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精準(zhǔn)應(yīng)用、突破無(wú)界|深度解讀3D打印如何為企業(yè)開(kāi)辟“革新之路”
發(fā)布時(shí)間：2022-07-28
隨著增材制造(AM)技術(shù)在過(guò)去十年中的發(fā)展，如今3D打印機(jī)不僅僅可以實(shí)現(xiàn)個(gè)性化定制和快速原型制作，還可以滿足高要求行業(yè)，如航空航天、國(guó)防、汽車和石油天然氣等嚴(yán)格行業(yè)要求。3D打印機(jī)為制造商開(kāi)辟了許多令人難以置信的新用途。那么，3D打印機(jī)到底能夠做什么呢？什么技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)這些新功能呢？
01
3D打印機(jī)可以做什么？
高端音頻設(shè)備制造商利用3D打印制作轉(zhuǎn)盤(pán)系統(tǒng)
3D打印機(jī)為制造商開(kāi)辟更多的可能性，可以在需要的時(shí)候打印堅(jiān)固的部件：
工廠車間
3D打印機(jī)是一款快速、低成本的制造工具，不僅可以為工業(yè)級(jí)的機(jī)械制造零部件，還可以在需要的地方快速制造替換零件，避免供應(yīng)鏈風(fēng)險(xiǎn)。
航空航天
如今3D打印機(jī)可以打印出高強(qiáng)度、輕巧、阻燃以及更高物理性能的零件，可以滿足高要求的行業(yè)，例如航空航天等。而且，制造出來(lái)的零件還可用于最終用途部件。
自主機(jī)器人(名為Nebula) 大約有15個(gè)部件由Markforged 3D打印機(jī)制作
機(jī)器人
由60名工程師組成的團(tuán)隊(duì)在一次機(jī)器人比賽中使用了Markforged 3D打印機(jī)，為他們的機(jī)器人打印出了一個(gè)抗沖擊的輕型車身，并對(duì)損壞的零件進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)快速維護(hù)。
汽車
賽車隊(duì)正在使用增材制造來(lái)快速制造可最終使用的汽車零件，堅(jiān)固、輕巧、阻燃，以此來(lái)提高性能。
復(fù)雜零件生產(chǎn)
制造商也可以使用3D打印機(jī)制造復(fù)雜幾何結(jié)構(gòu)零件、定制最終用途零件或生產(chǎn)更具成本效益的小批量零件等。如今3D打印機(jī)還可以生產(chǎn)高質(zhì)量、高表面光潔度的零件用于最終用途。
供應(yīng)鏈控制
增材制造允許制造商將供應(yīng)鏈風(fēng)險(xiǎn)降到更小，大大縮短交付周期，消除對(duì)外部供應(yīng)商的依賴并避免物流延遲。通過(guò)云數(shù)字倉(cāng)庫(kù)可以將零件發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)中的任何3D打印機(jī)上，并在幾小時(shí)到幾天內(nèi)根據(jù)需求快速制造零件。
利用3D打印機(jī)打印出的機(jī)箱，成本低、耐用、外觀精美
02
是什么推動(dòng)3D打印機(jī)的發(fā)展？
在過(guò)去，3D打印機(jī)只能用于快速原型制作，沒(méi)有其他用途，但隨著增材制造技術(shù)的不斷發(fā)展，讓3D打印機(jī)制造出可最終用途的零件：
■ 功率、速度、尺寸、可靠性。為了滿足制造商規(guī)?；a(chǎn)需求，3D打印機(jī)在打印速度、零件尺寸和零件質(zhì)量上都有了顯著提高。現(xiàn)在，即使是桌面級(jí)的3D打印機(jī)也可以打印出高質(zhì)量零件。
■ 方便用戶。開(kāi)發(fā)出了方便用戶使用的3D打印軟件，將以前工作流程中許多復(fù)雜步驟進(jìn)行了簡(jiǎn)化。
■ 創(chuàng)新材料。如今3D打印材料已經(jīng)超越了原型材料。供應(yīng)商還可以為要求苛刻的應(yīng)用行業(yè)設(shè)計(jì)專門(mén)的高性能3D打印材料，例如航空級(jí)復(fù)合材料，比加工過(guò)的鋁還要堅(jiān)固，但重量卻只有鋁的一半，實(shí)現(xiàn)真正的輕量化零件制造，制造的零件還具有高耐熱性、耐化學(xué)性。
■ 金屬FFF。想要制造金屬零件，可以使用熔融堆積成型(FFF)技術(shù)，讓制造的零件比傳統(tǒng)加工制造更快、更安全、更具成本效益。金屬FFF打印機(jī)提供各種材料打印，如不銹鋼、工具鋼、鉻鎳鐵合金和銅等，并且，在辦公室內(nèi)就可以制作零件，無(wú)需個(gè)人防護(hù)，即可操作設(shè)備。
■ 連接工業(yè)4.0?；谠朴?jì)算給用戶和3D打印機(jī)之間提供連接，讓用戶可以在需要時(shí)在需要的位置快速打印正確的零件，提供分布式制造操作。
通過(guò)3D打印軟件API，3D打印機(jī)還可以與智能工廠內(nèi)的其他核心系統(tǒng)集成，例如制造執(zhí)行系統(tǒng) (MES)、企業(yè)資源規(guī)劃 (ERP) 或企業(yè)資產(chǎn)管理 (EAM) 系統(tǒng)。可以通過(guò)這些系統(tǒng)中的任何一個(gè)啟動(dòng)打印作業(yè)，如果用戶在其中一個(gè)打印機(jī)中請(qǐng)求打印零件，系統(tǒng)就會(huì)在您特定的3D打印機(jī)中自動(dòng)觸發(fā)打印作業(yè)。
03
是什么讓3D打印零件變得如此堅(jiān)固?
如今3D打印機(jī)可以打印出媲美鋁強(qiáng)度的復(fù)合材料，實(shí)現(xiàn)更高的材料性能優(yōu)勢(shì)：
什么是復(fù)合材料？當(dāng)兩種或兩種以上的材料，并且每種材料都具有不同的特性，在沒(méi)有混合或溶解的情況下結(jié)合在一起時(shí)，就制成了復(fù)合材料。
復(fù)合材料因其具有高強(qiáng)度、高剛度以及輕巧的特性而被廣泛使用，一種復(fù)合材料的強(qiáng)度可以是其它材料的幾百倍。
此圖展示了用連續(xù)纖維增強(qiáng)的3D打印部件的強(qiáng)度和剛度
連續(xù)纖維的作用。連續(xù)纖維可以賦予復(fù)合材料零件以金屬般的強(qiáng)度，彈性模量是塑料的16到46倍。與懸浮在塑料中的短纖維相反，連續(xù)纖維可以不間斷地穿過(guò)零件，從而將載荷分布在零件的三維幾何形狀上。連續(xù)纖維不僅包括碳纖維，還包括玻璃纖維、Kevlar和高溫高強(qiáng)度玻璃纖維。
用短切纖維打印的部件在技術(shù)上不屬于復(fù)合材料，與用長(zhǎng)連續(xù)纖維增強(qiáng)的部件是不同的，而且，短纖維之間不連續(xù)的特性會(huì)導(dǎo)致壓力通過(guò)基體材料傳遞，從而讓機(jī)械強(qiáng)度的提升并不明顯，不像連續(xù)纖維增強(qiáng)那樣有著顯著的提高，連續(xù)纖維實(shí)現(xiàn)了跨越式改進(jìn)。
每一條藍(lán)線代表一層連續(xù)纖維
連續(xù)纖維3D打印復(fù)合材料。當(dāng)打印具有連續(xù)纖維增強(qiáng)的零件時(shí)，3D打印機(jī)會(huì)使用兩個(gè)噴嘴擠壓系統(tǒng)。一個(gè)噴嘴擠出塑料材料，而另一個(gè)噴嘴是擠出連續(xù)纖維材料。通過(guò)加熱噴嘴釋放塑料材料，加熱熔化包圍每個(gè)連續(xù)纖維束的熱塑性涂層，從而粘附到塑料基體中。
零件可以用許多不同的加固方法，可針對(duì)不同的裝載條件進(jìn)行優(yōu)化。在3D打印零件的每一層時(shí)，纖維層可以以各種各樣的2D方向進(jìn)行鋪設(shè)。
用戶還可以通過(guò)改變一層中的纖維量以及指定增強(qiáng)多少層來(lái)動(dòng)態(tài)控制部件中的纖維量，這種控制使工程師能夠根據(jù)需要精準(zhǔn)的打印想要的零件。