【认识3D打印技术:如何走进你的生活】

知名苹果产品分析师郭明錤透露,Apple Watch Series 10从今年下半年开始采用由3D打印技术生产的部件。苹果在去年的Apple Watch Series 9上曾试验过3D打印部件,但并没有大规模量产,而在经过大量的测试之后,3D打印大规模生产的效率似乎已有大幅改善。

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据悉,苹果Apple Watch 3D打印机构件的供应商为铂力特,与先前不同的是,去年铂力特为设备供应商,今年则转变成零部件供应商。

苹果的供应商们已经开始实质性地采用这项技术来替代传统的CNC机加工方式进行生产,可以看出,3D打印技术正在得到更广泛的应用。苹果决定采用3D打印部件,成本优势可能是其中的重要因素,而率先用于Apple Watch,可能是这一产品在制造上没有苹果其他的硬件产品那么复杂。

过去近十年,3D打印仅在工业的某些特定领域中出现。关于3D打印的质量、材料、用户体验以及有限的应用场景等问题,一直存在争议,但这并未阻止3D打印技术的发展。在牙科及航空航天领域,3D打印新技术稳扎稳打,为行业实实在在降低了成本,提高了效率。

什么是3D打印技术?

传统的制造方法主要有两种 —— 等材制造工艺,即锻造和冲压同属塑性加工(或称压力加工),合称锻压:铸造是将液体金属浇铸到与零件形状相适应的空腔(称为铸模,材料可以是砂、金属甚至陶瓷)中,待其冷却凝固后,以获得零件或毛坯的方法;冲压是靠压力机和模具对板材、带材、管材和型材等施加外力,使之产生塑性变形或分离,从而获得所需形状和尺寸的工件(冲压件)的成形加工工艺。减材制造工艺,一般是指在数控机床上进行零件加工的工艺方法:车铣刨磨是四种基本的加工方式,包括车削加工、铣削加工、刨削加工、磨削加工,不同零件所需的加工方式不同,有的零件需使用其中多种方式才可完成零件的加工。

3D打印技术的原理主要基于“添加制造”的增材制造技术,它通过逐层堆叠材料的方式,将数字模型转化为物理模型实现物体的快速制造。在3D打印过程中,每一层都代表了打印机需要构建的一层物体的横截面。打印机根据数字模型的每一层信息,控制喷嘴、激光束或其他机械部件,将材料精确地堆积在正确的位置上。层间粘合是通过材料的熔化、固化或粘合来完成的,以确保整个物体的结构稳固。这种逐层堆积的方法允许制造出非常复杂的形状和结构,使得3D打印成为一种非常灵活和创新的制造技术。

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· 数字化设计模型:打印的第一步是创建一个数字化的设计模型。这个模型可以由计算机辅助设计(CAD)软件创建,也可以通过3D扫描仪扫描实物物体得到。CAD软件允许用户在计算机上创建、编辑和优化三维模型,这些模型可以代表任何形状和大小的物体。

· 切片:一旦有了数字模型,软件会将其切割成薄薄的层次,即切片。这些层次通常非常薄,可以是数十到数百微米的厚度。每一层都代表了打印机需要构建的一层物体的横截面。

· 逐层堆积:3D打印机按照这些切片逐层堆积材料来构建物体。根据不同的打印技术,这些材料可以是塑料丝、粉末、树脂等。打印机根据数字模型的每一层信息,控制喷嘴、激光束或其他机械部件,将材料精确地堆积在正确的位置上。

· 层间粘合:每一层的材料在被堆积后需要与下一层进行粘合,以确保整个物体的结构稳固。这可能通过材料的熔化、固化或粘· 合来完成,不同的打印技术有不同的层间粘合方式。

· 重复堆积:打印机重复这个逐层堆积的过程,直到所有层次都堆积完成,形成最终的三维物体。

3D打印技术称作“上上个世纪的思想,上个世纪的技术,这个世纪的市场”。1860年,法国人François Willème首次设计出一种多角度成像的方法获取物体的三维图像,并称这种技术为照相雕塑(Photosculpture),将24台照相机围成360度的圆同时进行拍摄,然后用与切割机相连接的比例绘图仪绘制模型轮廓。

1892年,Joseph Blanther首次在公开场合提出了“分层地形图”,发明了用蜡板层叠的方法制作等高线地形图的技术。1940年,Perera提出与Blanther不谋而合的设想,他提出可以沿等高线轮廓切割硬纸板然后层叠成型制作三维地形图的方法。增材制造就是沿袭了这个原理。
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