产品设计周边-3D打印的发展历程

2016-11-21 10:08:08

优秀的工业产品设计除了仰赖设计师的创新思维,也依赖于不断发展的制作工艺和加工方式。各种先进的加工方式无疑会助推整个工业设计行业的发展。在目前先进的加工方式中,3D打印技术则备受推崇。今天,咱们就了解一下3D打印的发展历程。

 

3D打印技术虽是近年火起来的加工手段,但其发展的历程可以说不算短了。之所以又突然火起来,是因为国外3D打印技术上有了长足的进步,而且在实际的加工中取得了重大进展。
到今天为止,3D打印仍可算作是新生事物,所以也必然遵循新生事物的发展节奏,即初期发展缓慢,一旦在技术上有了突破,局面会迅速打开。

 

早期的FDM技术

3D打印第一次出现在1984年,Chuck Hull 在德州发明了用2D叠加的方式将塑料凝固成3D模型的机器。


80年代主流使用的技术叫做 FDM - 熔融沉积成型。它的原理是用融化的塑料,一层一层堆叠成型。缺点也很明显:精度低,速度慢,5立方厘米的物品就要打印近10个小时,而且产品外观非常粗糙。不过由于原材料是普通的塑料,产品的强度也接近普通塑料制品。



90年代的SLA技术

SLA打印设备诞生于90年代, SLA意为立体平板印刷,是使用液态的光硬化树脂,用激光将液体凝固,然后将凝固好的形体从液体中逐渐拉出。SLA技术极大的提高了打印成品的精度,效果更加接近真正的工业产品。但是它同样打印速度很慢,光敏材料很昂贵,并且脆弱易折断。

90年代后期涌现出了更多材料产品的探索,如金属、陶瓷、器官等。可几乎都存在着速度慢、成本高的限制,无法成为真正大批量生产的工业设备,仅仅适合初期产品造型设计上的探索。

开源时代及SLS技术

21世纪初,3D打印一度陷入了瓶颈,研发机构不知如何改进其耗材,精度和速度,于是他们开源了这一技术,让更多的科技公司、爱好者可以参与改造。3D打印扩张到了全世界,媒体们一度鼓吹第三次工业革命来了。

这时又出现了新的技术:SLS

SLS意为选择性激光烧结,它的原理是将极细的固态粉末用激光融化粘连成型。

他的优点是可以使用塑料、金属、陶瓷材料,只要制成粉末状,调好熔点。打印出的产品其强度、质感和真实产品一致。而且不像其他3D打印设备需要支撑材料,其粉末本身就可以做支撑,减少浪费,省去了后期处理支撑材料的步骤。



如今的成果

2010年开始,3D打印迎来了蓬勃的发展,开始向各个行业的生产链发起挑战。 

    Kor Ecologic首次用3D打印技术制造了一辆汽车,并且可以驾驶上路。我们都知道汽车工业的复杂与昂贵,每辆车有上万种零件,需要众多车间工人和机器共同完成组装,每一次重新设计都是一件代价颇高的改动:设计的更改、更换零件都让整个生产流程都要随之变动。

而这辆3D打印车的价值在于:它不需要庞大的人工成本,仅用44小时,在一个很小的厂房内就完成制造。它仅仅含有49个部件,并可以随时调整造型设计。由于整体性高,它的强度足够高而且重量较轻,节能省油。



Carbon3D在今年发布了真正的黑科技,能让3D打印的速度快100倍。惊呆了业界。一个平常需要数个小时才能成型的埃菲尔铁塔,在短短6分钟左右的时间内就完成了。打印速度几乎是肉眼可见的:一个产品从液体中慢慢长出。

它的原理很像SLA,但是把传统的点状激光轨迹运动变成一整个激光发射屏幕,直接打出整个横截面。这样不管物体有多大,一起打印多少个物体,只要高度一致,时间都是一样的,仅仅需要几分钟就可以打出将近10cm的高度。

想象未来在大型生产中,在巨大的光屏上同时打印成百上千个部件也只需要几分钟的时间,不需要任何模具,就好像科幻电影般的场景。

3D打印在医疗设备领域也有众多突破,Lithoz公司与苏黎世医科大学合作研究了可被人体吸收的3D打印生物陶瓷支架。产品作为医疗骨肿瘤的可降解的TCP支架,进行了植入实验。支架在植入动物体内10天后被结缔组织包裹住,没有炎症发生,这使得骨质缺损患者看到了康复的希望。

通过3D 打印个体化的植入物进行组织缺损的修复,可以大大提高外科手术的精确性与安全性。奥地利Lithoz公司制造的3D陶瓷打印设备可以打印出满足这一医疗需求的医疗健康产品。


美国传统军工巨头Orbital ATK在近期宣布:他们已经成功的在 NASA 的兰利研究中心测试了 3D 打印的超音速发动机燃烧室,并且,该产品成功通过了长达 20 天的各项高温模拟实验,其中包括持续时间最长的推进风洞试验。

这一表明了3D打印已经可以用于制造大型的器械设备和精密的实验室科学仪器,应用范围更加广阔。

在企业产品研发过程中,工业设计是保证产品研发效果的重要推动因素。基于工业设计的基础作用,3D打印技术的应用,对工业设计的影响是积极的,能够极大的推动工业设计的有效进行。所以,我们应对3D打印技术有足够的认识,以推动工业设计全面发展。
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