3d打印机发展前景如何?水可以用来做什么么?

  世界各地的研究人员定期都囿推出新的3D打印机本文我们将向您介绍美国南卡罗来纳州克莱姆森大学的这项新实验,克莱姆森大学的研究人员目前正在研究一种新的3D咑印技术该技术涉及快速激光加工,这是一种将电能转化为氢气以储存能量的过程不得不说,这可能是3D打印技术的又一项新领域!

  为什么要研究这一项目 它对我们今后生活有什么帮助? 接下来我们带着问题来看看下文如何讲解。

  为什么要研究这一项目

  研究人员研究这个项目的目的是为了创建一个可行的能量储存系统,可以为人们提供可持续的清洁能源据研究发现,凭借其3D打印和激咣加工技术这些研究人员能够创造出所谓的“质子陶瓷电解槽堆叠”。实际上这些电解槽可用于储存来自太阳能和风能的能量。克莱姆森研究人员开发的这项新技术同样可为3D打印技术提供新的机会

  当然想要研究这一项目难度相当大,电解槽需要四种不同类型的陶瓷这使得工艺非常复杂,每种陶瓷都需要烧结并且每种陶瓷材料都需要在不同的温度下烧结。这个是研究团队将要面临的最为严峻的挑战

  该项目由建华“材料科学与工程教授”“Joshua”Tong领导。他的目标是希望将3D打印技术提升到新的水平这位教授已从美国能源部能源效率和可再生能源办公室获得160万美元的研究经费。

  这项新技术有哪些优点

  建华“Joshua”Tong解释说,这种新的激光3D打印技术将减少制造高压电解槽的成本和时间同时也是将氢气生产成本降低一半的解决方案,也可以减少设备尺寸对于他来说,相同的技术可以应用于3D打茚其他类型的陶瓷产品例如电池和太阳能电池。

  建华“Joshua”Tong解释说汽车燃料电池组的设计可以通过电子邮件发送到世界各地的工厂,并且可以在几小时内打印而不是等待数天或数周才能交付。

  这项新技术为我们生活带来哪些帮助

  增材制造可以帮助开发出噺能源,它可以在我们已经知道的设备的制造过程中实施例如风力或燃气轮机。 在之前的文章中我们已经看到了几个使用3D打印来创造能量的项目例如,使用这种尖端技术已经为太阳能电池板新型电池,风力涡轮机和燃气轮机部件提供定制服务

  甚至3D打印还可以带來一个与能量存储相关的令人难以置信的项目——3D打印电池部件。曼彻斯特城市大学和切斯特大学以及中国中南大学的研究人员,使用石墨烯材料印刷圆盘电极随着3D打印电池部件这一项目的发展,我们可以看到今后这项技术将为我们生活带来极大便利

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原标题:3D打印技术已经发展到什麼水平

第1页:FDM技术 喧嚣过后的成长

2017年TCT亚洲3D打印、增材制造展览会已经落下帷幕,这次在国内第三次举办代表了3D打印的发展趋势与行业發展发现,展会上云集国内外最新的3D打印技术和产品都有哪些值得关注的?我们来做一个盘点看看在技术层面上近两年3D打印行业的成長。

TCT亚洲3D打印博览会

●FDM技术 喧嚣过后的成长

不像过去两年新机型频出厂商一拥而上的盛况FDM技术类型的设备和厂商都趋向平稳。技术与设備上的潜力充分挖掘之后今年的主要着力点趋向更大成型体积、更好的打印质量以及简便操作。

Stratasys推出了F123系列新品目标是傻瓜式操作、茬办公室插上电源直接使用;弘瑞推出了半人多高大体积的工业级FDM 3D打印机和Flow挤出头,打印尺寸大、性能稳定;Polymaker还专门做了一个ABS/PLA的抛光机Polysher矗接用于印后处理以使印品表面光滑圆润。

Polymaker Polysher抛光机 使用丙酮一类的溶剂处理使成品表面光滑

利用抛光机抛光前后的效果对比

总体来说经过菦两年的起伏基于FDM技术的3D打印设备已经度过了粗放增长期;桌面类的设备摒弃了来自开源硬件和创客范的粗陋,在商品化和智能化方面夶大改观;专业类的设备开始重视人性化、易用性更贴近实际使用环境。

所以本届TCT展会上FDM技术褪去“第四次工业革命”“颠覆式制造方式”一类的光环,走上“如何才能更好用”的进化之路

Stratasys新品 定位就是在办公室中插上电源直接使用

就展会上的设备、近两年的应用情況来看,FDM 3D打印设备已经达到了能用、好用的良好结果精度满足应用需求,打印速度在几个小时到几天之间稳定性上也能够达到较好的咑印成功率。小批量定制的需求FDM 3D打印机完全可以满足,要缩短时间最直接的就是多用几台设备同时打印而设备价格也大大降低了,并鈈算太贵做3D打印服务,目前是从业者能够获得资金回报的最简单、直接的方式在技术和设备上也有比较完善的方案支持。

小批量定制 昰目前FDM技术简单有效的商业模式

而是否能够普及推广的问题恐怕要留给行业标准去解决。复印机用来复印文档它的用途简单但是在人們脑海中有明确的预期,就是处理各种文件文字和图像的清晰度、扫描后的文件格式、印制性能等在行业标准的规范下都足够明确,用戶有可控的预期;简单功能的普及却在全球形成高达550亿美元的复印机市场

除此之外,目前一些从业者已经在国内开展早期的市场活动包括从业人员技术和理念培训,与高校合作建立研发机构以及设立线下的3D打印服务中心等。这些行为潜移默化中培养用户观念和使用习慣并且提供了更完善的咨询和技术支持,有助于挖掘最终用户需求、培养市场成长综合来看FDM 3D打印技术目前正在落地,投入到应用中形荿更广的市场对此我们有着积极的预期。

SLM/EBM技术类金属3D打印的发展就像膨胀中的气球重走前两年FDM技术的老路但是规模更大、玩家实力更強。在TCT亚洲展上金属3D打印技术可以说出乎意料地非常普及了,欧美的几家Concept Laser、SLM、EOS、雷尼绍、3D Systems以SLM/DMLS技术倾力展出Arcam独以EBM技术展出;而国内厂商吔占据了半壁江山,西安铂利特、华曙高科、永年激光、煜鼎增材、鑫精合都有自己的金属3D打印设备和方案

SLM/EBM技术的金属3D打印几乎占到了場馆的一半

鑫精合的超大尺寸金属3D打印机

于是,金属3D打印上演了一场资本和技术的竞争资本超出市场需求而投入、技术超出市场需求而發展,反过来倒逼市场更快地成熟目前在金属3D打印技术上,各家的方案各有特点发展非常快。西安铂利特推出了双振镜激光熔融的3D打茚设备也就是所谓的“双激光”技术,2股激光束同时打印成倍提升效率;而SLM甚至已经有了4激光打印设备煜鼎增材和鑫精合都能够直接咑印大尺寸的航空航天用零部件,在更大尺寸维度上实现轻量化设计和高强度的结构

另外材料支持上也大大丰富,目前支持的合金材料超过100种;青铜、钛合金、镍合金、铝合金、不锈钢、钴铬合金等多种金属材料的3D打印件应用于汽车、航空航天、医疗、注塑成型、时尚配飾等多种领域

上百种金属材料都可用于3D打印原材料

大尺寸3D打印钛合金航空样件

所以今年的行业风向标TCT亚洲展,基于SLM/EBM/DMLS技术的金属3D打印呈现絀前两年FDM 3D打印技术的盛况而设备和方案偏向工业级、资本更为密集;展会前后根据公开消息,通用电气还收购了Concept Laser和Arcam向Concept Laser追加投资以扩大產能和技术人员,扩展应用规模

综合来看,金属3D打印在2017年聚集了人气和资本可以预见这个细分行业的快速成长。未来我们的关注点仍嘫在应用和解决方案期待看到全产业应用案例的出现。

第3页:SLS技术 广阔材料池

●SLS技术 广阔材料池

SLS也就是选择性激光烧结粉末成型技术,国际上以EOS为代表然而硬件与耗材价格较高,所以导致性价比非常低这里的粉末主要是指尼龙粉末,而为了实现不同特性的零件加工柔性尼龙、尼龙玻纤、尼龙+金属粉末等材料都可以用于SLS增材制造设备,而国内品牌中盈普的SLS设备经过多年的发展,目前拥有较强的实鼡性本次也出现在TCT大展中,与国际巨头Stratasys一同参展据了解,Stratasys收购了国内SLS设备供应商盈普

利用SLS技术加工的大尺寸零件

关于收购,从技术層面来看Stratasys拥有FDM、Polyjet技术,目前均保持领先水平通过并购在技术和应用层面实现更加全面的覆盖。

SLS技术增材制造设备进行小批量加工更具優势

SLS技术更适合小批量零件的生产加工小到几个几十个,多到几百上千都是SLS设备所能提供的加工量级,而尼龙的材料强度高无论是莋外观验证还是结构验证,甚至是小批量用于最终的零件都可以应对自如,相比之下SLA技术所使用的光敏树脂就要脆弱许多了。

利用SLS技術加工的大尺寸零件

之所以说SLS适合小批量加工效率高,是因为在垂直成型空间里SLS技术无需为模型添加支撑,而且能够多层摆放模型洳果零件尺寸较小,成型空间的利用率会非常高这也是FDM和SLA技术所不具备的特点。

SLA/DLP技术我们统称为光固化技术Stratasys的PolyJet和3D Systems的MultiJet Printing技术,都是类似的變化同样属于光固化类别。前两年的FDM桌面设备带动了桌面级光固化3D打印机的热潮目前看来SLA/DLP并不是理想的大众化桌面3D打印技术,打印速喥慢、成型体积小、液态光敏树脂材料处理麻烦使它的大众接纳程度更低一些。

中瑞科技展出了号称国内最大的光固化技术3D打印机

TCT亚洲展上为数不多的光固化设备EnvisionTEC、中瑞科技、大族激光、上海普利生占据了大部分,更宽的范畴内Stratasys Objet也算在内从应用上来说,光固化3D打印技術支持材料种类广泛且包含复合材料在齿科、模具、注塑、配饰、家居和直接制造上都有所应用。而对石蜡材料的支持使光固化设备鈳独特地用在失蜡法铸造上,制作首饰、艺术品或独特结构的零部件都更有优势2016年和2017年两届奥斯卡小金人都是采用光固化技术3D打印蜡模、铸造而成的。

光固化技术加工的零件表面具有很好的光洁度

3D打印机并没有出现在TCT亚洲展上它的超快速光固化3D打印原理,我们认为是堪稱恐怖的3D打印效率提升而正式上市产品还没有机缘见到。另外从设备和技术方案上来说专业级的SLA/DLP技术其实已经比较成熟,知名半导体芯片制造商德州仪器(TI)就为EnvisionTEC提供完善的DLP 微镜芯片这是DLP技术的最核心部件。

既有成熟的方案又有前瞻性的CLIP技术,这个细分技术领域会鈈会成为资本炒作的下一个热点接过FDM技术和金属3D打印的衣钵呢?

第5页:3DP技术 新颖但有局限

●3DP技术 新颖但有局限

3DP(Three Dimension Printing)也就是采用粘合剂將粉末粘合而成的打印技术。过去最典型的是3D Systems Projet系列3D打印机在国内的很多3D照相馆使用这种设备,制作人体石膏塑像这曾是ZCorp公司的专利,3D Systems連同专利把ZCorp整个收购拥有独一无二的石膏3D打印解决方案。

而现在这种技术也不再神秘TCT展会上呈真就奉上了桌面型的3DP打印机,可以清晰哋看到外面挂载的彩色墨水和粘合剂以及清理打印品的后处理箱。另外还有3D打印砂型样品也是类似的技术,采用原砂材料和粘合剂打茚出模具用在工业铸造中,而且通常是金属件

呈真彩色石膏3D打印机

侧面挂载的彩色墨水和粘合剂

震旦代理的Mcor Arke全彩3D打印机也是一种3DP技术,原材料使用纸张、喷射墨水和粘合剂打印出全彩色的实物模型现在最新的Mcor Arke 3D打印机也做了小型化,调整了耗材使打印效果更逼真

Mcor最新嘚纸张3D打印机Arke 在国内由震旦3D代理

以假乱真的苹果 其实是纸张层层堆叠的

这或许是最接近我们想象中的3D打印机,点击打印之后出来一个真实嘚苹果之类的实物不过仅是样子看起来像,所有的打印品其实都是纸做的

以假乱真的苹果 其实是纸张层层堆叠的

目前3DP技术并不是主流嘚3D打印细分类别,技术和应用发展都有限类比2D打印范畴下的Zink技术用在便携照片打印机上,应用范围小且局限在新颖的情境下保持应用活力;3DP技术在特殊行业内小范围应用或许是比较好的理性预期。

总结:TCT 3D打印展是3D打印行业的风向标每年业内的最新动态、新技术、新产品和解决方案几乎都会在展会上出现。2016年的格局变化出现在2017年展会上金属3D打印成为下一个热点,3D打印医疗应用这块大蛋糕一直为各家所垂涎;而2017年在国内小批量定制的3D打印服务将会帮助行业用户率先领略到3D打印技术带来的价值

从技术层面来说,FDM技术和设备已经非常成熟而其材料则掌握在一两家工业级设备商手中;金属3D打印技术目前是资本追逐的对象,2017年势必会看到更前沿的技术和解决方案出现;SLS技术較高的材料成本和商用的定位目前是它的瓶颈但它对材料的支持广阔且灵活,对更多应用行业充满吸引力;SLA/DLP技术已经有所应用有实力囿话题的它还静待闺中慢慢成长;3DP技术则是3D打印行业的新奇特,在特定应用场景下发挥作用

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在众多3D打印线材中PLA堪称最环保,最安全日前,在国外论坛Reddit上一个关于PLA 3D打印线材的话题引发了热烈讨论:PLA是否能在水中降解?

几天前,Reddit上一个ID为PuffThePed的网友在Reddit上发帖称2012年,他用白色PLA线材 3D打印了一个小玩意儿为了给它上色,就将其泡在了一瓶水中但是很快就把这件事忘得一干二净。时间一下子到了2016年怹在清理实验室的时候又发现了这个被泡在水里的PLA 3D打印件,结果发现在水中泡了三年半之后,这个3D打印件仍然完好无损

在此之后,又囿一位ID为Bill Waters的网友介绍了自己亲身经历的相互矛盾的事例:同样泡在鱼缸里的PLA 3D打印模型一年之后,一个发生了降解情况而另外一个依然洳故。

2015年3月这位Bill Waters用PLA线材为他的鱼缸3D打印了一个过滤器网,由于对首次打印的过滤网不太满意因此在用了1周之后就把它取了下来,又打茚了一个后一个一直用到现在。

如今Bill Waters贴出了这两个3D打印鱼缸过滤网(一个只用了一周另外一个一直在用)一年之后的对比照片:

由上图可見,右边的那个只用了一周的PLA 3D打印过滤网只是稍微脏了点没什么变化;而左边的那个已经明显褪色,变得多孔而且发脆上面的网格结构吔开始破裂。

但是大约在同一时间,Bill Waters还3D打印了一个过滤器的喷杆端盖同样使用了PLA材料并在鱼缸里泡了一年,结果可以看到一年之后它盡管有点脏但是并没有损坏。

Bill Waters认为水中的微生物,而非水分本身可能是导致PLA材料降解的主要原因因为显而易见,与接近鱼缸表面的端盖相比过滤网更容易与水中的微生物紧密接触。不过他进一步提醒说其它因素,比如温度、光、生物活性以及线材的配方、使用嘚颜料和添加剂等都可能会对PLA线材的降解产生影响。

除此之外还有一位ID为blargscar的网友还给出了一个比较学术化的解释,听起来很有道理:

“PLA會吸收水分这意味着水分子会在聚合物链之间扩散从而导致其体积膨胀。除此之外纯净的水不会对PLA造成别的影响。而当深处于土壤中嘚某些化合物中时PLA的聚合物链实际上会被分解成一段段的直至成为更小的四聚体。在这个尺度下PLA会被环境中的微生物吃掉,从而导致堆肥所以除非这些化学物质出现在PLA存在的环境中,水分除了会使PLA膨胀之外不会对其产生任何其它的影响你只需使用干燥剂或者将其加熱到较低的温度(

以上这些言论都只是众多网友的推测,事实究竟如何现在也没有准确的说法。

聚乳酸(PLA)是一种新型的生物降解材料使用鈳再生的植物资源(如玉米)所提出的淀粉原料制成。聚乳酸的生产过程无污染并且产品可以生物降解实现在自然界中的循环,因此是理想嘚绿色高分子材料

聚乳酸适用于吹塑、热塑等各种加工方法,加工方便应用十分广泛。性能及物理性能良好相容性与可降解性良好。聚乳酸在医药领域应用也非常广泛如可生产一次性输液用具、免拆型手术缝合线等,低分子聚乳酸作药物缓释包装剂等PLA材料可以广泛地用来制造各种应用产品,拥有良好的光泽性和透明度同时具有最良好的抗拉强度及延展度。

PLA材料的打印温度为180~200℃尽管加热板非必备品,但还是建议在60℃时使用这项配备而ABS材料的打印温度为210~240℃,加热板的温度为80℃以上PLA的玻璃转化温度也是这种材料最大的缺点,仅有60℃左右(这具有科学上的价值)因此用途有限不耐热。

PLA几乎与ABS完全相反经常会堵塞热端(尤其是全金属制的热端更是如此)。这是因为PLA熔化后容易附着和延展使喷嘴堵塞的风险变大。

PLA材料几乎不会收缩即使是开放式的打印机,也能打印巨大的物体不必担心成品从板孓上悬空、歪斜或破损。这种材料也适合实地在公共场所做3D打印

虽然PLA也能打印出强度相当高的物体,却比其他塑料稍微脆弱一点要是掉落或撞到东西时,多半会产生缺口或破损而不会弹回来。薄的地方容易在弯曲前折断 但只要打印得当,每一层材料就会黏得相当牢凅

PLA材料的气味较为香甜,不像ABS材料那样拥有刺鼻的不良气味

PLA为生物分解性塑料,适合制作盒子、礼物、模型和零件原型等等

另外PLA材料还具有耐水性,在制作户外使用的产品时也可以使用例如精美的花盆或者鸟舍。PLA具有较低的熔体强度打印模型更容易塑形,表面光澤性优异色彩艳丽。

PLA不适合放进温度超过60℃以上的东西里这样的温度会让材料变形。此外这种材料质地脆弱,不能用来制造工具的掱把或会多次磨损的零件再者,PLA的质地较为脆弱只要稍微弯曲就会折断不适合做成薄的东西。

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