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1700400176 激光烧结
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1700400178 选择性LS(激光烧结)由得克萨斯大学研究员卡尔·德卡德和约瑟夫·比曼于20世纪80年代发明。选择性LS使用类似于SL打印机的技术,所不同的是其不使用液态光敏聚合物,而是使用粉末。
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1700400180 和SL一样,很多人很难将LS打印工艺视为一种“打印工艺”。这种打印机以高功率激光束在粉床表面扫描,激光照射到的粉末融化,打印机内部的滚筒在粉床顶部刷上一层新的粉末并将打印台降低1毫米。
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1700400182 用粉末代替液体材料进行打印有其优势:一个用粉末打印出来的物体不太可能在打印过程中倒塌,因为未熔化的粉末可作为其内部支撑。在一些情况下,未使用的松散粉末可回收再利用。由于大部分原材料都可制成粉末形式,比如尼龙、钢、青铜和钛,因此粉末材料应用范围更广。
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1700400184 就缺点而言,使用LS打印机制造的物体表面往往不光滑、多孔。目前LS打印机还不能同时打印不同类型的粉末,不适合家庭或办公室使用。由于某些粉末若处理不当会引发爆炸,所以LS打印机必须使用氮气填充密封腔。
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1700400189 图5–7 一束激光正在熔融金属粉末,打印过程完成后物体最终被埋在粉末下
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1700400191 图片来源:Solid Concepts Inc.
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1700400193 最后,LS打印是高温过程,刚刚打印完的物体不能立刻从机器中取出。视打印层的尺寸和厚度的不同,大型物体可能需要一天的冷却时间。
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1700400195 三维打印
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1700400197 根据另一易混淆的命名惯例,3DP(三维打印)使用一种称作“三维打印”的工艺,其通过打印头将黏合剂或某种胶挤到原材料粉末中。3DP是在20世纪80年代由麻省理工学院的学生保罗·威廉姆斯和他的导师伊莱·萨克斯教授发明的。
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1700400199 那时,商业类增材制造系统使用激光或有毒的打印材料,而且整个系统体积有小卡车大小。早期的增材制造机器操作复杂且价格昂贵。由于3DP是个受欢迎的替代品,因此麻省理工学院在后来将3DP的相关技术申请了专利并授权给了几家公司(这些技术后来成为世界上很多商业类3D打印机的基础)。
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1700400204 图5–8 彩色3DP工艺将彩色胶水喷至淀粉基粉床上,然后再涂一层新的粉末并重复此过程
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1700400206 图片来源:David McCarthy
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1700400208 3DP的突破性在于它的简单。保罗·威廉姆斯对于3DP的愿景相当大胆,特别是在当时那种技术现状下。保罗在他的硕士论文中写道:“台式机生产的目标是只需要按一下按钮就可以制造零部件,而无须其他操作。”他设想作为台式制造系统的3DP将是精确、快速、廉价和易于使用的。
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1700400210 今天,3DP已经实现了其创始人的愿望,成为一种流行的、成本低廉的3D打印方法。由于3DP打印机通过在原材料内挤入胶水生成层,所以并不需要激光,而且有很多原材料可以使用。3DP打印机不需要高功率的组件,因此其操作的能源效率高。不利的一面是它不用激光,从而很难制造出很薄的层,制造出的物体往往表面粗糙。
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1700400212 3DP突出的优势之一就是可以彩色打印。当胶水沉积时,一些附加的彩色墨水也会被喷入,可制造出全彩色三维模型。3DP可使用粉末状材料,从可生产出砂岩状纹理的淀粉状材料到需要在火炉中硬化的粉状陶土,都可以作为3DP的打印材料,还有一些3DP使用玻璃粉末、骨骼粉末、轮胎碎片甚至是锯末。有的打印机还使用青铜等金属粉末,胶合的青铜需要放入熔炉烧结成固体。
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1700400214 3D打印:从想象到现实 [:1700398788]
1700400215 整理设计文件
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1700400217 打印过程开始于设计文件,像冰山的水下部分一样,还有大量的准备工作需要完成,包括准备设计文件和设置打印机。在我访问ABC成像公司时,约翰告诉我工作量最大(虽然经常不被视作挑战)的是帮客户将设计文件正确地转为可用文件格式。
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1700400219 设计文件必须可以和3D打印机的内置软件准确交流,打印机的内置软件(或固件)会告诉其机械组件如何操作。为3D打印准备一个完整的设计文件并不是一项简单的工作。
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1700400221 在ABC成像公司,3D打印过程开始于客户提供的设计文件,大部分客户是建筑师或工程师。大多数行业都倾向于使用专业设计软件,例如很多建筑师使用Sketchup进行设计。Sketchup是一款免费的、易于使用的设计工具,它在教育工作者、建筑师和初级设计师中很流行,工程师们喜欢用高端商用实体建模软件制作设计文件。约翰还经常与地理学家、外科医生或地图制造商合作,这些人的数据来源于光学扫描仪、远程传感器或医学图像。
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1700400223 3D打印过程中经常出现的挑战是需要弥补大多数设计软件在开发时并未考虑到3D打印所带来的问题,设计文件以各种令人眼花缭乱的文件格式发送过来,各具问题和挑战。在我访问ABC成像公司时,约翰告诉我:“在二维打印时,如果文件制作糟糕或是毫无吸引力,只要点击‘打印’,你仍然可以最终获得打印文档,虽然那并不是你想要的。”
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1700400225 约翰继续说:“在3D打印中,不是输入糟糕的设计文件就能打印出糟糕的物体,而是你输入糟糕的设计文件,什么都打印不出来。在3D打印中,如果你得到的是糟糕的设计文件,那你最终什么也打印不出来,或是比什么也得不到更糟糕的情况就是浪费了昂贵的原材料。”
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