以满足装配要求,打印出的实体还可通过打磨、钻孔、电镀等方式进一步加工。同时粉末材料不限于砂型材料,还有弹性伸缩、高性能复合、熔模铸造等其它材料可供选择。

3D打印到底有何技术缺陷制约其发展呢?下面我们从材料工艺、数字化建模、产品应用等几方面来总结下3D打印的几点致命伤。

3D打印的材料使用

众所周知现阶段个人级用户使用的3D打印机大部分都使用的是塑料这一载体,而金属材料和生物材料的3D打印技术皆还停留在国家级实验室中,塑料的应用在多个方面无法让打印的出的产品具备较高的质量,产品的耐用性和可靠性无法与浇筑式、切割式产品相比较,虽然后者浪费的材料更多。

3D打印产品时将材料熔融后形成液态最终进行堆砌完成打印,每一根熔融状态下的材料皆成为丝状液体,由于喷嘴与外部温度的变化,这些熔融的丝线进行粘合最终变为一体,如果外界的温度发生细微的变化,熔融后成液体状态下的丝线无法进行预想中的粘合,最终导致材料整体的耐久性和可靠性的降低。

而金属温度的降低则更为困难,这关乎到金属氧化的进程,如果环境温度及条件控制的不完善,金属间的粘合将毫无作用,有时粘合处硬度过高,很容易发生碎裂的事件。

也许此时并非与材料无关,但每种材料熔融成液体后,想要达到完美的融合皆需要对环境进行严格的控制,也许同一种材质所含碳元素不同,最终打印出的产品也不能相同,材料的统一何其困难?

数字建模仍是少数人的专长

3D打印机使用的模型是使用辅助设计软件CAD来进行制作的,在计算机辅助设计中,AutoDesk公司推出的AutoCAD是功能比较强大的一种软件,适用范围很广,对一般建筑、机械、电子等方面的绘图设计,都是可以胜任的,是绝大多数工程设计人员都需要掌握的。

3D打印机支持的文件格式为STP,STL,SLC等三维立体图片都可以的。3D 打印机可以用各种原料打印三维模型,三维模型师使用3D 辅助设计软件,工程师设计出一个模型或原型之后,通过相关公司生产的3D打印机进行打印,打印的原料可以是有机或者无机的的材料,例如橡胶、塑料,不同的打印机厂商所提供的打印材质不同。

3D打印机既不需要用纸,也不需要用墨,而是通过电子制图、远程数据传输、激光扫描、材料熔化等一系列技术,使特定金属粉或者记忆材料熔化,并按照电子模型图的指示一层层重新叠加起来,最终把电子模型图变成实物。其优点是大大节省工业样品制作时间,且可以“打印”造型复杂的产品。因此许多专家认为,这种技术代表制造业发展新趋势。国内比较专业的三维模型制作公司很多,另外使用3Dmax,MAYA,等三维软件制作的模型也是可以通过格式的转换来最终为3D打印机来使用的。

提到数字建模让我们不禁头疼,这些软件在大学时为建筑系同学转有,与传统的办公软件相比,这些软件在技术方面对于普通人来说还是有较高的门槛的。

打印产品永远只停留在试用阶段

既然是产品,其耐久性和可靠性在前文材料方面我们已经阐述过相关观点,在此不再冗余重复,但由于耐久性和可靠性的欠缺,打印出的产品永远只能停留在试用阶段无法进行正常的售卖。

也许大家还记得前段时间,外国的大人使用3D打印机打印出一把可组合的手枪,但该产品在使用一次后即将面临报废,人们会使用这样一把随时可能威胁到自己生面的枪支去维护自己的权益么?答案肯定是否定的。

很多朋友此时会想到中国新一代飞机就使用的是3D打印出的零部件,如飞机这般高精密的产品都使用了3D打印的部件,这是否意味着能正常使用3D打印产品了么?答案是否定的,这些零部件仅仅是放在试用产品上,量产的飞机难道会使用这些耐久度不高的材料组装么?

医疗行业大家是想象的比较丰富,比如说骨头是不是打印一条或者是怎么样。如今国内已经有很多人已经在用3D打印了,比如说很多透明牙套,原来我们校正牙齿用的不锈钢这类的金属,而如今已经有一种新的透明的塑料牙齿套件,这种东西套在牙齿上,你看不出来,这个校正套是3D打印打出来的。

医疗领域里面当然很多,因为材料的缘故不可能打出很多东西,医疗领域不得不发展,因为医疗领域的骨头就一根,不会说这个骨头可以做一千万根,不可能批量生产,所以必须用3D打印。但是有材料的限制,刚才说的牙齿就是这样的,每个人的牙齿完全不一样,因为牙齿必须给我用,给别人没用,这就是医疗行业不得不发展的东西。当然也会去做更多进一步的,因为随着打印材料的变化以及打印精度的变化,可以做一些血管,还有呼吸道的一些产品,这些产品可以做通用部件的,这样就可能发展起来更快了。

总结:3D打印技术虽然是一个好技术,但如果人人都能在家生产出产品,是否在一定程度上消弱了大工厂的市场份额,但与此同时个人级用户生产出的产品是否在质量上有所把关?出售购买是否跳出了国家税务的监管?不解决上述问题,3D打印的产品仅是玩玩而已。

编辑:Julie
标签:3D打印缺陷

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