3D列印簡介
3D列印(英語:3D printing)又稱增量製造、積層製造(Additive Manufacturing,AM),可指任何列印三維物體的過程。3D列印主要是一個不斷添加的過程,在電腦控制下層疊原材料。
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建模
3D列印模型可以使用電腦輔助設計軟體包或三維掃描器生成。手動搜集製作3D圖像所需的幾何資料過程同雕塑等造型藝術類似。通過3D掃描,可以生成關於真實物體的形狀、外表等的電子資料並進行分析。以3D掃描得到的資料為基礎,就可以生成被掃描物體的三維電腦模型。
無論使用哪種3D建模軟體,生成的3D模型都需要轉換成.STL或.OBJ這類印表機可以讀取的格式。
無論是手動還是自動生成3D模型,對一般的消費者來說難度較大。這促進了最近幾年3D列印公司的形成。其中比較有名的有 Shapeways、Thingiverse、MyMiniFactory 和 Threeding。
列印
現代制模技術根據工藝,模型大小和模型複雜程度的不同,耗費的時間從幾個小時到幾天不等。增量製造系統則可以將一般生產時間縮短到數小時,當然具體生產時間仍然根據印表機型號,模型大小和同時列印模型數量的不同會有較大變化。
傳統的諸如注塑成型等工藝在批次生產聚合物上成本較低,但增量製造速度更快,更靈活,在生產少量物體時較划算。擁有了3D列印機的幫助,設計者和概念開發團隊就可以利用這個只有桌面大小的印表機進行零部件和概念模型的生產了。
完成
儘管3D列印的解析度能滿足許多產品的要求,但仍有上升的空間。方法是:先用標準解析度列印一個比要求稍大的模型,然後用高解析度的削減程式將多餘的材料移除。這樣就能得到更為精確的3D模型。
一些可用於列印的聚合物在完成時可以讓表面光滑,並使用化學氣相過程改善。
有些增量製造技術允許在列印過程中使用多重材料。這些技術能夠同時進行彩色和混色列印,且不一定需要塗漆。
所有的商業化的金屬3D列印機都包含了在沉積後切割從金屬基板切去金屬部件的功能。GMAW 3D列印有一種新工藝可以用錘子取出去除鋁部件來修改基材表面。
生物列印
截至2012年,生物科技公司和學界就一直在研究3D生物列印技術在組織工程中的應用,也就是說,用噴墨技術來生產身體組織和器官。設想是,活細胞在凝膠媒介或糖基中一層一層地沉積,慢慢地組成諸如脈管系統的三維組織。 第一個3D組織列印系統出現於2009年,運用NovoGen生物列印技術為基礎。
2013年,中國科學家開始使用活體3D列印人耳,肝臟和腎臟。使用活細胞取代塑料,用特殊3D列印機生產人體器官的實驗也獲得成功。杭州電子科技大學的研究人員發明了自己的3D列印機Regenovo,含義是是「3D生物印表機」,用於完成較為複雜的生產工作。據Regenovo研發者之一徐民根稱,該印表機一個小時內可以生產一個迷你肝臟樣本或4/5英尺的人耳軟骨樣本。他還預測未來十到二十年後,就有可能能夠列印功能齊全的器官了。
智慧財產權
3D列印的應用在一些生產領域已經存在多年,這些領域會涉及到專利、工業設計使用權、版權、商標權等的保護問題。然而,如果3D列印機的應用逐漸普及,個人或愛好者們用其進行個人物品的列印,進行非盈利或盈利的分享與傳播,這些智慧財產權的保護與管理情況就很難說了。
上述的每一種智慧財產權紛爭都可能妨礙3D列印採用某種被保護的設計以及列印成品的傳播與銷售。如果想要合法地進行此類的3D列印,使用者需要與所有者進行聯繫,索取使用權(當智慧財產權還未過期時),一般情況下需要支付版權費,使用場合與用途也有一定限制。
3D列印對社會之影響
增量製造現在還處於發展階段,如果相關公司想要保有自身的競爭力,就必須靈活發展思維,不斷增添融合新技術。增量製造的支持者稱3D列印技術的可能會阻礙全球化發展,因為3D列印的終端使用者很可能就這樣轉向自己列印所需要的物品,而不再購買他人生產的產品。然而,新興的增量製造技術如果想要真正融入商業化生產,或許更可能是對傳統減量生產的一種補充,而不是完全的取代。