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01 3D打印的技术原理 3D 打印作为目前工业制造领域的前沿技术，集合了多种技术，包括分层制造技术、机械工程、数控技术、CAD、激光技术、逆向工程技术、材料科学等，可以直接、快速、自动、精确地将设计电子模型转变为具有定功能的原型或直接制造零件，从而为零件原型制作、新设计思想的校验等方面提供了一种低成本而高效的实现手段。3D打印技术的基本原理是断层扫描的逆过程。断层扫描是把某个东西“切”成无数叠加的片，3D 打印则是通过连续的物理层叠加，逐层增加材料来生成三维实体技术，因此3D 打印制造技术又被称为“增材制造技术”。 3D打印技术虽然有好多种，但思路基本都是一样的，专业术语叫做 “分布式材料制造” 。 02 3D 打印的特点 相比于传统的打印技术与制造工艺，3D 打印的特点集中体现在以下几个方面： 首先，一次性完成打印，不需要反复的切割、磨削，简化了产品制作流程，缩短了生产周期。技术人员需要提前获取产品的三维坐标和结构特征，然后在计算机上利用特定的软件生成三维模型，最后由计算机控制3D 打印机，完成产品的打印和制造，真正实现了“所见即所得”。 其次，成本较低，尤其是在批量化生产方面，相比于传统的加工制造有更加显著的成本优势。从生产方式上来看，3D 打印技术只需要前期获取产品的三维坐标和设计出产品的三维模型即可，剩下的工作全部由设备自动完成，只需要1 个人即可完成，人工成本、时间成本较低。最后，产品的精密化程度更高，特别是在精密零件制造方面，利用3D 打印所得产品的精确度可以达到0.01mm 级别，并且支持32 位色彩的彩色打印。 03 3D 打印的关键技术 设备、材料与技术，是构成3D 打印的三个核心要素。 设备方面 ，主要包括3D 打印机、三维扫描仪、三维激光雕刻机、激光跟踪仪等； 材料方面 ，常用的材料有光敏树脂、塑料粉末、骨粉、聚乳酸等； 技术方面 ，包含了多种关键技术，例如3DP 技术、FDM 熔融层积成型技术、SLA激光光固化技术等。这些技术的操作方法、基本原理以及应用优势，均存在较大的差异，具体如下。 3.1 三维喷绘打印技术 三维喷绘（3DP）技术是现阶段最为常用的一种3D打印方式。所用设备为标准喷墨打印机，可以适配多种粉末打印材料，例如陶瓷粉末、塑料粉末以及骨粉等。预设程序、建立模型后，在计算机指令控制下，先铺一层粉末，然后移动喷嘴，通过喷嘴将粘合剂喷到制定的区域，使粉末状的材料粘结在一起。完成第一层打印后，可以得到产品的雏形，然后继续重复上述步骤，在多次铺粉、喷涂、粘结以后，最终得到所需的产品。如果需要打印彩色产品，可以选择相应颜色的粘结剂。 3.2 激光光固化技术 SLA 以光敏树脂为原料，这种液态材料在一定波长（x=325nm）和强度（w=30mw）的紫外光的照射下能迅速发生光聚合反应，分子量急剧增大，材料也就从液态转变成固态。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。一层固化完成后，工作台下移一个层厚的距离，然后在原先固化好的树脂表面再敷上一层新的液态树脂，直至得到三维实体模型。 3.3 SLS 选取激光烧结技术 SLS 工艺中使用到的设备有激光器、扫描镜、平整辊等。技术流程为：首先在作业台上铺上一层合适厚度的粉末材料，优先选择光敏树脂、石蜡粉末、塑料粉末，一般不得使用陶瓷粉末、金属粉末。然后预设程序、读取模型，在计算机控制指令下，激光器会发出激光束，并通过扫描镜照射作业台上的粉末材料。由于激光具有极高的能量，会对粉末材料进行烧结，首先形成产品的外部轮廓，然后继续铺粉，由外向内的烧结粉末，经过多次铺粉、多次烧结后，最终形成所需的产品。相比于上述几种3D 打印方法，基于SLS 工艺的选区激光烧结技术工艺流程相对简便，而且产品制作的速度较快。但是这一技术也存在缺陷，例如对打印材料具有选择性，金属粉末、陶瓷粉末在烧结过程中需要消耗更多的能量，会导致成本上升，因此对于以金属、陶瓷为主要材料的产品，不宜选择这一技术。 3.4 DLP 激光成型技术 该技术与上文所述的SLA 立体平板印刷技术有一定的相似性，主要的区别在于DLP（数字光处理器）的运用。准备好液态光聚合物以后，在材料的正上方设置高精密度的数字光处理器，技术人员调校设备，将光束移动到（0.0）坐标处，在计算机指令的控制下完成照射，使液态材料逐渐固化。光固化的过程也是层层固化，但是固化速度更快，产品成型精度更高。另外，在产品的表面光滑度方面，也比其他的3D 打印技术具有优势。但是该技术也存在不足，例如对液态光聚合物的纯度要求极高，如果掺杂了杂质，将会对最终产品的性能造成负面影响。 3.5 LOM 分层实体制造技术 LOM 工艺采用薄片材料，如纸、塑料薄膜等。片材表面事先涂覆上一层热熔胶。加工时，热压辊热压片材，使之与下面已成形的工件粘接；用CO(2) 激光器在刚粘接的新层上切割出零件截面轮廓和工件外框，并在截面轮廓与外框之间多余的区域内切割出上下对齐的网格；激光切割完成后，工作台带动已成形的工件下降，与带状片材（料带）分离；供料机构转动收料轴和供料轴，带动料带移动，使新层移到加工区域；工作台上升到加工平面；热压辊热压，工件的层数增加一层，高度增加一个料厚；再在新层上切割截面轮廓。如此反复直至零件的所有截面粘接、切割完，得到分层制造的实体零件。 3.6 PCM 无模铸型制造技术 PCM 无模铸型制造技术是2013 年由清华大学研发的一种新型3D 打印技术。其操作流程是：首先在计算机中绘制零件的CAD 模型，然后将该模型的参数以STL 文件的形式保存。根据零件模型转化后得到铸型CAD 模型。自上而下的进行分层，利用扫描设备逐层扫描，完成扫描后得到了模型的三维坐标，然后开始从下往上的铺砂、粘结。铸型过程中使用到2 个喷嘴，其中一个喷射粘结剂，而另一个喷射催化剂。两种材料同时喷射，在接触后会发生胶联反应，形成一层比较坚固的材料层。完成第一层后，按照顺序进行第二层、第三层，直到得到最终的产品。 04 3D 打印技术的应用领域和限制条件 4.1 应用领域 从1986 年出现第一台商业3D 打印机至今，3D 打印技术虽然只有30 多年的发展历史，但是已经在建筑、医疗、航空等诸多领域得到了广泛应用。在建筑行业，将3D打印技术与BIM 技术相结合，在计算机内构建建筑的三维模型，然后将其打印出来。通过3D 立体建筑模型，在建筑展示、施工参考等方面提供了技术支持；在医疗行业，利用3D 打印技术制作仿真的人造骨骼，临床应用效果理想。另外，医生还可以利用3D 打印技术，制作病理模型，在仿真情境下进行手术预演，设计手术方案，提高了手术成功率。在航空航天领域，利用3D 打印可以制作出符合设计标准和使用要求的高精密零件，例如发动机的涡轮叶片、一体化燃油喷嘴等，对提高航天器的整体性能也有积极帮助。除此之外，像工业制造中注塑模具的制造，以及个性化消费品的制造等等，随着3D 打印技术的成熟与使用成本的降低，也相继得到了推广使用。 4.2 限制条件 3D 打印技术在推广使用过程中，既突显了强大的应用优势，同时也面临着较多的限制。从现阶段的技术条件来看，限制3D 打印发展与推广的因素主要包括以下几种：第一，材料方面。通过上文分析可知，当前3D 打印使用的材料主要是光敏树脂、陶瓷、石蜡等。在应用领域拓展的背景下，有限的几种材料显然无法满足在一些新兴领域的使用要求。例如无法使用金属、合金材料进行3D打印，对其应用产生了限制。另外，材料价格相对昂贵，在进行批量化打印时，高昂的成本也成为了限制因素。第二，器械方面。3D 打印技术要想实现全面商业化，必须降低设备价格。现阶段一台普通3D 打印机的价格大约在5000 元左右，如果对精度有较高要求，设备价格则从一万到几万不等。这对于普通用户来说仍然属于高消费，对3D 打印的全面普及产生了阻碍。 05 3D 打印技术的发展趋势 5.1 标准更加完善 3D 打印技术的发展前景广阔，在市场规模不断扩大的背景下，要想让3D 打印可以得到规范化、产业化发展，必须加强顶层设计、健全行业标准。由政府相关部门，或者是行业内的权威机构，尽快编制并出台统一的制度标准，包括材料生产标准、设备研发标准、技术评估标准等。有了完善的标准制度，为3D 打印技术发展提供强有力的保障。例如，近年来许多科研单位在纳米材料、高分子复合材料、功能梯度材料方面展开了深入探究。在实行统一标准后，对各类材料的参数、标准等予以规范，在选购3D 打印材料时，检查是否符合标准规范，从而杜绝劣质、“山寨”材料，保证打印产品的性能和质量。 5.2 智能化程度更高 目前3D 打印技术在应用时，对产品设计、参数处理等方面的专业性要求较高。除了增加工作人员的负担外，也带来了入门门槛高的问题。因此，随着AI 技术、大数据技术的发展，未来的3D 打印技术将会向智能化、简便化方向发展，为用户提供更加良好的使用体验。具体发展路径包括两方面：其一是硬件方面，即3D 打印设备。除了进一步降低设备价格外，还应当提供更多人性化的功能，例如可视化功能，向用于展示整个3D 打印流程，用户可以根据实时画面随时调节打印参数，有利于获得想要的打印产品；其二是软件方面，提供设计软件、打印控制软件等多种功能性软件，支持更多类型的打印需求。 5.3 配套材料的发展 打印设备与打印材料是3D 打印技术应用与发展的关键。研发适合3D 打印需求的多类型材料，也成为下一步该技术创新发展的重要内容。除了当前比较常用的光敏树脂材料、高分子粉末材料外，像石蜡粉末材料、覆膜砂粉材料、金属粉末材料，以及熔丝线材、木塑复合材料等，都有望在3D 打印中得到推广使用。除了提供更加丰富的配套材料外，在材料的性能方面、稳固性方面，以及特殊环境适应性方面，也会得到极大的改善，从而让3D打印产品可以在各个领域、各种环境发挥明显的应用优势。 （如有侵权，联系删除） 本文章源自奇迹物联开源的物联网应用知识库Cellular IoT Wiki，更多技术干货欢迎关注收藏Wiki： Cellular IoT Wiki 知识库 (https://rckrv97mzx.feishu.cn/wiki/wikcnBvAC9WOkEYG5CLqGwm6PHf)

案例概况 客户： Rebuild 合作伙伴： ASTOR 应用： 用于建筑的大尺寸3D打印 应用产品： 3D混凝土打印机 一、 应用背景 自从20世纪80年代以来， 增材制造技术 （即3D打印）不断发展。大部分3D打印技术应用于制造样机或在医药、汽车或食品等一系列行业中雕琢小细节。可以减少复杂的几何形状生产过程中耗时且成本昂贵的生产步骤。 那么，如果我们将这种解决方案应用于 大型3D打印机 的使用，将所有的伺服电机与最新的宏集设备集成在一起，将会产生什么样的效果? 在我们的波兰合作伙伴ASTOR的支持下，宏集帮助来自REbuild的工程师团队回答了这个问题。 二、 宏集解决方案 1.客户诉求 Rebuild是一个由经验丰富并力图创新建筑方式的工程师所组成的公司，致力于 为建筑行业引入3D打印技术 。REbuild团队为诸如加固、框架搭建、支撑、隔热和复杂墙体形状等建筑问题提供解决方案，并着力于实现这些过程的自动化。该公司具备在建筑过程中重复使用原材料的回收技术。他们的解决方案减少一半的施工时间和成本。 作为宏集的长期合作伙伴，Astor的目标是同时支持OEM与自主研发项目的发展。在这一案例中，其主要目标是将 16个伺服电机 与定制的 高级系统 和 安全装置 集成在一起。Rebuild所寻求的是一种灵活的解决方案，能够帮助他们支持和开放通讯协议进行集成，支持常用的通信协议，并且易于通过接口在数控领域进行测试和验证。 2. 宏集方案 这一系统的核心是宏集提供的最新PLC - MC Pi-Prime模块化PLC 和保障机器安全的PLC module SC-1000。采用以EtherCat作为通信协议的PLC，有助于实现 快速的反应时间 和 精确的定位控制 。在开放的环境对众多控制器与安全模块进行编写的可能性，为自动化工程师提供了极大的便利，能够帮助他们缩短实施的时间。此外，基于 树莓派 的系统适合公司应用于其高级系统开发和集成目的。 开发环境： CODESYS V3 (IEC61131-3) CPU： BCM2711, 1.5 GHz四核 通信接口: ·1x Ethernet 10/100/1000 Base,RJ45 ·1x Ethernet 10/100 Base 2-Port Switch, RJ45 ·1x Ethercat, LVDS 通讯协议： ·标准：EtherCAT Master, NTP, FTP ·可选：Modbus TCP, SNMP, OPCuA, Ethernet/IP, PROFINET, BACnet, KNX, IoT CANOpen Master, 具备额外MC-IO模块的J1939 三、案例总结 得益于Astor和REbuild在线性控制领域的合作与经验共享，以及宏集自动化设备的加持，我们正在见证土木工程和增材制造领域的创新。

Ender-3 作为创想三维爆款系列3D打印机，一直备受全球用户喜爱。近期，创想三维宣布推出一款拥有Ender-3爆款基因的Ender-3 V3 SE 3D打印机：性价比与性能兼得，让我们一起看看它将带来哪些新体验呢？ PART.01 自动调平 省事省心 想要打印质量好，调平是关键 。 Ender-3 V3 SE拥有CR Touch多点精准自动调平 ， 配合压力传感器进行自动Z轴补偿 ， 调平全程无需手动调整，坐享打印成功 。 PART.02 可靠挤出“材”艺出众 Ender-3 V3 SE 采用“精灵”近端挤出机 ， 兼容PLA、PETG、柔性TPU耗材 ， 灵活选择，创作更肆意 ， “精灵”挤出机自2021年11月上市以来 ， 全球出货量50万+，深受用户认可 。 PART.03 稳定发挥 尽兴造物 Z轴双丝杆，打印更稳定 ， Y轴采用直径8mm的双光轴 ， 使打印平台更平稳 ， 高强度钢材质，耐磨耐用 ， 双重稳定结构，守护每个好创意 。 PART.04 UI可视化 换料更便捷 Ender-3 V3 SE升级UI ， 动态显示调平进程、数据参数可视化 ， 机器工作状态一目了然 。 一键进料 ， 畅快出丝 ， 一键退料 ， 余料自动退出 ， 换料便捷且不费力 。 PART.05 快速组装 轻松上手 Ender-3 V3 SE 除以上亮点外 ， 还具备250mm/s的最高打印速度 ， 快速组装 ， 轻松上手。 静音打印、Creality Print 切片 、 创想云模型库等功能，即使你是新手小白 ， 也能轻松开启3D打印的奇妙世界 。 如果你想要一台高性价比高性能3D打印机，Ender-3 V3 SE将是不错的选择，目前该新品已在天猫、京东上线开售，新品到手价￥1299。

上周，在2016年国际航空航天展览会和柏林航展上，欧洲空中客车公司(Airbus) 展示了使用3D 打印技术设计生产的无人机THOR，这是世界上首款使用该技术生产的无人机，同时也是欧洲空中客车公司一直以来探索新的研发、生产技术的最新成果。THOR 的全称是Test of High-tech Objectives in Reality，即“高科技对象现实测试”的英文缩写。 航空展 虽然THOR 也是挪威神话里一位神的名字，但还是它的英文全称更能传达THOR 的主要作用，也就是将新技术产品的研发周期缩短，在短时间内实现测试。THOR 的看点显然不是无人机，而是Airbus 在这部航空器上试验的新技术和新思路，尤其是收获的积极市场反馈。 Airbus THOR 无人机，注意，机身是3D 打印的 将3D 打印技术用于航空器零部件的生产，并不是什么新鲜事。NASA 就曾经用3D 打印生产过火箭零部件。关键是，用3D 打印技术生产并投入使用的，是航空器里的哪部分零部件。以民用客机为例，如果3D 打印生产的是客舱座位的扶手，或者是娱乐系统遥控的塑料外壳，那么用不用3D 打印，其实象征性的作用更多一些。Airbus 第一次在客机零部件中使用3D 打印技术还是2014 年初，当时在加拿大越洋航空公司(Canada Air Transat)执飞的A310 上安装的机组成员坐席板(crew seat panel)，使用了塑料材质的3D 打印零部件。不过这个坐席板很小，而且我估计应该是客舱乘务员(cabin crew)坐的，飞行员(flight crew)和乘客的座椅没换。 不过无论如何，3D 打印技术也算正式加入了Airbus 大型客机的供应列表里面。之后的事情就顺理成章了，继A300/A310 系列采用3D 打印技术的零部件之后，Airbus 用来对标Boeing 787 的新一代机型A350 XWB 也大量采用了3D 打印技术，而且数量有上千种，材料也不再只有塑料。以A350 XWB 为例，零部件供应商采用了经过Airbus 认证的ULTEM 9085 合成树脂材料(resin)，这种材料的优点是重量轻、刚性强，FST (火、烟、毒)耐受。 Airbus A350 XWB 在符合航空器标准的前提下，使用3D 打印生产零部件，最大的优点就是新产品开发周期短，成本低。其实这也是3D 打印技术的优点，图纸设计好，就可以“印”几个原型来实物测试一下，有问题及时调整。拿上文提到的小坐席板为例，Airbus 表示在设计已经完成的条件下，产品项目从启动到完成只需要一天，两周内就可以投入量产。而且据Airbus 说，3D 打印这种生产方式还比较节省能源。 说了这么多优点，感觉3D打印生产的零部件要无敌了。先别着急，还要经过大量缜密的测试才行。本文一开始提到的THOR ，Airbus 今年为它安排了18 项测试任务。这些测试的数据和结果肯定会为Airbus 未来应用3D 打印技术提供宝贵的经验。尤其是，考虑到THOR 的机身是采用3D 打印技术生产的，结合Airbus 今年五月提交的一项专利申请，不难将两点联系起来。Airbus 申请的转向专利号称能够打印“超级强悍”的机身。Airbus 表示这是一种“智能化”的机身，由复杂的零件组成。从专利申请中我们发现，目测这种设计能够随着飞机不同部位的负重状态而进行机身形状的调整，让飞行更平稳。 2012年，Airbus 曾经发布了一款概念飞机，具有透明的飞机侧边墙，能辅助显示标志性地标，具有百分百可回收利用的机舱，座椅能吸收乘客身体产生的热量并再利用而且，重点是，2050 年飞机部件全部都能3D 打印出来。综上所述，3D 打印的飞机，能坐。

最近，我采访了美国中西部地区领先工业设备制造商，她告诉我：3D打印技术是公司生存和发展的关键。该公司CEO成功地围绕一系列的产品线，使用云平台， 分析，移动和快速原型设计，包括3D打印，从而达到了销售额的增长。她说: “我们现在正在使用这些技术，将销售和客户满意度不断提高。” 之后，我查看了PwC和制造研究所数据，发现CEO的见解与这些数据相符。据本月公布的报告显示，美国工业制造的3D打印时代已经来临。以下是PwC和制造研究所数据。 1、71.1%的制造商现在使用3D打印的原型和最终产品，与两年前相比，PwC发现使用原型和最终产品的厂商增加了35%。今天，随着客户的要求越来越独特，很多制造商采用3D打印技术，运用于产品开发和生产的工作流程。 2、52%的制造商预计，在未来的3到5年之中，3D打印技术将用于大批量生产。而两年前，只有38%的制造商这样预计。 3、22%的生产商预测，3D打印在未来3年到5年的时间里对供应链产生影响。另外18%则认为3D打印将对知识产权构成威胁。18%的生产商认为3D打印改变了他们与客户的关系。 4、52.8%的美国制造商相信，在未来3年到5年中，3D打印将在生产市场零部件或产品上发挥巨大的作用。3D打印将在复杂的制造业供应链产生高利润率，而3D打印运用于航空航天和国防，离散产品、工业和汽车制造业才刚刚开始，前景光明。因为3D打印以及其所支持的云维修、物流和供应链系统的发展，喷射打印机能够在短时间内打印出成品，大大加快了产品及零部件生产效率。 5、64%的生产商预计，在未来3年到5年内可以用3D打印较旧的、过时的产品。根据以前调查，PwC 发现这个数字略有下降。前几年，PwC 发现70%的厂商都预测3D打印技术将解决生产过旧产品的大挑战。 6、56%使用过3D打印的制造商预测，未来3到5年里。一半以上美国人将使用3D打印机。3D打印被视为更广泛的客户驱动战略，它能加快新产品的开发、销售周期，具有潜力十足的售后服务和支持。 7、现在，阻碍3D打印普及的因素，41.3%来自3D打印成本、42.1%来自人才缺乏、33.1%来自成品质量的不确定、25.6%来自打印机的速度。现有的3D打印原型、生产速度及复杂性，不足以满足未来的客户需求。然而，现在很多团队都在努力，正在从客户的角度出发，测试制造商结果，来超越现状。