袁野制圖(SLA的打印原理)

　　編者按

　　前段時(shí)間上映的電影《十二生肖》有這樣一個(gè)畫面：成龍飾演的盜賊，用掃描手套對(duì)獸首珍寶做了全方位掃描，同一時(shí)間、另一地點(diǎn)，一臺(tái)“神機(jī)”就將一模一樣的獸首復(fù)制品打印了出來。

　　沈陽(yáng)網(wǎng)訊 這部“神機(jī)”就是備受矚目的“3D打印機(jī)”。隨著科技的發(fā)展，3D技術(shù)也更接近生活，但它還不是人們觸手可得的，究竟什么是“3D打印”？“3D打印”的原理是什么？這種技術(shù)離我們的日常生活還有多遠(yuǎn)？下面，沈陽(yáng)制造帶大家一探究竟。

　　A【記者探秘】

　　遠(yuǎn)看像普通機(jī)床

　　5月25日，記者在沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院見到了傳說中的3D打印設(shè)備。

　　設(shè)備高將近2米，寬約1.5米，遠(yuǎn)看就像一臺(tái)普通機(jī)床，白藍(lán)兩色的外殼，有液晶顯示屏，開關(guān)按鈕，調(diào)試按鈕等。但打開這臺(tái)機(jī)器，它的與眾不同馬上就顯現(xiàn)出來了。它的內(nèi)部有一個(gè)手臂一樣的工作頭，封閉的空間里固定著一個(gè)工作臺(tái)，工作的時(shí)候工作頭里會(huì)輸出耗材，并在工作臺(tái)上一層一層做出產(chǎn)品。遺憾的是記者去采訪的當(dāng)天3D設(shè)備沒有開啟，記者沒能看到它工作的過程。

　　B【名稱解密】

　　叫“3D”與生產(chǎn)原理無關(guān)

　　沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)創(chuàng)新設(shè)計(jì)中心原型驗(yàn)證部部長(zhǎng)徐有倉(cāng)告訴記者，3D打印技術(shù)又叫快速成型技術(shù)，其實(shí)是增材制造的俗稱，其核心是數(shù)字化、智能制造與材料科學(xué)的結(jié)合。它之所以叫3D打印，與制造方法無關(guān)。1982年，在紫外線設(shè)備生產(chǎn)企業(yè)任職的美國(guó)人胡爾，將一種液態(tài)光敏樹脂倒入大容器中，在容器里放置一個(gè)升降平臺(tái)，容器上方的紫外激光器根據(jù)計(jì)算機(jī)指令照射液面，所到之處，材料會(huì)發(fā)生光聚合反應(yīng)，迅速?gòu)囊簯B(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)，當(dāng)一層打印完成后，未被照射的地方仍保持液態(tài)，此時(shí)在液面以下0.05毫米到0.15毫米的升降平臺(tái)會(huì)下降一層，激光器開始打印第二層。這個(gè)過程不斷重復(fù)，直到整個(gè)物件制造完畢。這項(xiàng)立體光刻(SLA)技術(shù)就是最早的3D打印。后來他成立了3D Systems公司，這項(xiàng)技術(shù)就被稱為了“3D技術(shù)”。

　　與傳統(tǒng)上對(duì)原材料進(jìn)行削切的減材制造相反，3D打印好比用磚頭砌墻，通過液體光固、金屬激光焊接、粉末黏合的方式將材料逐層增加，最后增加成一個(gè)三維物件。

　　C【技術(shù)革命】

　　3D技術(shù)帶來設(shè)計(jì)“革命”

　　在工業(yè)大學(xué)的3D打印機(jī)旁放著小型螺旋槳、小球、沙盤模型等，這些都是3D打印機(jī)用類似石膏粉末一樣的材料生產(chǎn)出的實(shí)物，一千克的成本約1500元。

　　一個(gè)產(chǎn)品問世經(jīng)歷了設(shè)計(jì)師思想——模具——批量生產(chǎn)過程。其中，模具介于設(shè)計(jì)師思想與產(chǎn)品成為現(xiàn)實(shí)之間，是一個(gè)中介。然而，做成模具的費(fèi)用是一筆不小數(shù)字。行業(yè)認(rèn)為，因產(chǎn)品不同模具成本也相差巨大，有的一個(gè)模具成本達(dá)數(shù)千萬(wàn)元，甚至上億元。因此，設(shè)計(jì)上失敗，就意味著巨額損失，這就為設(shè)計(jì)師設(shè)置了沉重的思想枷鎖。3D打印技術(shù)用低成本做出原圖驗(yàn)證，把設(shè)計(jì)成本降到了最低，讓設(shè)計(jì)者的設(shè)計(jì)思想獲得解放，無疑帶來了設(shè)計(jì)上的“革命”。

　　“之前我們?yōu)樯蜿?yáng)一家科學(xué)儀器公司設(shè)計(jì)了一款色普分析儀，一年半的時(shí)間我們花費(fèi)了將近4萬(wàn)元，在對(duì)方的要求下做出來一個(gè)設(shè)計(jì)的模型，但客戶對(duì)模型不滿意——模型和設(shè)計(jì)圖不一樣。使用3D打印機(jī)后，沒有幾天時(shí)間，模型設(shè)計(jì)出來子?？蛻艨吹胶?，眼睛都亮了，馬上付了設(shè)計(jì)款，我們花費(fèi)全部成本還不到400元。”徐有倉(cāng)說，3D打印技術(shù)在工業(yè)革命中其實(shí)是給人一種革命式的思維，沒有成本壓力下的設(shè)計(jì)，讓人的設(shè)計(jì)思想更自由，更容易實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新。

　　D【沈陽(yáng)制造】

　　11年前開始研發(fā)3D技術(shù)

　　沈陽(yáng)新松機(jī)器人自動(dòng)化股份公司高端裝備與3D打印技術(shù)事業(yè)部總經(jīng)理劉長(zhǎng)勇告訴記者，公司從2002年就開始自主研發(fā)快速成型技術(shù)，2007年掌握了激光熔覆關(guān)鍵技術(shù)，將業(yè)務(wù)范圍成功開拓到激光再制造領(lǐng)域?！爱?dāng)年我們的產(chǎn)品就被高端汽車制造商用于汽車模具的修復(fù)。汽車模具用久了會(huì)有損壞，再開模具做一套要花費(fèi)幾千萬(wàn)元，甚至上億元，但使用我們的3D打印機(jī)，能直接用金屬粉通過高功率激光器進(jìn)行修復(fù)，費(fèi)用還不到傳統(tǒng)生產(chǎn)的十分之一。”

　　2012年下半年，公司又成功研制出激光快速成型系統(tǒng)，能生產(chǎn)出航空航天領(lǐng)域的多個(gè)主承力構(gòu)件、發(fā)動(dòng)機(jī)葉片等。

　　目前，新松公司已擁有一般激光3D成型技術(shù)，產(chǎn)品可用于新產(chǎn)品外觀驗(yàn)證、設(shè)計(jì)驗(yàn)證、功能驗(yàn)證、新產(chǎn)品樣件、工程分析等，以及激光快速直接成型制造技術(shù)，可直接或間接制造出有完全使用功能的金屬部件等。另外金屬顆粒更細(xì)小的金屬絲快速成型技術(shù)也在研發(fā)過程中。去年，公司與3D技術(shù)相關(guān)產(chǎn)品的合同累計(jì)金額已超過5000萬(wàn)元。

　　劉長(zhǎng)勇說，3D打印技術(shù)在沈陽(yáng)，甚至在中國(guó)還屬于新興產(chǎn)業(yè)，但在美國(guó)，上世紀(jì)80年代末，它就已經(jīng)應(yīng)用在了設(shè)計(jì)驗(yàn)證上。不需要模具，可以直接進(jìn)行樣品原型制造，除了縮短了從圖紙到實(shí)物的時(shí)間、節(jié)省花費(fèi)，樣品原型驗(yàn)證更方便了對(duì)設(shè)計(jì)改進(jìn)和創(chuàng)新，可以說它為美國(guó)設(shè)計(jì)領(lǐng)域的飛速發(fā)展提供了有力支撐。

　　他還表示，快速制造領(lǐng)域國(guó)際權(quán)威報(bào)告《沃勒斯報(bào)告2012》顯示，截至2011年，全球累計(jì)銷售4.9萬(wàn)臺(tái)工業(yè)級(jí)3D打印機(jī)，其中近四分之三由美國(guó)制造，中國(guó)生產(chǎn)的設(shè)備只占3.6%。這說明中國(guó)的3D打印技術(shù)還要走很長(zhǎng)、很艱苦的路。

　　E【專家解析】

　　是對(duì)傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的補(bǔ)充

　　3D打印技術(shù)開始熱起來，源于2012年奧巴馬美國(guó)總統(tǒng)競(jìng)選綱領(lǐng)。他提出了美國(guó)要未來發(fā)展兩大技術(shù)，一個(gè)是機(jī)器人制造技術(shù)，另一個(gè)就是3D打印技術(shù)。此后，3D打印技術(shù)開始在中國(guó)熱起來。

　　沈陽(yáng)新松機(jī)器人自動(dòng)化股份公司總裁曲道奎表示，目前，整個(gè)世界范圍3D打印技術(shù)還處于成長(zhǎng)階段。設(shè)備結(jié)構(gòu)、控制系統(tǒng)及3D打印技術(shù)軟件、工藝及材料等諸多課題都有待突破，其產(chǎn)業(yè)化和市場(chǎng)化還需要一段時(shí)間。除了這些3D打印技術(shù)還存在著成本高效率低等不足，所以它只適應(yīng)于價(jià)格不敏感、量小、工藝結(jié)構(gòu)復(fù)雜的特殊行業(yè)。就現(xiàn)代化大批量生產(chǎn)制造而言，傳統(tǒng)制造模式還遠(yuǎn)優(yōu)于這種技術(shù)。嚴(yán)格來講，3D打印制造的只是飛機(jī)和汽車的外殼及零部件，至于飛機(jī)和汽車中的精密儀器，如集成電路，用目前的3D打印技術(shù)顯然是難以實(shí)現(xiàn)的。

　　當(dāng)然，作為一種新的技術(shù)，3D打印有很多優(yōu)點(diǎn)，在某些領(lǐng)域，能更快捷制造，產(chǎn)品質(zhì)量、精度、強(qiáng)度等方面都會(huì)強(qiáng)于傳統(tǒng)制造，如航空航天領(lǐng)域，使用3D技術(shù)生產(chǎn)的飛機(jī)或飛船零部件，就有精度高、質(zhì)量輕的優(yōu)勢(shì)。更可貴的是，3D打印技術(shù)是一種高新技術(shù)，需要軟件、智能控制、傳感技術(shù)及新材料等新興產(chǎn)業(yè)來支持，它對(duì)新興產(chǎn)業(yè)來說，是一個(gè)有力的推動(dòng)者。

　　“對(duì)于中國(guó)企業(yè)而言，3D打印技術(shù)無疑是一個(gè)機(jī)會(huì)。中國(guó)人很聰明，與傳統(tǒng)工業(yè)相比，我們?cè)谛虏牧虾托畔⒓夹g(shù)等方面有一定優(yōu)勢(shì)，我們應(yīng)抓住機(jī)會(huì)搶占新技術(shù)制高點(diǎn)，爭(zhēng)取在某些領(lǐng)域走在世界前列?！鼻揽诳隙ㄟ@種技術(shù)的同時(shí)，還表示，3D打印技術(shù)不是對(duì)傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的顛覆而是一種補(bǔ)充或豐富，它不能“治百病”，只能閃亮于某些領(lǐng)域。未來，至少在10年或更長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)，傳統(tǒng)制造技術(shù)與3D打印技術(shù)將并存發(fā)展。

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