3D打印技术的优缺点和发展前景

3d打印
3d打印(3dp)即快速成型技术的一种,它是一种以数字模型文件为基础,运用粉末状金属或塑料等可粘合材料,通过逐层打印的方式来构造物体的技术。
工作原理
3d打印运用多种技术。它们的不同之处在于以可用的材料的方式,并以不同层次构建创建部件。3d打印常用材料有尼龙玻纤、耐用性尼龙材料、石膏材料、铝材料、钛合金、不锈钢、镀银、镀金、橡胶类等材料。如今的3d打印技术,不仅可以在制造过程中控制所用材料,还可以将精度保证在分子和原子的级别上。通过3d打印机制造的产品将集新材料、纳米尺度以及印刷电子器件等特点于一身,从而展示出令人惊叹的新特性。
3d打印过程
3d打印机在设计文件指令的引导下,先喷出固体粉末或熔融的液态材料,使其固化为一体特殊的平面薄层。
第一层固化后,3d打印机打印头返回,在第一层外部形成另一薄层。
第二层固化后,打印头再次返回,并在第二层外部形成另一薄层。
如此往复,最终薄层累积成为三维物体。与传统制造机器那样通过切割或模具塑造制造物品的方法不同,3d打印机通过层层堆积形成实体物品的方法从物理的角度扩大了数字概念的范围。
对于要求具有精确对内部凹陷或互锁部分的形状设计,3d打印机是首选的加工设备,它可以将这样的设计在实体世界中实现。
优点 / 应用领域
工程制造。在工程类制造方面,一方面是应用于国防军工、航空航天等高端制造的重要零部件生产,这些部件生产要求高,传统工艺往往无法达到或者即使达到但成本过高;另一方面是用于工程制造的小批量或者单件产品生产。
民用发展。在民用发展方面,带来制造工艺的深刻变革同时减少劳动力的成本,3d打印技术被誉为“第三次工业革命”的核心技术。
医疗方面。同时3d打印技术在医疗方面也有着显著的成效,可以用来打印假肢,帮助更多因为意外失去双腿的人重新站起来,和正常人一样生活。“3d打印心脏”是应用3d打印技术实施人类器官仿制的又一成果。该3d打印心脏可用于心脏解剖的副本,对于练习复杂的心脏手术大有裨益。同时还可以打印“肾脏器官”,但目前这些技术还尚不成熟。
建筑行业。在建筑业也成绩显著,3d打印的潜力远不止可以生产diy的家居物品这么简单。实际上,这项技术甚至可以彻底颠覆传统的建筑行业。与传统建筑行业相比,3d打印的建筑不但建材质量可靠,还可节约建筑材料30%-60%、缩短工期50%-70%、减少人工50%-80%……根据测算,打印至少能使建筑成本降低50%以上,让更多人住得起房子。不过,新型“油墨”打印的建筑,其刚度、强度和耐久性等综合性能还待进一步验证。
缺点 / 挑战
3d打印技术在给我们创造无限未来的今天,还面临着巨大的挑战:
制造商“不感冒”。生产率低,成本高。3d打印成本高是众所周知的,虽然现在相比以前成本有所下降,但单个商品的制造成本问题依然无法得到根本性的解决。使用3d技术制作一个成品和制作一万个成品的成本价格没有太大的差别,而且远远高于大型制造企业大规模量产平均到每一个成品的价格。同时3d打印技术前期投资大,利润率低,无法吸引到大笔资金的投入。所以在可预见的未来,3d打印也无法替代传统的生产力。
消费者不买账,个性化定制还是“传说”。3d打印制造需要建模,设计到生产,出品周期长,会耗掉很多消费者的耐心。即便快速响应消费者,在高昂的价格下,相比较同类产品,制作成本又会失去一部分消费者。3d打印跟不上大规模的量产需求,也是造成消费者流失的重要原因。
耗材决定未来。3d打印不是一项高深艰难的技术。它与普通打印的区别就在于打印材料,耗材的扩展,决定了3d打印机的能力边界。目前3d打印的耗材非常有限,现有市场上的耗材多为石膏、塑料、可粘结的粉末颗粒、光敏树脂、沙土等,制造精度、复杂性、强度和质感都达不到高要求。
危险
但事物发展到一定程度,都具有两面性,我们在享受着3d打印技术所带来的好处,以及它能给制造业带来革命性的影响,甚至挽救生命,但很少讨论的是内在的危险。随着3d打印技术的日益普及,许多部门,特别是制造业他们的日常工作可能变得更为便捷和高效,但执法人员的情况可能恰恰相反。该技术的开源性、可访问性意味着用户可以在自己家中舒适地生产各种产品,甚至可以生产警方严格控制或违禁的产品。
据外媒报道,澳大利亚警方在黄金海岸发现了一个3d打印枪的设施。与街头黑市和传统黑市相比,主要的价格差异使人们掌握危险武器的另一个因素。近日,欧洲研究机构兰德和曼彻斯特大学发表在3d打印枪网络黑市存在潜在的危险的报告。
大家或许多少听闻过网络黑市,也称为暗网,是谷歌服务器无法正常访问的。他们在去年九月收集了一周的在线数据,发现制造枪支的指令是在黑暗网络上购买枪支的第二大武器,仅次于军火交易本身。
这或许有点危言耸听,但这取决于你如何看待它。我们应该用一个辩证的、期待的、发展的眼光看待3d打印技术,从而每个人都应该做到严于律己,让3d打印技术朝着光明的方向前进,这样我们的生活才会更加美好。