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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(huà)面：成龍飾演的盜賊，用掃描手套對獸首珍寶做了全方位掃描，同一時(shí)間、另一地點(diǎn)，一臺“神機”就將一模一樣的獸首復制品打印了出來(lái)。

　　沈陽(yáng)網(wǎng)訊 這部“神機”就是備受矚目的“3D打印機”。隨著(zhù)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？下面，沈陽(yáng)制造帶大家一探究竟。

　　A【記者探秘】

　　遠看像普通機床

　　5月25日，記者在沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)機械工程學(xué)院見(jiàn)到了傳說(shuō)中的3D打印設備。

　　設備高將近2米，寬約1.5米，遠看就像一臺普通機床，白藍兩色的外殼，有液晶顯示屏，開(kāi)關(guān)按鈕，調試按鈕等。但打開(kāi)這臺機器，它的與眾不同馬上就顯現出來(lái)了。它的內部有一個(gè)手臂一樣的工作頭，封閉的空間里固定著(zhù)一個(gè)工作臺，工作的時(shí)候工作頭里會(huì )輸出耗材，并在工作臺上一層一層做出產(chǎn)品。遺憾的是記者去采訪(fǎng)的當天3D設備沒(méi)有開(kāi)啟，記者沒(méi)能看到它工作的過(guò)程。

　　B【名稱(chēng)解密】

　　叫“3D”與生產(chǎn)原理無(wú)關(guān)

　　沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)創(chuàng )新設計中心原型驗證部部長(cháng)徐有倉告訴記者，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(chēng)，其核心是數字化、智能制造與材料科學(xué)的結合。它之所以叫3D打印，與制造方法無(wú)關(guān)。1982年，在紫外線(xiàn)設備生產(chǎn)企業(yè)任職的美國人胡爾，將一種液態(tài)光敏樹(shù)脂倒入大容器中，在容器里放置一個(gè)升降平臺，容器上方的紫外激光器根據計算機指令照射液面，所到之處，材料會(huì )發(fā)生光聚合反應，迅速從液態(tài)轉變?yōu)楣虘B(tài)，當一層打印完成后，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毫米的升降平臺會(huì )下降一層，激光器開(kāi)始打印第二層。這個(gè)過(guò)程不斷重復，直到整個(gè)物件制造完畢。這項立體光刻(SLA)技術(shù)就是最早的3D打印。后來(lái)他成立了3D Systems公司，這項技術(shù)就被稱(chēng)為了“3D技術(shù)”。

　　與傳統上對原材料進(jìn)行削切的減材制造相反，3D打印好比用磚頭砌墻，通過(guò)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(lái)設計“革命”

　　在工業(yè)大學(xué)的3D打印機旁放著(zhù)小型螺旋槳、小球、沙盤(pán)模型等，這些都是3D打印機用類(lèi)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(wèn)世經(jīng)歷了設計師思想——模具——批量生產(chǎn)過(guò)程。其中，模具介于設計師思想與產(chǎn)品成為現實(shí)之間，是一個(gè)中介。然而，做成模具的費用是一筆不小數字。行業(yè)認為，因產(chǎn)品不同模具成本也相差巨大，有的一個(gè)模具成本達數千萬(wàn)元，甚至上億元。因此，設計上失敗，就意味著(zhù)巨額損失，這就為設計師設置了沉重的思想枷鎖。3D打印技術(shù)用低成本做出原圖驗證，把設計成本降到了最低，讓設計者的設計思想獲得解放，無(wú)疑帶來(lái)了設計上的“革命”。

　　“之前我們?yōu)樯蜿?yáng)一家科學(xué)儀器公司設計了一款色普分析儀，一年半的時(shí)間我們花費了將近4萬(wàn)元，在對方的要求下做出來(lái)一個(gè)設計的模型，但客戶(hù)對模型不滿(mǎn)意——模型和設計圖不一樣。使用3D打印機后，沒(méi)有幾天時(shí)間，模型設計出來(lái)子?？蛻?hù)看到后，眼睛都亮了，馬上付了設計款，我們花費全部成本還不到400元?！毙煊袀}說(shuō)，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(méi)有成本壓力下的設計，讓人的設計思想更自由，更容易實(shí)現創(chuàng )新。

　　D【沈陽(yáng)制造】

　　11年前開(kāi)始研發(fā)3D技術(shù)

　　沈陽(yáng)新松機器人自動(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(cháng)勇告訴記者，公司從2002年就開(kāi)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(kāi)拓到激光再制造領(lǐng)域?！爱斈晡覀兊漠a(chǎn)品就被高端汽車(chē)制造商用于汽車(chē)模具的修復。汽車(chē)模具用久了會(huì )有損壞，再開(kāi)模具做一套要花費幾千萬(wàn)元，甚至上億元，但使用我們的3D打印機，能直接用金屬粉通過(guò)高功率激光器進(jìn)行修復，費用還不到傳統生產(chǎn)的十分之一?！?/p>

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

　　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(guān)驗證、設計驗證、功能驗證、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。另外金屬顆粒更細小的金屬絲快速成型技術(shù)也在研發(fā)過(guò)程中。去年，公司與3D技術(shù)相關(guān)產(chǎn)品的合同累計金額已超過(guò)5000萬(wàn)元。

　　劉長(cháng)勇說(shuō)，3D打印技術(shù)在沈陽(yáng)，甚至在中國還屬于新興產(chǎn)業(yè)，但在美國，上世紀80年代末，它就已經(jīng)應用在了設計驗證上。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、節省花費，樣品原型驗證更方便了對設計改進(jìn)和創(chuàng )新，可以說(shuō)它為美國設計領(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)域國際權威報告《沃勒斯報告2012》顯示，截至2011年，全球累計銷(xiāo)售4.9萬(wàn)臺工業(yè)級3D打印機，其中近四分之三由美國制造，中國生產(chǎn)的設備只占3.6%。這說(shuō)明中國的3D打印技術(shù)還要走很長(cháng)、很艱苦的路。

　　E【專(zhuān)家解析】

　　是對傳統產(chǎn)業(yè)的補充

　　3D打印技術(shù)開(kāi)始熱起來(lái)，源于2012年奧巴馬美國總統競選綱領(lǐng)。他提出了美國要未來(lái)發(fā)展兩大技術(shù)，一個(gè)是機器人制造技術(shù)，另一個(gè)就是3D打印技術(shù)。此后，3D打印技術(shù)開(kāi)始在中國熱起來(lái)。

　　沈陽(yáng)新松機器人自動(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(cháng)階段。設備結構、控制系統及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(zhù)成本高效率低等不足，所以它只適應于價(jià)格不敏感、量小、工藝結構復雜的特殊行業(yè)。就現代化大批量生產(chǎn)制造而言，傳統制造模式還遠優(yōu)于這種技術(shù)。嚴格來(lái)講，3D打印制造的只是飛機和汽車(chē)的外殼及零部件，至于飛機和汽車(chē)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)現的。

　　當然，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、強度等方面都會(huì )強于傳統制造，如航空航天領(lǐng)域，使用3D技術(shù)生產(chǎn)的飛機或飛船零部件，就有精度高、質(zhì)量輕的優(yōu)勢。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(lái)支持，它對新興產(chǎn)業(yè)來(lái)說(shuō)，是一個(gè)有力的推動(dòng)者。

　　“對于中國企業(yè)而言，3D打印技術(shù)無(wú)疑是一個(gè)機會(huì )。中國人很聰明，與傳統工業(yè)相比，我們在新材料和信息技術(shù)等方面有一定優(yōu)勢，我們應抓住機會(huì )搶占新技術(shù)制高點(diǎn)，爭取在某些領(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)不是對傳統產(chǎn)業(yè)的顛覆而是一種補充或豐富，它不能“治百病”，只能閃亮于某些領(lǐng)域。未來(lái)，至少在10年或更長(cháng)時(shí)間內，傳統制造技術(shù)與3D打印技術(shù)將并存發(fā)展。

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