3D打印的優(yōu)勢(shì)之一總結(jié)為兩個(gè)詞：快速原型。
快速原型制造本質(zhì)上是在盡可能短的時(shí)間內(nèi)設(shè)計(jì)，制造和測(cè)試定制零件的能力，然后能夠輕松修改設(shè)計(jì)而不會(huì)對(duì)制造過(guò)程的速度產(chǎn)生不利影響。
在3D打印作為主流制造工藝存在之前，原型制造需要數(shù)周時(shí)間。每次進(jìn)行更改，都需要再過(guò)幾周才能制造出經(jīng)過(guò)修改的設(shè)計(jì)。加上運(yùn)輸時(shí)間，從頭到尾完全開發(fā)產(chǎn)品可能需要一年的時(shí)間。
進(jìn)入現(xiàn)代3D打印：企業(yè)現(xiàn)在能夠設(shè)計(jì)零件，在專業(yè)3D打印機(jī)內(nèi)部制造，然后在幾天（有時(shí)甚至更少）的空間內(nèi)進(jìn)行測(cè)試。這意味著從開始到結(jié)束有效地對(duì)零件進(jìn)行原型制作所需的時(shí)間幾乎都沒(méi)有了！
我們也不要忘記這些小家伙。由于桌面3D打印機(jī)的出現(xiàn)，制造商，業(yè)余愛好者和愛好者現(xiàn)在幾乎可以創(chuàng)造任何東西。他們可以隨心所欲地創(chuàng)造，而不需要裝滿機(jī)器的倉(cāng)庫(kù)。他們也沒(méi)有與外包復(fù)雜的制造業(yè)工作相關(guān)的巨大交貨時(shí)間。對(duì)于這些3D打印用戶而言，快速原型設(shè)計(jì)具有全新的意義：它們不受訂單的限制，可以輕松定制任何內(nèi)容和所有內(nèi)容，并且能夠與其他人共享或銷售他們獨(dú)特的設(shè)計(jì)。一臺(tái)3D打印機(jī)，就在他們的家中或工作室。
這并不是說(shuō)在速度方面沒(méi)有3D打印的限制。從本質(zhì)上講，逐層過(guò)程每個(gè)部分具有固定的時(shí)間，這意味著單個(gè)組件將始終與一個(gè)組件創(chuàng)建完全相同的時(shí)間。通過(guò)注塑成型等系統(tǒng)，在創(chuàng)建合適的工具和模具所需的初始投入時(shí)間之后，系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，并且零件可以快速批量生產(chǎn)。這顯著減少了每個(gè)部件所需的時(shí)間。
因此，對(duì)于小批量生產(chǎn)和原型設(shè)計(jì)，就速度而言，3D打印是選擇之一。
大眾還專注于通過(guò)3D打印來(lái)提高機(jī)動(dòng)性。桌面3D打印機(jī)是創(chuàng)建工具和設(shè)備的主要工具。大型機(jī)器現(xiàn)在將金屬3D打印引入到最終用途部件的生產(chǎn)中。該公司發(fā)布了有關(guān)金屬部件的工作，包括惠普的大規(guī)模生產(chǎn)技術(shù)和先進(jìn)工具和備件的工業(yè)3D打印。
“3D打印機(jī)短期內(nèi)可能無(wú)法生產(chǎn)整車，但3D打印機(jī)部件的數(shù)量和大小將顯著增加。我們的目標(biāo)是盡快將印刷部件集成到下一代車輛中。從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，我們預(yù)計(jì)單位數(shù)量、零件尺寸和技術(shù)要求將繼續(xù)增加-每年最多可增加100 000多個(gè)足球尺寸部件。大眾汽車技術(shù)規(guī)劃主管馬丁·戈德博士在宣布將惠普金屬噴射技術(shù)整合到運(yùn)營(yíng)中時(shí)說(shuō)。
Bugatti、Chrysler、GeneralMotors、Honda、Kia、Porsche、Toyota。隨著傳統(tǒng)汽車制造商使用3D打印，該列表繼續(xù)。去年，戴姆勒宣布計(jì)劃為其北美戴姆勒卡車業(yè)務(wù)提供塑料替換件的三維打印，為梅賽德斯-奔馳卡車業(yè)務(wù)提供金屬三維打印。奧迪在3D打印方面有著悠久的經(jīng)驗(yàn)，它于2016年11月成立了3D打印技術(shù)中心，并繼續(xù)投資于這項(xiàng)技術(shù)，例如與EOS合作。
附加材料制造也為汽車制造提供了一種新的方法。年輕公司圍繞這項(xiàng)技術(shù)引入了新的汽車概念。幾年前，當(dāng)?shù)仄嚬镜腟trati展示了大規(guī)模3D打印的威力時(shí)，一輛全3D打印的汽車出現(xiàn)了，而Diverent3D刀片則為超級(jí)跑車提供了3D打印。
隨著邁凱輪和497車隊(duì)采用這項(xiàng)技術(shù)，賽車公司也在加速3D打印。像方向盤這樣的部件，可以在3D中打印，以適應(yīng)特定司機(jī)的手和手柄，以及相機(jī)頭盔附件，使駕駛體驗(yàn)更加流線型和個(gè)性化。
3D打印將繼續(xù)越來(lái)越融入汽車應(yīng)用。工程師和生產(chǎn)線工人越來(lái)越信任和依賴額外的材料制造。隨著數(shù)以百萬(wàn)計(jì)的部件被打印出來(lái)并在3D中使用，汽車工業(yè)將繼續(xù)加速它的應(yīng)用。對(duì)于更多的汽車3D打印的需求來(lái)說(shuō)，前進(jìn)的道路是顯而易見的，因?yàn)樵摷夹g(shù)具有競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)和不斷增長(zhǎng)的跟上競(jìng)

金屬3D打印技術(shù)及其專用電源的研究進(jìn)展
近年來(lái)，3D打印技術(shù)逐漸應(yīng)用于實(shí)際產(chǎn)品的制造，特別是金屬材料的制造。在國(guó)防領(lǐng)域，歐美發(fā)達(dá)國(guó)家重視3D印刷技術(shù)的發(fā)展，投入大量資金研究，3D印刷金屬部件一直是研究和應(yīng)用的重點(diǎn)。它不能打印模具、自行車、槍支等武器，甚至不能打印汽車、飛機(jī)等大型設(shè)備。三維打印作為一種新的制造技術(shù)，在設(shè)備設(shè)計(jì)與制造、設(shè)備保障、航空航天等領(lǐng)域顯示出了非常廣闊的應(yīng)用前景，并顯示出強(qiáng)大的發(fā)展勢(shì)頭。
1 3D打印概述
1.1 基本概述
3D打印技術(shù)的核心思想起源于19世紀(jì)末的美國(guó)，但直到20世紀(jì)80年代中期才形成。1986年，美國(guó)查爾斯·赫爾發(fā)明了臺(tái)3D打印機(jī)。3D打印技術(shù)于1991年在中國(guó)開始研究。大約在2000年，這些過(guò)程開始從實(shí)驗(yàn)室研究到工程和生產(chǎn)逐漸發(fā)展。當(dāng)時(shí)，它的名字是快速原型技術(shù)（RP），這是在開發(fā)樣本之前的物理模型。現(xiàn)在又被稱為快速成型技術(shù)，材料加成制造。但為了方便公眾接受，這種新技術(shù)統(tǒng)稱為3D打印。三維打印是一種基于數(shù)字模型設(shè)計(jì)的快速成型技術(shù)，三維物體的生成技術(shù)是利用金屬粉末或樹脂等粘合材料層層“增料”印刷而成。3D打印被稱為“上個(gè)世紀(jì)的思想和技術(shù)，本世紀(jì)的市場(chǎng)”。
1.2 3D打印特點(diǎn)
1)精度高。目前，3D打印裝置的精度可以控制在0.3mm以下。
2）短周期。3D打印不需要模具的制造工藝，大大縮短了模型的生產(chǎn)時(shí)間。一般來(lái)說(shuō)，模型可以在幾小時(shí)甚至幾十分鐘內(nèi)打印出來(lái)。
3)個(gè)性化。3D打印對(duì)打印模型的數(shù)量沒(méi)有限制，無(wú)論是否可以以相同的成本進(jìn)行一個(gè)或多個(gè)打印。
4）材料的多樣性。3D打印系統(tǒng)可以打印不同的材料，這些材料的多樣性可以滿足不同領(lǐng)域的需要。
5)成本相對(duì)較低。雖然目前3D打印系統(tǒng)和3D打印材料相對(duì)昂貴，但如果用于制作個(gè)性化產(chǎn)品，其生產(chǎn)成本相對(duì)較低。
2 金屬3D打印技術(shù)
金屬零件三維打印技術(shù)是整個(gè)三維打印系統(tǒng)中進(jìn)、最有潛力的技術(shù)，是先進(jìn)制造技術(shù)的重要發(fā)展方向。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和普及應(yīng)用的需要，利用快速成型直接制造金屬功能零件已成為快速成型的主要發(fā)展方向。目前，直接制造金屬功能件的快速成型方法主要有：選擇性激光熔接（SLM）、電子束選擇性熔接（EBSM）、激光工程網(wǎng)成型（透鏡）等。
2.1激光工程清潔成形技術(shù)（透鏡）。
透鏡是桑迪亞國(guó)家實(shí)驗(yàn)室提出的一種新的快速成型技術(shù)。它的特點(diǎn)是直接制造具有復(fù)雜形狀結(jié)構(gòu)的金屬功能零件或模具；多種可加工金屬或合金材料可以實(shí)現(xiàn)非均勻材料零件的制造；便于加工熔點(diǎn)高、加工難度大的材料。
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透鏡是在激光熔覆技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的金屬零件三維打印技術(shù)。所述金屬粉末采用中強(qiáng)激光同步熔化，并按預(yù)定軌跡逐層沉積在基片上，最終形成金屬零件。1999年，Lens Technology被評(píng)為美國(guó)工業(yè)“創(chuàng)意的25項(xiàng)技術(shù)”之一。國(guó)外學(xué)者對(duì)透鏡法制備的奧氏體不銹鋼試樣的硬度分布進(jìn)行了研究。結(jié)果表明，試樣的維氏硬度隨加工層數(shù)的增加而降低。
采用透鏡法制備了承重植入體的多孔梯度結(jié)構(gòu)。所用材料為鎳、鈦等與人體相容性好的合金。植入物的孔隙率為70%，植入物的使用壽命為7-12年。克里希納等人。用Ti6Al4V和CoCrMo合金制備了多孔生物植入體，并對(duì)其力學(xué)性能進(jìn)行了研究。結(jié)果表明，當(dāng)孔隙率為10%時(shí)，楊氏模量可達(dá)90 GPa；當(dāng)孔隙率為70%時(shí)，楊氏模量降至2 GPa。張等。制備了網(wǎng)狀鐵基（Fe-B-Cr-C-Mn-Mo-W-Zr）金屬玻璃（MG）模塊，發(fā)現(xiàn)MG的顯微硬度達(dá)到9.52GPA。采用LNS法對(duì)GTD-111定向凝固高溫合金進(jìn)行了修復(fù).采用透鏡法制備了國(guó)產(chǎn)薛春芳及其它具有良好組織、顯微硬度和力學(xué)性能的鈷基高溫合金薄壁件。通過(guò)透鏡工藝形成非變形Ni-Cu-Sn合金試樣。

金屬粉末行業(yè)聯(lián)合會(huì)發(fā)布增材制造標(biāo)準(zhǔn)
最近，全球金屬粉末工業(yè)聯(lián)合會(huì)（MPIF）發(fā)布了《金屬添加制造粉末表征標(biāo)準(zhǔn)綱要》。該文件匯編了九種與金屬粉末原料有關(guān)的現(xiàn)有測(cè)試方法，以幫助設(shè)計(jì)者和制造商“澄清技術(shù)，幫助企業(yè)”。
擁有粉末冶金50多年
MPIF成立于1944年，是第二次世界大戰(zhàn)結(jié)束時(shí)總部設(shè)在新澤西州普林斯頓的一個(gè)非營(yíng)利組織。目前，協(xié)會(huì)由六個(gè)行業(yè)協(xié)會(huì)組成，包括金屬成型協(xié)會(huì)、耐火金屬協(xié)會(huì)和金屬添加劑制造協(xié)會(huì)。其成員包括HP、LPW、GE添加劑、Exone和桌面金屬。
總體來(lái)說(shuō)，MPIF是為了滿足這些行業(yè)的利益，通過(guò)一系列的資源、活動(dòng)和培訓(xùn)來(lái)幫助員工了解情況。
它的粉末冶金基礎(chǔ)短期課程，包括添加劑制造模塊，被稱為“粉末冶金行業(yè)最長(zhǎng)的操作流程”，已經(jīng)活躍了50多年。
金屬合金粉末。
確保粉末與流動(dòng)一致
MPIF最近出版的系列包含粉末樣品制備、材料純度、流動(dòng)特性、粒度和粉末包裝的標(biāo)準(zhǔn)。例如，MPIF標(biāo)準(zhǔn)02描述了一種檢測(cè)金屬粉末中氧、碳和硫等雜質(zhì)的方法。作為MPIF的詳細(xì)信息，“通常，本試驗(yàn)中獲得的主要信息是粉末中含有的易氧化物的量。如果粉末含有明顯的水分，也可以顯示出來(lái)?！皽y(cè)試完成決定了可能影響合金質(zhì)量和總體工藝控制的因素。
打破傳統(tǒng)打印模式
“隨著個(gè)人終端用戶液態(tài)金屬印刷設(shè)備的設(shè)計(jì)、制造和進(jìn)入市場(chǎng)，意味著打印機(jī)領(lǐng)域電子電路制造模式的新時(shí)代的開啟。劉靜說(shuō)印刷技術(shù)將廣泛用于家庭、辦公室、學(xué)校、工廠甚至工業(yè)設(shè)計(jì)、藝術(shù)探索、文化創(chuàng)意和其他應(yīng)用。
目前，以劉靜為首的研究團(tuán)隊(duì)在近10個(gè)領(lǐng)域探索了液態(tài)金屬電子打印機(jī)的發(fā)展和應(yīng)用價(jià)值。液態(tài)金屬印刷機(jī)可以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的大面積柔性印刷電路板、電子傳感器、電子藝術(shù)、電子裝飾、電子建筑設(shè)計(jì)、人物肖像、電路單元、電子賀卡。“實(shí)時(shí)印刷和制作電子圖案，甚至功能齊全。電子設(shè)備。“劉靜說(shuō)。
值得一提的是，在本屆展會(huì)上發(fā)布的液態(tài)金屬噴墨打印設(shè)備、室溫金屬3D打印機(jī)、液態(tài)金屬打印耗材、柔性電子設(shè)計(jì)服務(wù)和應(yīng)用等新產(chǎn)品和新技術(shù)，能夠快速制造出電子電路在任意材料和表面上，也吸引了大量的國(guó)內(nèi)外工人。制造商、知名投資機(jī)構(gòu)和政府部門的關(guān)注。
我們將向中關(guān)村的創(chuàng)始成員推薦液態(tài)金屬打印機(jī)，這樣神奇的是，可以在樹葉上甚至在磚上實(shí)現(xiàn)印刷功能，為北京的文化創(chuàng)意產(chǎn)業(yè)和其他行業(yè)的發(fā)展提供更有力的技術(shù)支持?！爸嘘P(guān)村管委會(huì)有關(guān)人員向筆者介紹了這一點(diǎn)。
劉靜解釋說(shuō)，這是因?yàn)橐簯B(tài)金屬打印機(jī)徹底改變了傳統(tǒng)的技術(shù)模式，打破了個(gè)人電子制造的技術(shù)瓶頸和障礙，使打印機(jī)能夠以低成本迅速和隨意地制造電子電路。