目前都有哪些3d打印机怎么使用是使用激光器进行工作的

一下飞机就有亲切感,“我真的有记忆,来过这里。”
留下三个未成年孩子和一对需要长期吃药的古稀老人。
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  近年来成为热门,与此同时光纤激光器在越来越多的3D打印及其他增材工艺,例如激光烧结和部分熔覆技术中被采用。IPG Photonics CEO Gapontsev博士在公司2015年第1季度财报公布以后表示,激光增材制造是为公司带来持续增长的应用。IPG相信随着增材制造逐渐被广泛接受,IPG Photonics具有更好的能力为诸如高铁车辆和钢铁制造商等客户进行服务。一旦3D打印普及,IPG Photonics将会证明作为构件制造战略一部分的激光器产品所起到的作用。
  具有全球影响力的报告《Wohlers Report 2015》显示,2014年全球3D打印产品和服务市场增长了35.2%,达到41亿美元。这意味着该行业在2014年增长了10亿美元。49家制造商生产和销售,增长率是33.8%。WohlersAssociates预测2017年市场规模会达到60亿美元,而2021年达到110亿美元。
  IPG光纤激光器3D打印主要客户
  金属材料3D打印系统主要制造商及其份额
  超过80%的系统使用光纤激光器
  部分可用于3D打印的IPG光纤激光器
  3D打印空客A380气动总管
  3D打印LEAP-1b发动机燃油喷嘴
  金属及混合金选择性激光熔融或烧结(SLM/SLS)取代了塑料,在增材制造工业中获得了最快的成长
  光纤激光器作为选择性激光熔融或烧结(SLM/SLS)的重要设备,是由于IPG在金属加工行业具有重要的市场地位
  具有性价比的新型IPG高功率绿光激光器在表面光洁度和零件公差方面补充了现有的工艺,在航空航天等行业具有重点地位
  产品向着最高可至10 kW的更高功率迈进
  YLR-SM单模光纤激光器
  YLR-SM系列,作为新一代二极管泵浦近红外(nm)单模连续型掺镱光纤激光系统代表,不仅是切割金属的利器,还是3D打印的理想光源。IPG在国内历届展会上展出的3D打印样件,均出自YLR-SM单模光纤激光器的作品(如封面图片所示,courtesy of Xian BLT)。它是集高功率、理想的光束质量、光纤传输和高电光转换效率于一体的独一无二的产品。
  YLR-SM系列提供非常宽的工作波长选择,并且具有超低噪声、高稳定性和超长泵浦二极管寿命等特点。配置包括风冷或水冷,其中水冷可提供高达1000 W输出功率。新款产品对控制电路进行了重新设计,其功能更强大,且易于扩展与升级。
  3D打印,精细切割,焊接,烧结,雕刻
  单模输出光纤
  内置脉冲发生器
  电光转换效率高于30%
  TEM00光束质量(M2&1.05)
  风冷和水冷可供选择
  免维护运行
  注:实际上YLR系列具有从100 W,200 W,300 W,400 W至1 kW的10个百瓦整数倍功率的激光器可供选择。
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403 Forbidden3D打印很热,但国内企业几乎都没踩对点|界面新闻oJMedia3D打印被称作是&第三次工业革命&的重要标志。目前,全球3D打印行业已步入快速发展期,市场平均增速达30%,预测到2018年全球3D打印机市场将增长至211亿美元,在年期间,全球3D打印机出货量年均复合增长率为106.6%,同期内营收增幅为87.7%。
这样靓丽的数据预示着3D打印将是一个被投资重点关注的领域,那么实际情况如何?让金牌顾问带你来看看美国最近的情况以及中国3D打印的深度分析吧。
一、Desktop Metal:来自麻省理工的精英团队受到资本青睐
Desktop Metal(以下简称DM)是一家金属3D打印机创业公司,2015年成立于麻省剑桥,他们的目标是制作出更便宜、更小巧的金属3D打印机。
该公司于2015年10月进行了A轮融资,这也是他们的首轮融资,凯鹏华盈、恩颐投资(New Enterprise Associates)、Lux Capital和3D打印巨头Stratasys等6家投资方总计投了1400万美元。
2016年4月DM进行B轮融资,由凯鹏华盈、恩颐投资、Mike Volpe与Data Collective参与共投资3376万美元。
DM有超过6个联合创始人,其中4个是麻省理工(MIT)的教授:
联合创始人Ric Fulop:曾经参与过锂电池创业公司A123 Systems,并帮助后者开发了KERS能量回收系统,该系统目前已经被梅赛德斯-奔驰一级方程式车队采用。
Yet-Ming Chiang:是前A123 Systems联合创始人。
Jonah Myerberg:是前A123 Systems工程师。
Chris Schuh:是MIT材料科学学院院长。
另外两位中,Rick Chin是3D CAD软件提供商SolidWorks的早期工程师,Matt Verminski曾经是机器人公司Kiva Systems的副总裁(该公司后来以8亿美元的价格被亚马逊收购)。
二、DM的雄心:让工业金属3D打印更小更经济
目前主流的金属3D打印机体积非常庞大,而且成本很高,只有政府和大企业能够承担使用,所以DM希望能够改变这个现状,他们准备制作出更便宜、更小巧的金属3D打印机,这些打印机可以放在桌面上或装进人们的口袋。
目前类似这种体积小型的3D打印机还只能打印轻质的材料,比如塑料和纸,当然价格也比之前低了几千美元。但是金属3D打印却还没有能够取得如此大的进展。
影响金属3D打印技术发展的原因在于,金属3D打印机对很多制造商来说都太过笨重,而且运行成本很高,需要大量汽油和工业量级用电,要求操作许可证,还需要使用存在潜在危险的强激光。金属3D打印对大制造商尚且如此,对很多个人工程师和业余爱好者来说更是遥不可及了。
DM目前已经研发出了金属3D打印机原型,这离他们的目标更近了一步。但当前DM还未透露更多细节问题,但他们表示会采取与当前大多数3D打印机完全不同的机制,而且不会使用激光器。他们的目标是生产出一种适合办公室使用的金属打印机,不需要专业人员操作,而且机器运行速度更快,更方便也更经济。他们的目标客户是像通用汽车公司(GM)、波音公司(Boeing)、霍尼韦尔公司(Honeywell)这样的大型制造公司和一些小型的工程公司。
迪拜推出全球首座3D打印办公室
据路透社报道,近日迪拜推出全球首座3D打印办公室,该建筑使用了一种特别的水泥混合物,只有一层,占地面积250平方米,使用了一台6x36x12米的打印机建造。耗时17天建成,造价约14万美元,它将作为项目背后的公司&&迪拜未来基金会的临时总部使用。研究估计该技术能够消减50%至70%的建造时间,节省50%至80%的人力成本。迪拜的战略是,到2030年利用3D打印建造25%的建筑。
三、3D打印行业秩序仍有待确立
根据ReportBuyer关于金属3D打印机产业的报道,金属3D打印机在航空和医疗事业上应用最为广泛,其在市场中的增长速率为48%。类似Boeing、Lockheed等公司早已把金属3D打印机投入到其生产过程中了。目前,金属3D打印机已经不仅仅只是应用于一个工业体系,而是每个工业体系中的生产组。
2015年3D打印业的巨头3D Systems和Stratasys在股市中下行的表现让很多人开始唱衰3D打印行业。但专家们认为,2016年3D打印行业依旧会持续上升势头,还有权威专家分析指出,这个行业直到2019年都会保持高速发展,这两家公司股价的缩水完全是因为他们遭遇到了来自小企业的挑战,而那些小型3D打印机制造商都获得了创纪录的利润,将很快成为行业的主要玩家。
另外,佳能、惠普、西门子等传统制造业企业也纷纷进入3D打印市场,一方面显示了3D打印对制造业的巨大魅力,另一方面也说明,如果投资人想要通过竞争确定行业赢家将会需要更长的一段时间。从上面的分析我们完全可以看出来,为什么DM会在短短6个月间获得了A、B两轮投资的背后逻辑了。
DM在获得投资后决定,在接下来的几个月内增加1倍的员工,公司扩展到50人,并加速产品原型到真实产品的速度。
四、3D打印在中国的发展如何?
1.市场增长潜力巨大
2015年我国3D打印产值接近100亿元人民币,如果推进顺利,2016年将翻一番,达200亿元人民币。有专家称,虽然我国相关技术暂时落后于世界先进水平,但这并不妨碍我们将成为世界最大的3D打印市场。专业人士预计,在未来的3~5年内我国3D打印市场有望以每年至少1倍的速度增长。
2.政策层面利好
在我国,3D打印肩负起了制造业转型的重大使命,政策也对3D打印行业表现出了极大的热情,随着《国家增材制造产业发展推进计划(年)》、《中国制造2025》等政策出台,以3D打印为代表的增材制造方式被提升到国家战略层面。
3.制造业将以3D打印和智能制造为突破口
以上惊人的增长数据似乎印证了著名经济学家杰里米&里夫金的观点,随着互联网的不断发展和科技的进步,制造业将以3D打印以及相关智能制造方式为突破口,从集中制造过渡到全民制造,这将极大提高人类的生产力。
4.3D打印的巨大市场在哪里?
(1)未来工业领域
2015年末,美国行业巨头3D Systems宣布撤出&消费级&市场,将转向更赚钱的专业级和工业级3D打印市场。有专家指出,未来工业领域还将是3D打印的主流市场,更多企业将忍痛放弃消费级市场而专注于工业级市场,3D打印未来工业应用的平台化、智能化、系统化将不可避免。
(2)医疗领域
同时有人预测,尤其在医疗领域,3D打印将有更广泛应用。最近5年投资界对于3D打印的追捧使得3D打印技术与材料进入了高速增长期,其中可以适用于骨科手术辅助与植入的材料种类越来越多,更多的医疗应用可以采用到3D打印材料,从导板到假体,从康复器械到牙冠,以及未来的细胞打印技术,3D打印在医疗领域的发展值得期待。
(3)物联网
&物联网&作为现代化产品一项重要的元素,越来越多的消费品被安装上传感器或其他电子部件。未来,运用人工智能设计产品将成为主流,而这些智能产品的很多部件目前只能用3D打印制作出来。
乔˙埃里森在&《3D打印即将给制造业带来的影响》一文写道:&今天,3D打印仍被看作一个技术解决方案,但未来的3D打印将是一个商业解决方案&。
5.中国被投资人视为3D打印的年轻市场
2015年诺贝尔物理学奖得主乔治&斯穆特以投资人的身份出现在清华科技园,宣布与清华科技园孵化的3D打印机开发企业O.ME签约。这是斯穆特在中国的第一笔投资。
斯穆特认为3D打印技术在美国发展已经趋于成熟,模型成品、打印商店和其他工业技术应用都已有一定规模,行业竞争变得很激烈。但中国3D打印行业还非常年轻,即使美国和欧洲很多公司在3D打印领域已取得一定成就,但他们想进入中国仍然并不容易。所以投资人需要现在开始就做一些基本工作,这样就能在行业大公司进入中国之前站稳脚跟。
6.中国的3D打印存在哪些问题
尽管有着前面说的那么利好,但金牌顾问却要说,千万不要盲目乐观,因为我们前几年的3D打印并不那么想像的那么美妙。
(1)一哄而上虚火旺
2013年被认为是中国3D打印的元年。从2012年底开始,3D打印产业园&遍地开花&,部分三四线城市甚至乡镇也提出兴建计划,力争分食&3D蛋糕&。一时间,开发和销售3D打印机、提供3D打印服务、炒3D打印股的蜂拥而至。但几年下来,产业园不温不火,打印服务名不见经传,名噪一时的3D打印照相馆、体验馆大部分也已销声匿迹。虚火旺、泡沫多的质疑声四起,3D打印是否会重蹈光伏产业覆辙?
中国工程院院士卢秉恒认为&3D打印产业确实有一拥而上的趋向,各地政府应积极引导,避免投资者盲目入市。根据中国制造2025规划要求,一个国家级3D打印创新中心正在建设,未来可以为各地3D打印产业提供更多前沿技术。&
(2)无序竞争将是产业灾难
珠海市耗材行业协会副会长、再生时代董事总经理李广连表示,近年来在3D打印产业上,各种应用、各种新技术出现非常多,这是一件非常好的事情。
但是,值得注意的是要避免无序的竞争。现在价格的竞争非常大,这非常不利于国内3D打印产业的发展。&我现在已经看到有1100多块钱的机器,一旦真的进入这样一个恶性循环,我觉得对于中国3D打印产业的发展是灾难性的。&
西北工业大学凝固技术国家重点实验室主任、博士生导师黄卫东也表示,对3D打印的热度有些方面过火,有些方面寒冷。&比如像桌面机的3D打印机,中国现在超过上千家公司在做。中国为什么会有这么多小公司成立呢?在一段时间之内,它们有生存的空间。但是,对于未来,我估计这上千家中有九成以上要倒掉,这有一个非常痛苦的过程。&
(3)没有技术积累与研究就没有未来
国内3D打印起步晚于国外。30年前是技术门派在研究3D打印,技术不断成熟后走向市场。但国内技术研究与积累太贫乏,没有深厚的技术背景想要实现革命式的突破基本不太可能。
究其原因,近些年3D在国内的火爆,其中一个重要原因普是国外专利技术到期,也就是国外的技术我们可以拿来随便用了,这为国内发展3D打印提供了发展的基础。相信很多人都会感到悲哀,我们自己研发的技术在哪里!未来我们能够站在3D打印的制高点上吗?
像国内很火的通过逐层打印的方式来构造物体的技术,在30年前就已经被研究,美国等国家在上世纪90年代已经运用。
金牌顾问还发现,一些企业会认为3D打印机很简单,但不少企业三年前和现在给外界展示的一直就是一台机器。专家直言,3D打印不仅仅是一部机器,还需要研发材料和喷头。海外开源技术你可以运用,但开源的东西是工程师用的,你要改进,让普通人可以应用。
国内普通的3D打印机与国外差距不大,但在工业领域,中国的3D打印技术与国外先进技术还有20年的差距,尤其在材料方面。比如有专家说:&别人的材料可以卖3000元一公斤,而我们的材料只能卖500元一公斤,这是有原因的。&而国际著名调研机构IDC亚太区成像、打印和文件解决方案项目主管Maggie Tan认为,耗材的短缺和耗材问题也会影响3D打印技术在中国的发展。
7.投资人如何看待3D打印
金牌顾问在完成这篇文章时,曾看到有一份资料显示,在那年,也就是被称为3D打印元年的2013年,不少做3D打印的找到投资机构自荐寻求投资,但在投资人眼中他们基本都是在卖硬件,正像有位投资人所说的&如果是单纯卖硬件,在中国的市场环境下,利润会随着竞争对手的不断挤入而被迅速摊薄,电子书就是一个最好的例子。&3年过去了,我们却有些无奈的发现,3D打印市场依然没有更多的变化!
当然,也有一些投资人有其不同意见,他们以2D打印的发展历史为参照,认为3D打印产业链的各个环节如全部展开,再通过竞争集中到少数几家,至少需要近十年时间,而其利润最丰厚的撇脂利润期不会超过最初的三至五年。这对于较早进入3D打印行业,并能把握住产业技术发展方向的企业来说,无疑是最佳的成长机会。
这些看好3D打印的投资人并不认为3D打印机会成为普通家庭的标配,尤其是在中国。因为有2D打印机的先例在那里摆着呢!与美国市场相同的是,他们更看好3D打印在2B市场的潜在成长空间。
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> 五种常见3D打印技术及其优缺点对比
  五种常见3D打印技术及其优缺点对比
   & & & & & & & & & & & & & & & & 亘易隆
& & & &3D打印技术从狭义上来说主要是指增材成型技术,从成型工艺上看3D打印技术突破了传统成型方法通过快速自动成型系统与计算机数据模型结合,无需任何附加的传统模具制造和机械加工就能够制造出各种形状复杂的原型,这使得产品的设计生产周期大大缩短,生产成本大幅下降。
  常用3D打印技术
  SLA(Stereo LithographyApparatus,光敏树脂选择性固化)
  SLS(Selective LaserSintering,粉末材料选择性激光烧结)
  FDM(Fused DepositionModeling,熔融沉积)
  3DP(3Three DimensionPrinting,3D喷射打印)
  PUG(Poly-Urethan-Guss,真空注型)
& & & & & & & & & & & & &
  1.SLA(光固化技术 )
  立体光固化成型工艺(Stereolithography Apparatus,SLA),又称立体光刻成型。该工艺最早由Charles W.Hull于1984年提出并获得美国国家专利,是最早发展起来的3D打印技术之一。Charles W.Hull在获得该专利后两年便成立了3D Systems公司并于1988年发布了世界上第一台商用3D打印机SLA-250。SLA工艺也成为了目前世界上研究最为深入、技术最为成熟、应用最为广泛的一种3D打印技术。
  图:SLA(光固化技术)原理图
  原理:液槽中会先盛满液态的光敏树脂,氦&镉激光器或氩离子激光器发射出的紫外激光束在计算机的操纵下按工件的分层截面数据在液态的光敏树脂表面进行逐行逐点扫描,这使扫描区域的树脂薄层产生聚合反应而固化从形成工件的一个薄层。
  当一层树脂固化完毕后,工作台将下移一个层厚的距离以使在原先固化好的树脂表面上再覆盖一层新的液态树脂,刮板将粘度较大的树脂液面刮平然后再进行下一层的激光扫描固化。
  SLA(光固化技术 )的优缺点
  优点:
  1.成型过程自动化程度高。
  2.尺寸精度高。SLA原型的尺寸精度可以达到&0.1mm。
  3.表面质量优良。
  4.系统分辨率较高,可以制作结构比较复杂的模型或零件。
  缺点:
  1.零件较易弯曲和变形,需要支撑。
  2.设备运转及维护成本较高。
  3.可使用的材料种类较少。
  4.液态树脂具有气味和毒性,并且需要避光保护。
  5.液态树脂固化后的零件较脆、易断裂。
  2.SLS ( 粉末烧结技术 )
  选择性激光烧结工艺(Selective Laser Sintering,SLS),该工艺最早是由美国德克萨斯大学奥斯汀分校的C.R.Dechard于1989年在其硕士论文中提出的,随后C.R.Dechard创立了DTM公司并于1992年发布了基于SLS技术的工业级商用3D打印机Sinterstation。
  图:粉末烧结技术原理图
  原理:先采用压辊将一层粉末平铺到已成型工件的上表面,数控系统操控激光束按照该层截面轮廓在粉层上进行扫描照射而使粉末的温度升至熔化点,从而进行烧结并于下面已成型的部分实现粘合。当一层截面烧结完后工作台将下降一个层厚,这时压辊又会均匀地在上面铺上一层粉末并开始新一层截面的烧结,如此反复操作直接工件完全成型。
  SLS ( 粉末烧结技术 )的优缺点
  优点:
  可直接制作金属制件(独有)。
  材料选择广泛。
  可制造复杂构件或模具。
  不需要增加基座支撑。
  材料利用率
  缺点:
  样件表面粗糙,呈现颗粒状。
  加工过程会产生有害气体
  3.FDM (熔融沉积技术 )
  熔融沉积成型工艺(Fused Deposition Modeling,FDM)是继LOM工艺和SLA工艺之后发展起来的一种3D打印技术。该技术由Scott Crump于1988年发明,随后Scott Crump创立了Stratasys公司。1992年,Stratasys公司推出了世界上第一台基于FDM技术的3D打印机&&&3D造型者(3D Modeler)&,这也标志着FDM技术步入商用阶段。
  图:FDM(熔融沉积技术)原理图
  原理:将丝状的热熔性材料进行加热融化,通过带有微细喷嘴的挤出机把材料挤出来。喷头可以沿X轴的方向进行移动,工作台则沿Y轴和Z轴方向移动(当然不同的设备其机械结构的设计也许不一样),熔融的丝材被挤出后随即会和前一层材料粘合在一起。一层材料沉积后工作台将按预定的增量下降一个厚度,然后重复以上的步骤直到工件完全成型。
& & & & &FDM(熔融沉积)的优缺点
  优点:
  整个系统构造原理和操作简单,维护成本低,系统运行安全。可以使用无毒的原材料,设备系统可在办公环境中安装使用。
  工艺干净、简单、易于操作且不产生垃圾。
  独有的水溶性支撑技术,使得去除支撑结构简单易行,可快速构建瓶状或中空零件以及一次成型的装配结构件。
  原材料以材料卷的形式提供,易于搬运和快速更换。
  可选用多种材料,如各种色彩的工程塑料ABS、PC、PPSF以及医用ABS等。
  缺点:
  成型精度相对SLA工艺较低,精度0.178mm。
  成型表面光洁度不如SLA工艺。
  成型速度相对较慢。
  4.3DP( 3D 喷射打印技术 )
  聚合物喷射技术是以色列Objet公司于2000年初推出的专利技术,PolyJet技术也是当前最为先进的3D打印技术之一,它的成型原理与3DP有点类似,不过喷射的不是粘合剂而是聚合成型材料,如图所示为PolyJet聚合物喷射系统的结构:
  图:3DP(3D喷射打印技术)原理图
  原理:3D打印材料以超薄层被喷射到构建托盘上,用紫外线固化,并且可以同时喷射两种不同机械特性的材料。完成一层的喷射打印和固化后,设备内置的工作台会极其精准地下降一个成型层厚,喷头继续喷射光敏聚合材料进行下一层的打印和固化。就这样一层接一层,直到整个工件打印制作完成。
& & & & &3DP(3D喷射打印技术)的优缺点
  优点:
  同时制作两种及以上材料组合件。
  皮革纹理清晰,尤其适合内饰件试制(方向盘、扶手、排档等)。
  密封条、密封圈试制。
  一次性制作复杂分总成零件。
  更细致表现细节。
  内外饰小模型制作。
  缺点:
  材料强度受限制
& & & & 5.PUG (真空注型技术 )
  真空注型技术基于硅胶模而翻制样件的技术,硅胶模制造工艺是一种比较普及的快速模具制造方法。由于硅胶模具有良好的柔性和弹性,能够制作结构复杂、花纹精细、无拔模斜度甚至具有倒拔模斜度以及具有深凹槽类的零件,制作周期短,制件质量高。
  图:PUG工艺流程图
  优点:
  小批量生产。
  工艺相对简单,易操作。
  只需简易硅胶模,制作时间短。
  可选择多种材料。
  缺点:
  类批量材料在性能上受限制。
  易发生起泡、缺料等表面缺陷。
& & & & 6 .五种技术对比}

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