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3D打印區別于其他制造工藝有哪些優勢和劣勢?

發布時間:2017-10-25點擊量:

       3D打印區別于其他制造工藝有哪些優勢和劣勢?
  1. 設計空間無限。對于幾何結構復雜物品(比如內部有非常復雜的拓撲結構或空腔結構的物品),傳統的制造工藝是無法進行加工的,需要將物品進行分解分別加工再組裝。而3D打印將物體分解成一層一層的2D區域,因此加工任意復雜的物體都沒有問題,加工精度只是取決于打印機所能輸出的最小材料顆粒。這是3D打印帶給我們最大的優勢,能讓設計者設計任意復雜的幾何形狀,設計空間無限。正是這個優勢,給了我們在幾何設計與優化方面大量需要解決的問題,后面會詳述。
  2. 零技能制造。傳統的制造工藝設備龐大且昂貴,需要較高的技能才能進行操作。而3D打印機(比如FDM 3D打印機)小巧而廉價,有些已經進入家庭,使用簡單方便;相對于昂貴的鑄模,3D打印只需要一個數字化文件即可進行成型。因此,通過3D打印,能夠輕松實現產品的個性化設計與定制,大大縮短了產品的研發時間。這個優勢給了我們非機械專業的研究工作者,也能進行相關的幾何、結構、材料等方面的研究,大大加深和拓展了制造中所存在的相關研究問題。
  3. 材料無限組合。多噴頭的3D打印機能夠對多種材料進行組合打印。通過材料的堆疊和組合,打印的物品具有與單一材料所不同的物理和力學的特性。因此,通過不同材料的組合,可以產生性能不同的“新的材料”。這個優勢提供給了我們利用控制材料的分布來控制物品的物理、力學及結構的特性,從而能產生多樣化的物品,增加產品的靈活性。
  總之,3D打印技術最被看重的三大優勢是加速產品的研發過程、提供個性化和定制產品和增加生產的靈活性。從成型工藝上看3D打印突破了傳統成型方法,無需先行制作模具和機械加工,通過快速自動成型硬件系統與CAD軟件模型結合就能夠制造出各種形狀復雜的產品,這使得產品的設計生產周期大大縮短,生產成本大幅下降。
  當然,3D打印作為一項年輕的成型工藝,還存在著許多的不足,比如成型時間慢、精度低、材料種類少 、無法大批量生產等。現階段3D打印的實際使用仍屬于快速成型范疇,即為企業在生產正式的產品前提供產品原型的制造,業內也稱作手板。因此,3D打印成型工藝現階段是作為與傳統制造工藝互補的方式存在,要成為主流的生產制造技術還尚需時日。但是要相信,人類對技術的追求是無限的,隨著3D打印設備和打印材料的研發的不斷進步,3D打印技術會越來越被廣泛得到使用。
  從另一個角度來看,3D打印技術讓制造從工廠走向了家庭,催生了大量的個人設計者(即創客),激發了無限的創意設計的可能。這是筆者認為3D打印技術能帶給我們大眾最大的意義,后面會詳細闡述。   相對于等材制造工藝與減材制造工藝,3D打印具有許多的優勢,已有很多文章進行了詳細的分析與闡述。筆者認為,相對于傳統的制造工藝,3D打印具有如下三個最主要的優勢:
  1. 設計空間無限。對于幾何結構復雜物品(比如內部有非常復雜的拓撲結構或空腔結構的物品),傳統的制造工藝是無法進行加工的,需要將物品進行分解分別加工再組裝。而3D打印將物體分解成一層一層的2D區域,因此加工任意復雜的物體都沒有問題,加工精度只是取決于打印機所能輸出的最小材料顆粒。這是3D打印帶給我們最大的優勢,能讓設計者設計任意復雜的幾何形狀,設計空間無限。正是這個優勢,給了我們在幾何設計與優化方面大量需要解決的問題,后面會詳述。
  2. 零技能制造。傳統的制造工藝設備龐大且昂貴,需要較高的技能才能進行操作。而3D打印機(比如FDM 3D打印機)小巧而廉價,有些已經進入家庭,使用簡單方便;相對于昂貴的鑄模,3D打印只需要一個數字化文件即可進行成型。因此,通過3D打印,能夠輕松實現產品的個性化設計與定制,大大縮短了產品的研發時間。這個優勢給了我們非機械專業的研究工作者,也能進行相關的幾何、結構、材料等方面的研究,大大加深和拓展了制造中所存在的相關研究問題。
  3. 材料無限組合。多噴頭的3D打印機能夠對多種材料進行組合打印。通過材料的堆疊和組合,打印的物品具有與單一材料所不同的物理和力學的特性。因此,通過不同材料的組合,可以產生性能不同的“新的材料”。這個優勢提供給了我們利用控制材料的分布來控制物品的物理、力學及結構的特性,從而能產生多樣化的物品,增加產品的靈活性。
  總之,3D打印技術最被看重的三大優勢是加速產品的研發過程、提供個性化和定制產品和增加生產的靈活性。從成型工藝上看3D打印突破了傳統成型方法,無需先行制作模具和機械加工,通過快速自動成型硬件系統與CAD軟件模型結合就能夠制造出各種形狀復雜的產品,這使得產品的設計生產周期大大縮短,生產成本大幅下降。
  當然,3D打印作為一項年輕的成型工藝,還存在著許多的不足,比如成型時間慢、精度低、材料種類少 、無法大批量生產等。現階段3D打印的實際使用仍屬于快速成型范疇,即為企業在生產正式的產品前提供產品原型的制造,業內也稱作手板。因此,3D打印成型工藝現階段是作為與傳統制造工藝互補的方式存在,要成為主流的生產制造技術還尚需時日。但是要相信,人類對技術的追求是無限的,隨著3D打印設備和打印材料的研發的不斷進步,3D打印技術會越來越被廣泛得到使用。

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