4月15號(hào)，承蒙深圳光韻達(dá)光電科技有限公司的朋友邀請(qǐng)，得以到目前國(guó)內(nèi)工業(yè)級(jí)3D打印領(lǐng)航者光韻達(dá)參觀學(xué)習(xí)。

3D打印技術(shù)近兩年來(lái)發(fā)展很快，不管是在汽車、家電、模具制造、文藝、醫(yī)療、手機(jī)、無(wú)人機(jī)、航空航天等越來(lái)越備受關(guān)注，工藝成熟度越來(lái)越高。

   下面我們先來(lái)看一張圖，光韻達(dá)的朋友介紹，這是用3D打印技術(shù)一體化成型的麒麟。

圖 1 3D打印技術(shù)一體化成型的麒麟   

在《西游記》中，有這么一段關(guān)于麒麟的介紹：“如來(lái)說(shuō)，當(dāng)初，混沌初開(kāi)，萬(wàn)物始生，世間開(kāi)始有飛禽和走獸，走獸以麒麟為首，飛禽以鳳凰為首”，可見(jiàn)麒麟在歷史神話中的地位之高。但這并不是神話中的麒麟，而是用SLS技術(shù)，采用工程塑料PA粉，利用激光有選擇地分層燒結(jié)固體粉末，并使燒結(jié)成型的固化層層層疊加生成所需形狀的零件。

其技術(shù)采用鋪粉棍將一層粉末材料平鋪在已成型零件的上表面，并加熱至恰好低于該粉末燒結(jié)點(diǎn)的某一溫度，控制系統(tǒng)控制激光束按照該層的截面輪廓在粉末上掃描，使粉末的溫度升至熔化點(diǎn)，進(jìn)行燒結(jié)，并與下面已成型的部分實(shí)現(xiàn)粘結(jié)。當(dāng)一層截面燒結(jié)完成后，工作臺(tái)下降一個(gè)層的厚度，鋪料輥又在上面鋪上一層均勻密實(shí)的粉末，進(jìn)行新一層截面的燒結(jié)，周而復(fù)始，直至完成整個(gè)制作過(guò)程。通俗來(lái)講，就把這個(gè)麒麟，劃分成無(wú)數(shù)個(gè)二維平面，只有長(zhǎng)寬，通過(guò)疊加一點(diǎn)一點(diǎn)成型三維立體。

圖 2 3D打印技術(shù)一體化成型的麒麟

為什么選擇尼龍粉末呢？尼龍材料特性強(qiáng)度高、柔韌性強(qiáng)，可以使得麒麟整體部件并不脆弱，并且在細(xì)節(jié)上，尼龍純白的色澤、極高的柔韌性更是能完美模擬出麒麟柔軟的鬃毛，遠(yuǎn)遠(yuǎn)看去，麒麟的一根根鬃毛似乎在隨著麒麟的嘶吼顫動(dòng)飄揚(yáng)，整個(gè)形象瞬間就鮮活起來(lái)了。

此外，在打印精度上，該制件的打印精度在±0.1mm，整套麒麟模型全身上下820個(gè)大部件、4000多個(gè)細(xì)小的部件均實(shí)現(xiàn)一體化打印，最后無(wú)偏差組裝完成此次麒麟模型。其整個(gè)工藝過(guò)程包括CAD模型的建立及數(shù)據(jù)處理、鋪粉、燒結(jié)以及后處理等。

一什么是3D打印技術(shù)呢？

據(jù)光韻達(dá)的朋友介紹：所謂的3D打印技術(shù)，是指由數(shù)字模型（CAD）直接驅(qū)動(dòng)，運(yùn)用金屬、塑料、陶瓷、樹(shù)脂、蠟、紙、砂等可粘合材料，在快速成型設(shè)備里通過(guò)逐層疊加的方式來(lái)構(gòu)造物理實(shí)體的技術(shù)。目前，主要有SLS、SLM、SLA和Polyjet技術(shù)。

1.SLS技術(shù)

即選擇性激光燒結(jié)，采用激光有選擇地分層燒結(jié)非金屬固體粉末，使燒結(jié)成型的固化層層層疊加生產(chǎn)所需形狀的零件。

2.SLM技術(shù)

同樣采用激光燒結(jié)技術(shù)，適用于金屬材料，利用激光對(duì)金屬粉末進(jìn)行高溫熔融，層層疊加，最終形成三維零件。

3.SLA技術(shù)

即立體光固化成型，基于液態(tài)光敏樹(shù)脂的光聚合原理工作。這種液態(tài)材料在一定波長(zhǎng)和強(qiáng)度的紫外光的照射下迅速發(fā)生光聚合反應(yīng)，材料也就從液態(tài)轉(zhuǎn)變成固態(tài)。

4.Polyjet技術(shù)

以超薄層的狀態(tài)將感光聚合材料一層一層地噴射到構(gòu)建托盤上，每層感光聚合材料被噴射后用紫外光進(jìn)行凝固，直至完成模型，最后采用非接觸樹(shù)脂處理與噴水清除支持材料。

二3D打印的原材料

3D打印的耗材可選擇金屬、非金屬材料、SLA-光敏樹(shù)脂、Polyyet-光敏樹(shù)脂等。

1.金屬材料

2.非金屬材料

3.SLA-光敏樹(shù)脂

4.Polyyet-光敏樹(shù)脂

三3D打印的技術(shù)特點(diǎn)

隨著技術(shù)的發(fā)展，3D打印的技術(shù)特點(diǎn)愈發(fā)明顯。特別是在精密制造，一體成型、快速制樣以及小批量生產(chǎn)上，優(yōu)勢(shì)特別明顯。

1.精密制造，一體成型

模具作為現(xiàn)代制造技術(shù)的一種重要手段，廣泛應(yīng)用于汽車、電子、家電等批量生產(chǎn)化生產(chǎn)領(lǐng)域。但高端精密模具（尤其是注塑模具和壓鑄模具）其復(fù)雜的工藝要求，給傳統(tǒng)工藝技術(shù)帶來(lái)了難題。采用3D打印技術(shù)則可以比較輕松解決這個(gè)問(wèn)題。如筆者手中采用鋁合金3D打印成型制件，傳統(tǒng)工藝對(duì)于制件內(nèi)部的結(jié)構(gòu)，比較難以處理，但通過(guò)3D打印，一體成型，可以非常簡(jiǎn)單的解決這個(gè)結(jié)構(gòu)問(wèn)題。

圖3 3打印鋁合金制造，一體成型

2.快速制樣

據(jù)了解到，在新產(chǎn)品研發(fā)階段，3D打印技術(shù)可以在一兩天甚至幾個(gè)小時(shí)即可完成一套或者幾套快速原型樣件。此外，塑料制件的精度可達(dá)到±0.1um；產(chǎn)品原型無(wú)需機(jī)加工，翻?；蜷_(kāi)模具，可根據(jù)產(chǎn)品設(shè)計(jì)圖直接打印原型樣件，并可隨時(shí)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行修改，極大地避免了浪費(fèi)，從而降低成本。

圖4 一體成型，之間的連接結(jié)構(gòu)都是一體成型

3.小批量生產(chǎn)

小批量生產(chǎn)是指生產(chǎn)單件產(chǎn)品基本上是小批量需求的專用產(chǎn)品的生產(chǎn)。針對(duì)千件，白件甚至更少的制造需求，傳統(tǒng)的制造手段，如CNC、注塑、鑄造等難以克服成本高、效率低、產(chǎn)品質(zhì)量不易保證等缺陷。相反，工業(yè)級(jí)3D打印卻能有效解決小批量生產(chǎn)的成本、效率和品質(zhì)等問(wèn)題，并且可根據(jù)需求，柔性化生產(chǎn)，個(gè)性化生產(chǎn)，同時(shí)多款產(chǎn)品，不同批量。

圖5 3D打印陶瓷餐具

四應(yīng)用領(lǐng)域及實(shí)際案例

1.模具領(lǐng)域

模具加工工藝包括：裁模、沖坯模、復(fù)合模、擠壓模、四滑軌模、級(jí)進(jìn)模、沖壓模、模切模具等，長(zhǎng)期以來(lái)一直被廣泛應(yīng)用于傳統(tǒng)的制造業(yè)中。然而，隨著產(chǎn)品質(zhì)量要求的不斷提高，傳統(tǒng)制造工藝越來(lái)越難以滿足高端精密模具（尤其是注塑模具和壓鑄模具）復(fù)雜的工藝要求。采用工業(yè)3D打印技術(shù)能不受產(chǎn)品內(nèi)部結(jié)構(gòu)及復(fù)雜形狀的約束，在模具內(nèi)部進(jìn)行復(fù)雜的隨形冷卻水路設(shè)計(jì)與加工，輕松實(shí)現(xiàn)高端模具的生產(chǎn)制造，給最終產(chǎn)品的量產(chǎn)帶來(lái)極大的好處。

圖6 扇葉輪模具3D打印金屬

如圖5，這款扇葉輪模具，是采用模具鋼MS1.2709打印，便于拋光處理，能確保注塑產(chǎn)品表面光潔。傳統(tǒng)工藝制造的模具，只能采用環(huán)形水路圍繞澆位，與每個(gè)葉片均存在距離，無(wú)法做到較好的冷卻，故葉片成型時(shí)出現(xiàn)翹曲的幾率比較大。

采用3D打印技術(shù)可以確保模具葉片澆面均有冷卻水道，有效地提升了冷卻效果，大大降低了模具因受熱不均，導(dǎo)致產(chǎn)品翹曲變形的問(wèn)題，并且提高了注塑的效率。

2.汽車領(lǐng)域

如圖8,這款汽車進(jìn)氣歧管，選用PA+GF材料，使用SLS技術(shù)打印，可以保證較好的強(qiáng)度、韌性及尺寸精度，還可實(shí)現(xiàn)性能測(cè)試功能；使用的是德國(guó)進(jìn)口EOS P396設(shè)備打印，據(jù)光韻達(dá)的朋友介紹，這款產(chǎn)品還可以根據(jù)打印實(shí)際尺寸而定，24小時(shí)就可以加工完成。此外，不久前，該公司為奇瑞運(yùn)用3D打印技術(shù)，打印了一臺(tái)概念車，汽車大部分零部件，都是采用3D打印一體成型。

圖7 發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣歧管

圖8 汽車空調(diào)系統(tǒng)外殼

圖9 3D打印賽車總重量由原先的440kg減少至306kg（與同濟(jì)大學(xué)合作）

3.文化創(chuàng)意領(lǐng)域

不久之前，深圳一家3D打印咖啡館開(kāi)業(yè)，里面的椅子、杯子、餐具、燈具等等，都是采用3D打印技術(shù)，制作的文化創(chuàng)意藝術(shù)品，而這些產(chǎn)品，就來(lái)自光韻達(dá)公司。據(jù)該公司的朋友介紹，3D打印技術(shù)在文創(chuàng)領(lǐng)域，應(yīng)用性非常高。這源于3D打印技術(shù)，可以提供極大的個(gè)性化、差異化、可以根據(jù)設(shè)計(jì)師的理念，讓設(shè)計(jì)成為現(xiàn)實(shí)，從而創(chuàng)造出有藝術(shù)價(jià)值性的產(chǎn)品。

圖10  文創(chuàng)藝術(shù)品（由極致盛放設(shè)計(jì)）

圖11  文創(chuàng)藝術(shù)品（由極致盛放設(shè)計(jì)）

圖12 文創(chuàng)藝術(shù)品（由極致盛放設(shè)計(jì)）

圖13 3D打印的餐具（由極致盛放設(shè)計(jì)）

4.醫(yī)療領(lǐng)域

工業(yè)3D打印在醫(yī)療領(lǐng)域，與醫(yī)院建立戰(zhàn)略合作關(guān)系，可以為之提供包括手術(shù)規(guī)劃和訓(xùn)練模型、精準(zhǔn)手術(shù)導(dǎo)板、金屬植入物、贗復(fù)耳鼻、燒傷面具和康復(fù)支具等多項(xiàng)3D打印醫(yī)療技術(shù)，并能為設(shè)計(jì)加工、計(jì)算和測(cè)試等研發(fā)項(xiàng)目為傳統(tǒng)醫(yī)療器械廠商提供更多的創(chuàng)新理念。

圖14 3D打印助力全國(guó)首例“母子拼肝”手術(shù)

這是用精確的3D打印技術(shù)規(guī)劃肝臟切割部位，可以在盡量減少對(duì)母親肝部損傷的情況下，在3D打印指導(dǎo)下的全國(guó)首例“母子拼肝”手術(shù)。

圖15 鈦合金下頜骨植入體

這是中國(guó)首例3D打印個(gè)性化人工顳下頜關(guān)節(jié)假體，成功應(yīng)用于一位關(guān)節(jié)強(qiáng)直多次復(fù)發(fā)、30余年張不開(kāi)嘴的44歲女性患者，幫助該患者恢復(fù)正常張口度和口腔功能，實(shí)現(xiàn)開(kāi)口夢(mèng)。

圖16 3D打印技術(shù)完成了肺部導(dǎo)管制作

5.建筑領(lǐng)域

如圖16，為室內(nèi)建筑模型，選用材質(zhì)輕、強(qiáng)度高的尼龍高分子工程塑料進(jìn)行打印，使用EOS P396塑料打印燒結(jié)設(shè)備打??；該模型一次性成型整個(gè)樣板房，無(wú)需裝配環(huán)節(jié)；生產(chǎn)周期8小時(shí)。相對(duì)于傳統(tǒng)工藝，產(chǎn)品需要拆件，再通過(guò)CNC加工完成組件加工；各個(gè)組件需要通過(guò)高溫膠水粘結(jié)起來(lái)形成樣板房結(jié)構(gòu)整體，工序較多，耗時(shí)較長(zhǎng)。這就體現(xiàn)了3D打印的快速成型性。

圖17 室內(nèi)建筑模型

圖18 埃菲爾鐵塔模型

6.其他領(lǐng)域

其他領(lǐng)域，包括無(wú)人機(jī)、家電、電動(dòng)工具、航空航空等，工業(yè)級(jí)3D技術(shù)都逐漸都向成熟化。

圖 19 電機(jī)風(fēng)輪

圖 20 水處理閥門

圖21 無(wú)人機(jī)外殼結(jié)構(gòu)件

圖 22 家電外殼一體化

圖 23 航空零部件（鈦合金為原料）

圖 24 飛機(jī)內(nèi)部支架結(jié)構(gòu)

圖25 金屬輕量化結(jié)構(gòu)

圖 26 金屬輕量化結(jié)構(gòu)

圖27 金屬結(jié)構(gòu)件鋼鐵俠

通過(guò)本次拜訪，讓筆者對(duì)于3D打印技術(shù)及其應(yīng)用領(lǐng)域，又有了更進(jìn)一步的理解。之前一些朋友就提及過(guò)，如果降低金屬結(jié)構(gòu)件的重量，筆者認(rèn)為，3D打印技術(shù)在一定程度上是可以做到金屬輕量化。

隨著日趨成熟的3D打印技術(shù)，以后在模具制造行業(yè)、汽車、家電、電子電氣等行業(yè)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)研發(fā)階段，利用該技術(shù)可大大提高研發(fā)效率，也可提高注塑效率。筆者認(rèn)為，隨著行業(yè)越來(lái)越精細(xì)化的需求，產(chǎn)品越來(lái)越個(gè)性化，隨著產(chǎn)業(yè)鏈結(jié)構(gòu)升級(jí)，3D打印行業(yè)在未來(lái)發(fā)展前景非常值得期待！

光韻達(dá)簡(jiǎn)介

如果對(duì)于3D打印技術(shù)感興趣或者有問(wèn)題想要交流，也可以聯(lián)系光韻達(dá)3D打印事業(yè)部 朱經(jīng)理：15986664313，QQ：1518935782

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