三维快速成型技术的应用与发展趋势

三维快速成型技术的应用与发展趋势

三维快速成像技术是上世纪90年代初出现的一种先进的制造技术。其基本原则是，在计算机程序的精确驱动下，将预先生动的计算机三维模型分发给许多层次，并将其层叠加以完成对象的制造，以直接转移虚拟三维模型到实体三维对象。所以这个技术也被称为三维打印。该技术所涉及的不同耗材对应不同的成型工艺,例如光固化、烧结、熔融沉积等,但无论哪种制作流程,细节都是一层层添加的,因此,三维快速成型技术还有另外一个名字,叫做“添加印刷技术”。三维快速成型技术在发展初期用于原型测试零件,或制作模具。其应用领域也在随着技术进步而不断扩展,从航空学、医学、建筑学到产品设计,三维快速成型技术已逐步渗透到人们的日常生活中,亦对传统的产品设计领域产生了不可低估的影响。1.三维快速成像技术在设计中的优势1.1传统生产工艺无法制造的改变与传统技术相比,三维快速成型技术可以制造出传统生产工艺无法制造的外形。例如,传统生产工艺无法制造的独特的内外部关联结构、传统模具无法正常脱模的整体造型以及各种复杂的表面肌理等。此外,产品整体均为一体化制造,等同于雕塑效果,无需拼接粘合,给了设计者在形态上创新的无限自由。1.2维打印飞机三维快速成型技术使制造环节不再是障碍,相反,它使得整个制造变得高效,于是在设计调整的过程中,设计人员可以轻松制造出各种实物样品,不断地进行测试、改进、再测试。“在三维印刷术的帮助下,我们可以回归到纯粹的设计形式,探索各类空气动力的数学可能。”制造了三维打印飞机的工程师凯恩说。他们造出了一架飞机,仅花了5000英镑,2天设计,5天“打印”。工程师说,今后,这种针对个体用户的设计制造时间甚至可以缩短到几分钟。1.3维印刷技术三维快速成型技术可以简化生产制造过程,快速有效又廉价地生产出单个物品。该技术完全省去了切割、研磨、热弯、冲压等传统工业技术,亦省去了传统模具的制造过程以及制造成本,直接通过精确的程序控制专业耗材层叠出实体,因此,在一些制造业比如航空零部件制造中,三维印刷可以改变高昂造价的历史。1.4制造制造原料三维快速成型过程中,耗材无剩余浪费,多余的耗材可完全被回收和再利用。大多数金属和塑料零件为了生产而设计,它们含有很多与制造有关但与其功能无关的剩余物。但三维快速成型技术的原材料只用于形成最终的产品,没有任何与制造相关的中间过程以及附加部件,因此通过该技术生产出的零件更加精细轻盈。当材料没有了生产限制后,就能以最优化的方式来实现其功能,因此,与机器制造出的零件相比,快速成型的产品的重量要轻60%,并且同样坚固。2.3d快速成像技术对设计的未来趋势的影响2.1减少中小型汽车用户的设计成本在三维快速成型技术的支持下,物品的创造只有两个步骤:电脑模型设计和快速成型。设计完成的数字模型只需要一个步骤便成了实体事物。于是在成熟的三维打印时代,一台电脑和一台个人三维打印机,足不出户制造出一个物件完全不是难事。小到珠宝、家具、大到自行车、汽车零部件,都可以随心所欲地设计并随时被制造出来。创造物品的流程被简化。2.2设计和创新不能局限于工厂三维快速成型技术使产品制造的局限不再是创造新物品的瓶颈,使制造业的成功不再取决于生产规模,企业的竞争优势不在于生产线,而是取决于产品本身的创意。创意会更挑剔,竞争更激烈。今后的工厂,唯一固定的不是生产线,而是一台打印机,生产出的产品却千姿百态,在成本下降的同时,设计和创新却可以不再有任何现实的阻力。更多的小企业甚至个人设计工作室可以进行产品制造,而不再需要大工厂的流水线。康奈尔大学科学家霍德·林普森写道:“三维打印机可以将任何材料变成产品,而今后,任何人都可以又快又便宜地生产出复杂产品,传统制造业的局限不再是问题,人类创新将被极大地激发。”2.3tem首饰设计室越来越多的公司会使用三维设计软件来帮助客户定制需要生产的产品。例如NervousSystem首饰设计工作室为客户提供一项网上服务,用户能在线调整他们所喜爱的首饰造型特征、尺寸和肌理等参数,只要想法可行,该线上软件就能让顾客的心愿得到满足并将用户自定义的数字模型打印出来。在不远的将来,将会出现虚拟三维生产中心,人们可以根据自身偏好在定制各种产品。3.三维快速成像技术在设计中的考虑3.1原料的特性不同传统制造业中的原材料具有广泛的应用性,可以在不同的生产工艺中发挥不同的材料属性。例如,木材的各种特性可以使得它被平面切割、热弯、雕琢以及粘合,竹材的韧性和纤维强度使得它可以被制造成轻质而坚固的产品,金属板材的延展性使得它可以被弯折、冲压以及旋压,因此传统制造业中的原材料具有非常丰富的表现力。而三维打印的耗材大多为人工合成材料,并预先处理成粉末状或液体,例如陶瓷粉末在SLS快速成型中直接烧结凝固成物品,而避开了灌浆、拉胚等所有传统的陶瓷工艺,陶瓷的自然属性在SLS快速成型过程中没有被展现,而陶瓷粉末的新技术表现——烧结是创造产品的过程中的关键角色。因此新材料变得更中性,更脱离材料的原始自然属性。在三维快速成型过程中,原材料被直接装入专业设备,在完美的电脑程序驱动下直接转变为实物,材料始终被束缚在特定的技术流程中,失去了它本身的创造性,变成了中性的缺乏表达力的材料。这些存在电脑中的数字模型从屏幕中走出,展示在你眼前,他们将给我们对这个物理世界的感官带来不小的冲击。3.2维打印技术带来的诞生三维快速成型技术与手工工艺不同,是一项完美的精准的制造技术,数字模型相应的电脑程序的执行过程始终是精准完美的,不存在误差,不留下任何操作瑕疵。然而技术的完美无暇并不等同于大众所认同的美。传统的陶器之所以为人所喜爱,是因为它们本身的不完美:胚型的不对称、釉质的窑变、胚型的窑变以及装饰的随意性等,因此手工艺作品在手工匠人的手中充满了偶然的惊喜之美。而精确的控制使得三维打印的物体造型与预先设计的数字模型并无任何差别,产品再没有了工具或手的痕迹,三维打印成了工具与手工艺匠人的终结者。综上所述,随着三维快速成型技术的发展与普及,产品设计的流程和方式已受到一定的影响,产品设计未来的发展趋势亦会受到其影响。产品设计领域亦出现了一部分新兴的设计师和设计工作室,例如法国设计师PatrickJouin、意大利设计工作室Indu