3D打印机(3D Printers),又称三维打印机,是快速成型的一种工艺设备,顾名思义3D打印机就是能够打印出三维物体的打印机。3D打印是一种累计制造技术,通过分层加工、迭加成形,逐层增加材料来生成3D实体。3D打印机是一种数字模型文件为基础,运用特殊蜡材、粉末状金属或塑料等可粘合材料,通过打印一层层的粘合材料来制造三维的物体。3D打印机与传统打印机最大的区别在于它使用的“墨水”是实实在在的原材料,堆叠薄层的形式有多种多样,可用于打印的介质种类多样,从繁多的塑料到金属、陶瓷以及橡胶类物质。
1、提高生产效率
3d打印机可以使用计算机直接进行各种零件或者模型的生产,不用通过其他设备来协助完成。不像传统工厂生产零件时需多个设备甚至是多个生产线协作才能组装完成,而3d打印机则不需要拼装,速度更快,提升了生产效率。
2、有效控制成本
传统产业很多时候在生产新的物品或零件时,都需要根据产品的不同需要引进新的设备和人才,不仅增加了成本,在定价时也会很复杂。而3d打印机只要你掌握这项技术,就可以直打印该产品了,不仅方便还可以降低生产成本,有效控制生产成本。
3、方便携带且可移动
3d打印机不同于传统的生产设备,又大又笨重,一般不可以随意携带,运输起来很麻烦,3d打印机是可以携带和移动的。此外相比于其他生产设备,3d打印机要小的多,它可以在家庭里或办公室使用,不用放在专门的工厂内。
4、保密性强
如果你作为一个设计师拥有3d打印机,就可以自己打印样品,不会让源文件泄露,大大增加了知识产权的保密性。
1、快速原型制作
3D打印机可以直接将设计的3D模型制作成实物模型,便于实现快速原型制作。快速原型制作在产品开发、销售模型试验、概念商业模型演示等领域得到了广泛的应用。
2、个性化制造
3D打印技术可以实现个性化制造,消费者可以根据自己的需求和喜好打印出自己独一无二的产品,比如个性化手机外壳、鞋垫等。
3、零部件制造
3D打印技术可以打印出复杂的零部件,适用于小批量、自定制、设计难度大、形状复杂、采用常规加工难以生产的工件。如汽车零部件、机械零部件、航空部件等。
4、创意艺术
3D打印技术可以打印出艺术品、建筑模型等,将想象转化成真实的形式,具有非常大的创意价值。
1、工业部件和模型
3D打印可用于快速制造复杂的工业部件和模型,可以大大缩短生产周期和成本。
2、医疗设备和器械
3D打印可以制造出许多医疗设备和器械,例如义肢、牙套、外科手术模型等。
3、艺术品和装饰品
3D打印可以帮助制造出各种奇特、精美的艺术品和装饰品,例如雕塑、珠宝、艺术品模型等。
打印过程中,首先需要使用计算机设计出所需零件的三维模型,然后将该模型离散为一系列有序的单位,通常在Z向将其按照一定的厚度进行离散,把原来的三维CAD模型变成一系列的层片。接着,根据每个层片的轮廓信息,输入加工参数,系统自动生成数控代码,最后由成型一系列层片并自动将它们连接起来,最终得到一个三维物理实体。打印材料可以是塑料、金属、陶瓷等不同的物质。
1、三角型结构
三角型结构是以三角形框架组成,框架呈屋顶形,外观结构小巧,结构简单,由于其结构优势,打印喷头在支架中样沿X、Z轴运动,在Y轴方向可以伸出较远,增加了Y轴方向的打印尺寸。而其缺点在于机体的制作精度较低,通常只能达到mm级,在打印时打印物体随热床在Y轴前后移动容易导致黏附不牢。
2、矩形杆式结构
矩形杆式结构是一个立方体结构,通常由杆件与固定件搭建成框架结构,打印喷头安装在框架内部与工作平台进行运动组合,完成三维立体的打印。矩形杆式结构不但能媲美盒式结构组装精度,还同样具有三角形结构简单可靠的特点。但是其同样具有打印过程抖动较大,容易产生较大的位置误差,打印过程难以维持工作台的水平。
3、矩形盒式结构
矩形盒式结构是商业化最为普遍的形式,从整个3D打印的发展历程来看,这种形式的机器也是发展较为完整的机器。整体安装精度高,商业化的3D打印机通常都会采用这种结构。通常采用矩形盒式结构的FDM技术的3D打印机,内部多用同步带结构,当打印速度过快时会产生较大的振动,影响打印精度。此种结构不只是FDM技术的3D打印机会采用,其他类型的打印技术也经常采用。
4、并联臂结构
并联臂结构是一种闭链机构,其中较为典型的并联机构有Delta结构与Stewart结构,其中Delta结构是一种早先应用于机械臂的并联式运动结构。其通常采用三分支并联臂,根据各个分支在Z轴方向的运动,转变为喷头在三维空间的运动,从而实现三维打印。该种结构较简单,而且打印精度高,打印速度快,缺点就在于需要大量的计算将各个分支的Z轴运动转变为喷头的运动。该种结构具有优良的性能,只是对软件要求较高,在3D打印机领域具有重要的发展前景。
按打印尺寸和应用领域分类:
1、桌面型3D打印机
桌面型打印机适用于家庭、教育和小型企业,通常具有较小的打印体积,用于原型制作和个人项目。
2、工业级3D打印机
工业级打印机拥有更大的打印体积和更高的精度,适用于制造业、医疗领域和航空航天领域,可打印出更大型和更复杂的零部件。
3、医疗领域3D打印机
专门用于医疗领域的3D打印机可以制造出定制的假体、义肢和牙科模型,为患者提供个性化的医疗解决方案。
按打印原理分类:
1、喷墨式3D打印机
喷墨式3D打印机采用喷墨技术,将材料以液态喷射方式喷出,然后在空气中固化。这种类型的打印机通常用于生物医学领域,因其能够精确打印生物组织和药物。
2、熔融沉积3D打印机
FDM打印机通过将材料加热到液态,然后将其层层堆积,逐渐构建出三维物体。这是最常见的3D打印技术之一,广泛应用于原型制作和教育领域。
3、光固化3D打印机
光固化打印机使用紫外线光源,将液态光敏树脂固化成固体。这种技术在珠宝制作、牙科和精密零部件制造中表现出色。
4、电子束熔化3D打印机
EBM打印机使用电子束来熔化金属粉末,用于制造高强度金属零部件,如航空和医疗领域的零部件。
1、打印耗材不同
普通打印机的耗材主要是墨水或碳粉和纸张组成;而3D打印机主要打印材料则是工程塑料、树脂、石膏粉末、热塑性塑料、钛合金、光聚合物、液态树脂等,这些材料的共同点是容易成型且都是经过特殊处理的。
2、打印结构不同
普通打印机只能平面打印,而3D打印机可以空间立体打印。
3、打印的载体不同
普通打印机需要的是能构造各种平面图形的模板,比如word、powerpoint、PDF、photoshop等,而3D打印的设计则是以三维的图形为基础的。
4、打印时间不同
普通打印的几十页几百张文稿可能只需几分种而已,而3D可能要打几天,甚至一个月以上。
3d打印机的类型不同,其价格也有较大差异,看你是要买什么样子的打印机了。一般而言,桌面型3D打印机的价格便宜些,从几百元到几千元不等。而光固化3D打印机、工业级3D打印机等就比较贵,从几千元到几万元不等。一般来讲,市面上3D打印机的价格大多集中在2000—5000元/台这个价位,具体价格和类型、品牌、尺寸等都有较大关系。具体的价格还是应以实际为准,以上仅供参考。
1、确定打印需求
在购买3D打印机之前,首先需要明确自己的打印需求。例如,您是想用来打印零件原型还是艺术品呢?您对打印速度和精度有何要求?对于初学者来说,一个易于上手且具备基本功能的3D打印机可能就足够了。而对于专业用户来说,可能需要一台性能更高的3D打印机。
2、考虑打印材料
不同的3D打印机支持不同的打印材料。目前市面上的3D打印机主要支持PLA、ABS、PETG等材料。PLA是一种易于使用且环保的材料,适合初学者使用;ABS材料更耐用,但需要更高的打印温度;PETG材料则具有更好的耐候性和柔韧性。在选择3D打印机时,需要根据自己的需求来确定所需的打印材料。
3、考虑打印尺寸
打印尺寸也是一个需要考虑的重要因素。不同的3D打印机有不同的打印尺寸限制。如果您需要打印大型物品,就需要选择具备较大打印区域的3D打印机。而如果您只需要打印小零件,就没有必要花费过多费用购买一个大尺寸的3D打印机。
4、可靠性和售后服务
在选择3D打印机时,可靠性和售后服务也是需要考虑的因素之一。了解制造商的信誉和售后服务政策对于您后续使用和维护3D打印机将非常重要。选择那些具有良好声誉的制造商,以确保能够获得优质的产品和服务。
5、预算考虑
最后,预算也是一个决定因素。3D打印机的价格范围很大,从几百元到几万元不等。在购买3D打印机之前,请确保您设置的预算与您的需求相匹配。同时,要注意不仅要看设备本身的价格,还要考虑到后续的耗材、维护和升级等费用。
1、准备3D模型文件
使用计算机辅助设计(CAD)软件创建或下载3D模型文件,确保其格式支持你的打印机。常见的文件格式包括STL、OBJ等。
2、选择打印材料
根据打印项目的需求,选择合适的打印材料。常见的打印材料包括PLA、ABS、PETG等,每种材料都具有不同的特性和用途。
3、设置打印参数
使用打印机的控制界面或连接的电脑,设置打印参数,包括层高、填充密度、打印速度等。这些参数会影响打印质量和速度。
4、导入文件到切片软件
使用切片软件(如Cura、Simplify3D等)导入3D模型文件。在软件中,你可以进一步调整打印参数,生成可供打印机理解的G代码。
5、生成G代码
切片软件会将你的3D模型转换为G代码,这是一种包含打印机指令的文件。保存生成的G代码到计算机或存储设备中。
6、传输G代码到打印机
将存储有G代码的文件传输到3D打印机。这可以通过USB连接、SD卡或Wi-Fi连接等方式完成,具体取决于你的打印机型号。
7、开始打印
在打印机控制面板上选择导入的文件,检查设置是否正确。然后启动打印过程。打印时间会根据物体大小和打印参数的设置而变化。
8、监控打印过程
在打印过程中,保持监控,确保一切正常运行。如果有需要,你可以随时停止打印。
9、完成打印和后续处理
打印完成后,等待打印物体冷却。然后可以轻轻将其取下。根据需要进行后续处理,如去除支撑结构、修整边缘等。
1、使用3D扫描仪逆向工程建模
使用3D扫描仪对实物进行扫描,得到三维数据。然后对数据进行加工修复,得到精确描述物体三维结构的一系列坐标数据,输入到3DS等CAD软件中,即可完整的还原出物体的3D模型。3D扫描仪的种类很多,使用方法和扫描效果都不一样。
2、使用3D建模软件绘制模型
最传统也是最有难度的一种方法,使用3DS等CAD软件绘制出3D模型。虽然3D软件很多,但是每一种都有技术要求,需要学习一段时间才能掌握。不过随着3D打印的火热,不少软件企业逐步推出了一些简单易操作的3D软件,不过再怎么简化,也还是需要一些基础的。
Stratasys成立于1988年美国,是航空航天、汽车、医疗、消费品和教育等行业的应用型增材技术解决方案的大型全球3D打印企业。Stratasys 3D打印机利用FDM和PolyJet技术,满足从快速原型到工具制造到终生产的各类应用需求,已获得批准和待批准的增材技术共有1200项。
3D Systems创建于1986年美国,是全球较早成立的3D打印公司,提供“从设计到制造”全套解决方案,包括3D打印机、打印材料和云计算按需定制部件,由硬件、软件和材料解决方案构成的广泛产品组合在金属、塑料和蜡质方面都拥有增材制造解决方案,涵盖能源、医疗保健、赛车、半导体和牙科等众多行业领域。
GE Additive是美国通用电气旗下专业从事3D打印设备生产的企业,通过收购Morris、Arcam和Concept Laser等知名3D打印厂商,现已成为全球领先的金属零件3D打印机器和工厂技术供应商之一,产品广泛应用于动力设备、火车发动机、航空航天和医疗等行业领域。
德国SLM solutions集团是世界领先的金属激光增材制造设备生产商及服务提供商,专注于选择性激光熔化(SLM)相关的高新技术研发及产业化,为客户提供具有高自由度形态部件的设计和制造方法。SLMSolutions的产品广泛运用于航空航天、汽车、模具、能源和医疗保健等行业领域。
EOS创建于1989年德国,是金属和高分子材料工业级3D打印的全球技术领导者,并提供增材制造的集成解决方案。EOS工业级3D打印系统可以快速响应因市场不稳定引起的需求变化,并能够迎合最终产品定制化等发展趋势,通过增材制造技术保证了这些零部件可重复生产。
铂力特股份成立于2011年,是中国领先的金属增材制造技术全套解决方案提供商,为用户提供全方位的金属增材制造与再制造技术解决方案,包括:设备、打印服务、原材料、技术服务等。公司拥有各种金属增材制造设备100余套,可成形材料涵盖钛合金、高温合金、铝合金、铜合金等多个种类,涉及50余种材料。
Formlabs成立于2011年美国,全球领先的SLA/SLS技术3D打印机供应商,旗下Form3系列产品在桌面级3D打印机领域享有盛誉,产品涵盖选择性激光烧结、尼龙3D打印、齿科3D、大幅面3D打印机等各种打印技术解决方案,能广泛应用于各个行业领域。
华曙高科由知名3D打印科学家许小曙博士于2009年创立,为中国增材制造行业头部企业,于2023年在上交所上市(股票代码:688433),是全球集装备研发制造、材料研发生产、控制系统、软件、技术服务支持为一体的增材制造企业,产品应用于航空航天、精准医疗、汽车产业、精密机械、精细化模具以及尖端教育科研和消费品等领域,销往全球30余个国家和地区。
联泰科技创建于2000年,是国内较早参与3D打印技术应用实践的企业之一,拥有国内光固化3D打印技术较大的市场份额和用户群体,其技术被广泛应用于航空航天、电子电器、口腔医疗等行业,在工业端3D打印的应用领域具有较大的品牌知名度及行业影响力。
创想三维是全球消费级3D打印行业知名品牌,专注于3D打印机的研发和生产,产品线覆盖“FDM和光固化”两大系列,包括3D打印机、3D扫描仪、激光雕刻机、配件及耗材等,为个人、家庭、学校、企业提供高效实惠的综合方案。