3d打印的应用领域有哪些?
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发布时间：2022-04-23 02:09
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时间：2022-05-31 15:16
随着制造业升级步伐的加快，越来越多的产业开始利用3D打印技术提高自身产品在设计阶段的效率。而3D打印技术的最大优点就是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，其精度和效率都非常高。近些年汽车产业也在越来越多的将3D打印技术应用其中，也直接促进了汽车模型设计的发展。目前在全球范围内通用、大众等知名汽车集团都开始使用3D打印技术，尤其是通用旗下的福特品牌其在设计模型阶段大规模了采用该项技术。而自主品牌车企中一汽、上汽、长安汽车也开始应用3D打印技术用于模型设计制造。
在刚刚结束的亚州3D打印、增材制造展览会（TCT亚洲展）上，全球领先的3D打印公司Stratasys正式在国内发布了全新的基于FDM技术的专业、多功能3D打印机F123系列（F170、F270和F370）。其中高端3D打印机F370采用Stratasys FDM® Nylon 12CF已经可以代替金属组件的碳纤维填充热塑塑料，应用在快速原型制作、坚固的轻量级工具和最终用途的车用部件上，而这也意味着3D打印车用零部件在未来将成为可能。
Stratasys F370打印机
为此盖世汽车记者就3D打印技术在汽车产业中的应用、3D打印技术未来的市场展望等问题采访到Stratasys亚太及日本地区销售总监Omer Krieger先生以及Stratasys大中华区总经理翟莲子女士。
Stratasys亚太及日本地区销售总监Omer Krieger以及Stratasys大中华区总经理翟莲子
盖世汽车：贵司在此次展会上亮相的F123系列可以在汽车行业有那些应用？
Omer Krieger：由于在汽车造型设计中工程师需要将CAD图形打印成为实物，而在设计图中利用不同的材料呈现模型的样式，这就需要在短期、精准的完成模型制造，所以早先3D打印技术更多的应用在车辆设计和模型制造阶段。
另外一个解决方案是针对生产线上所需要的这些工具，我们知道在汽车组装针对不同产品有很多工具是定制化，所以开始组一个新的车型之前这些工具都要事先制造出来，所以我们根据这样的需求就用OEM，跟这些第一层级的供应商密切合作，把他们传统方式生产工具用3D打印的方式定制化生产出来。
盖世汽车：那么目前Stratasys的3D打印解决方案可以应用在在哪些车用零部件？未来3D打印技术在汽车行业中有哪些期待？
翟莲子：我们的3D打印技术目前可以应用在汽车动力系统、底盘系统、汽车内饰以及外饰等四个制造领域。内饰和外饰主要还是用来做概念测试，但是在动力和底盘系统里面很多时候是用到它的功能性测试，譬如抗拉伸强度这是用到很多功能性测试。汽车设计的动力舱里面，里面有一些衡量，其实就是用金属的直接打印出来就可以用，用非金属的现在这些材料性能不断的提升，也逐渐的应用在最终的产品上。
盖世汽车：目前3D打印机可以使用哪些材料？使用3D打印有那优点？
翟莲子：目前较为主流的是四种材料。分别为PLA、ASA、ABS以及PCABS等。优点是显而易见的首先可以跳过组装的流程，因为可以一次性成型无需组装，其次在零部件的备件方面减少库存压力库存。像这样的尝试其实都是来自于我们增材制造和直接数字制造方面，非常前沿非常先进的一些理念。如果能够把这些东西融入发展战略里面，他们就真的能够从3D打印技术上获得最多的收益。
盖世汽车：3D打印技术未来在中国汽车产业中将会有哪些突破？
Omer Krieger：3D打印来替代传统的加工方式都在国外比较多，欧洲和美国用得比较多，目前中国的一些自主品牌，类似于一汽、长安等车企也开始使用3D打印技术。所以Stratasys去年就已经开始布局中国的市场，汽车是我们在所有的垂直市场里面觉得潜力最大、接受度最高的几个行业，我们现在在中国有3个行业经理，就是针对汽车的行业经理有三位。一位是在华东，就是说在上海，一位是在北京，还有一位是在深圳，主要是配合我们的汽车用户，包括OEM和零部件生产厂商，真的是把3D打印技术从设计端的理念进行一些培育和一些引导，所以这个在中国还是非常大的潜力，但是相对来说我们起步也稍微晚一点。
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时间：2022-05-31 15:16
在3D打印技术日益成熟并应用广泛的今天，我们的电影电视行业也早已悄悄融入了3D打印制造技术。
为什么要用3D打印影视道具呢？
我们大家都知道，电影电视剧中，有很多道具是非常少见的，称之为稀奇古怪也一点不为过。尤其是跟神话，科幻，玄幻类电影电视有关的影视道具。很多东西都是想像出来的，没有实物可供参考。那么问题来了，怎么解决这些问题呢？电影要拍，道具还是要用的。
OK，先卖个关子，接着往下看。
先来说说3D打印电影道具的优点:
3D打印影视道具可以将没有任何实物参考的物品，通过设计师的个人理解或团队建议，合理的设计出道具3D立体模型图。并通过3D打印技术打印出来，再经过后期上色处理，打磨处理等。独一无二的3D打印影视道具就出世了。
再来说说3D打印电影道具的缺点：
3D打印相比传统模具行业来说，最大的弊端就是成本的增加了。至少就目前市场行情来看,3D打印的成本还是远高于批量加工制造的。当然，如果您再想想3D打印主要是为个性化定制专用的话，这其实就不算高了。毕竟在开模前，验证产品各项指标，又或是打印直接要用的成品，那点点成本比起来是非常划算的。更何况我们投资动辙以亿计的大型国内外电影电视剧呢？那点影视道具打印费也仅是九牛一毛而已了。
说了这么多，来看看哪些电影中的道具是用3D打印的吧。
《星际迷航》中的3D打印影视道具
《银复仇者联盟2：奥创时代》中的3D打印影视道具
《银河护卫队2》中的3D打印影视道具
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e键打印，3D打印，一键轻松搞定，30秒极速报价，SLA，SLS，FDM，全彩，金属，红蓝蜡等20多种3D打印材料，打印材料1元/克起，精度高达0.016mm，医疗模型、眼镜、耳机、玩具、珠宝、各种零部件累计打印超十万件。与苹果丰田等众多国际知名企业长时间合作，拥有十年以上3D打印/手板加工/丝印/复模/CNC经验。
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时间：2022-05-31 15:17
3D打印机用的领域集中在下列几个行业:
一 航天行业:主要用于制造单件小批量的复杂零件，永远航天器。
二 军工行业:难成型的复杂零件、发动机叶片、曲面零件等。
三 特殊行业:制造特种发动机零件、其它零件。
四 电子行业:快速样品验证、制造等等。
五 个性化设计行业:设计师的作品快速展示、验证，转化产品。
六 医疗行业:人体骨骼、其它器官如心脏瓣膜等等打印替换。
3D打印心脏瓣膜
其它如玩具、特性产品等等。
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时间：2022-05-31 15:18
航空工业在上个世纪80年代就开始使用增材制造技术，之前增材制造在航空制造业只扮演了做快速原型的小角色。最近的发展趋势是，这一技术将在整个航空航天产业链占据战略性的地位。包括波音、空客、Lockheed Martin,霍尼韦尔以及普惠都做出了表率行动。
新一代飞行器不断向高性能、高可靠性、长寿命、低成本方向发展，越来越多地采用整体结构，零件趋向复杂化、大型化，从而推动了增材制造技术的发展与应用。增材制造技术从零件的三维CAD 模型出发，无需模具，直接制造零件，可以大大降低成本，缩短研制周期，是满足现代飞行器快速低成本研制的重要手段，同时也是满足航空航天超规格、复杂金属结构制造的关键技术之一。
电子束熔丝沉积成形
电子束熔丝沉积技术又称为电子束自由成形制造技术（Electron Beam Freeform Fabrication，EBF3）。在真空环境中，高能量密度的电子束轰击金属表面形成熔池，金属丝材通过送丝装置送入熔池并熔化，同时熔池按照预先规划的路径运动，金属材料逐层凝固堆积，形成致密的冶金结合，直至制造出金属零件或毛坯。
电子束熔丝沉积快速成形技术具有一些独特的优点，主要表现在以下几个方面：
（1）沉积效率高。电子束可以很容易实现数10kW 大功率输出，可以在较高功率下达到很高的沉积速率（15kg/h），对于大型金属结构的成形，电子束熔丝沉积成形速度优势十分明显。
（2）真空环境有利于零件的保护。电子束熔丝沉积成形在10-3Pa真空坏境中进行，能有效避免空气中有害杂质（氧、氮、氢等）在高温状态下混入金属零件，非常适合钛、铝等活性金属的加工。
（3）内部质量好。电子束是“体”热源，熔池相对较深，能够消除层间未熔合现象；同时，利用电子束扫描对熔池进行旋转搅拌，可以明显减少气孔等缺陷。电子束熔丝沉积成形的钛合金零件，其超声波探伤内部质量可以达到AA 级。
（4）可实现多功能加工。电子束输出功率可在较宽的范围内调整，并可通过电磁场实现对束流运动方式及聚焦的灵活控制，可实现高频率复杂扫描运动。利用面扫描技术，能够实现大面积预热及缓冷，利用多束流分束加工技术，可以实现多束流同时工作，在同一台设备上，既可以实现熔丝沉积成形，也可以实现深熔焊接。利用电子束的多功能加工技术，可以根据零件的结构形式以及使役性能要求，采取多种加工技术组合，实现多种工艺协同优化设计制造，以实现成本效益的最优化。
美国麻省理工学院的V.R.Dave等人最早提出该技术并试制了Inconel 718合金涡轮盘。2002年，美国航空航天局（NASA）兰利研究中心的K.M. Taminger 等人提出了EBF3技术，重点开展了微重力条件下的成形技术研究。同一时期，在海军、空军、国防部等机构支持下，美国Sciaky 公司联合Lockheed Martin、Boeing 公司等也在同时期合作开展了研究，主要致力于大型航空金属零件的制造。成形钛合金时，最大成形速度可达18kg/h，力学性能满足AMS4999标准要求。Lockheed Martin 公司选定了F-35飞机的襟副翼梁准备用电子束熔丝沉积成形代替锻造，预期零件成本降低30%~60%。据报道，装有电子束熔丝沉积成形钛合金零件的F-35飞机已于2013年初试飞。2007年美国CTC公司领导了一个综合小组，针对海军无人战斗机计划，制定了“无人战机金属制造技术提升计划”（N-UCASMetallic Manufacturing Technology Transition Program），选定电子束熔丝沉积成形技术作为未来大型结构低成本高效制造的方案。目标是将无人机金属结构的重量和成本降低35%。
图片：Sciaky制造的零件
中航工业北京航空制造工程研究所于2006年开始电子束熔丝沉积成形技术研究工作，开发了电子束熔丝沉积成形设备。开发的最大的电子束成形设备真空室46m3，有效加工范围1.5m×0.8m×3m，5轴联动，双通道送丝。在此基础上，研究了TC4、TA15、TC11、TC18、TC21等钛合金以及A100超高强度钢的力学性能，研制了大量钛合金零件和试验件。2012年，采用电子束熔丝成形制造的钛合金零件在国内飞机结构上率先实现了装机应用。
图片：中航工业北京航空制造工程研究的电子束熔丝沉积成形设备
激光直接沉积增材成形
激光直接沉积技术是在快速原型技术和激光熔覆技术的基础上发展起来的一种先进制造技术。该技术是基于离散/堆积原理，通过对零件的三维CAD 模型进行分层处理，获得各层截面的二维轮廓信息并生成加工路径，在惰性气体保护环境中，以高能量密度的激光作为热源，按照预定的加工路径，将同步送进的粉末或丝材逐层熔化堆积，从而实现金属零件的直接制造与修复。
激光直接沉积技术的特点如下：（1）无需模具；（2）适于难加工金属材料制备；（3）精度较高，可实现复杂零件近净成形；（4）内部组织细小均匀，力学性能优异；（5）可制备梯度材料；（6）可实现损伤零件的快速修复；（7）加工柔性高，能够实现多品种、变批量零件制造的快速转换。
在我国，西安铂力特的LSF设备就是这类技术的代表。除此之外，典型企业还有美国的OPTOMEC公司，法国BeAM公司，德国通快以及专为CNC机床公司提供增材制造包的HYBRID公司。
激光直接沉积技术是20世纪90年代首先从美国发展起来的。1995年，美国Sandia 国家实验室开发出了直接由激光束逐层熔化金属粉末来制造致密金属零件的快速近净成形技术。此后，Sandia 国家实验室利用LENS 技术针对镍基高温合金、钛合金、奥氏体不锈钢、工具钢、钨等多种金属材料开展了大量的成形工艺研究。1997年，Optomec Design 公司获得了LENS 技术的商用化许可，推出了激光直接沉积成套装备。1995年，美国国防部高级研究计划署和海军研究所联合出资，由约翰霍普金斯大学、宾州州立大学和MTS 公司共同开发一项名为“钛合金的柔性制造技术”的项目，目标是利用大功率CO2激光器实现大尺寸钛合金零件的制造。基于这一项目的研究成果，1997年MTS 公司出资与约翰霍普金斯大学、宾州州立大学合作成立了AeroMet 公司。为了提高沉积效率并生产大型钛合金零件，AeroMet 公司采用14~18kW 大功率CO2激光器和3.0m×3.0m×1.2m大型加工舱室，Ti-6Al-4V合金的沉积速率达1~2kg/h。AeroMet 公司获得了美*方及三大美*机制造商波音、洛克希德·马丁、格鲁曼公司的资助，开展了飞机机身钛合金结构件的激光直接沉积技术研究，先后完成了激光直接沉积钛合金结构件的性能考核和技术标准制定，并于2002年在世界上率先实现激光直接沉积Ti-6Al-4V 钛合金次承力构件在F/A-18等飞机上的装机应用。
自“十五”开始，在国家自然科学基金委员会、国家863计划、国家973计划、总装预研计划等国家主要科技研究计划资助下，北京航空航天大学、西北工业大学、中航工业北京航空制造工程研究所等国内多个研究机构开展了激光直接沉积工艺研究、力学性能控制、成套装备研发及工程应用关键技术攻关，并取得了较大进展。
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时间：2022-05-31 15:18
