3D列印應用大全 這些儀器來助陣

2020-11-30 儀器信息網

科技時代的「魯班」非3D列印莫屬，飛天遁地、怪異嶙峋，無論怎樣的物件似乎都能夠被3D製造。從零部件到跑車、從子彈到住房，從指紋手套到心臟模型，只要需要模型和原型，3D列印（增材製造）就有用武之地，剛剛結束的亞洲文明對話大會，其會徽就是由3D列印所製造。工信部裝備工業發展中心主任瞿國春在5月10日接受採訪時稱，去年全球增材製造（3D列印）產業產值已經達到97.95億美元，同比增長了33.5%。其中，增材製造零部件的產值佔比達12%，增材製造應用方式逐步從設計走向了直接製造，這意味著到了真正的產業化階段。

目前，3D列印技術的技術分類有SLA、CLIP、3DP、FDM、PolyJet、NPJ、SLM、SLS、LMD、EBM等，大多已得到了廣泛應用，並且隨著技術自身的發展，其應用領域也在不斷拓展。儀器信息網將通過本文重點對3D列印在以下幾個領域的應用進行介紹：

3D列印汽車行業中應用淺談：

根據SmarTech調研報告預測，3D列印技術在汽車行業的總市場到2023年有望達到22.7億美金。除了零部件設計與製造，汽車外觀造型、內部結構或汽車內飾為汽車製造業注入了新鮮血液，不僅是汽車零部件的設計與製造，而且汽車外觀造型、內部結構或汽車內飾功能上的設計，不同程度地應用了3D列印技術。

世界首輛3D列印汽車—原型機Urbee於2013年問世，整個車身採用3D列印技術一體成型，整車的零件列印只需2500小時即可完成，生產周期遠遠快於傳統汽車製造周期。目前3D列印技術在汽車設計中的應用主要集中在概念模型開發、功能驗證原型製造、工具製造及小批量定製型成品生產四個階段。近年來3D列印在造型評審、設計驗證、複雜結構零件、多材料複合零件、輕量化結構零件、定製專用工裝、售後個性換裝件等方面的應用逐漸被越來越多的汽車廠家採用。

3D列印醫療行業應用淺談

救死扶傷需要充分發揮醫療資源潛能，而3D列印已經成為了醫生的左膀右臂。時至今日，醫療行業已經有了從器械、器官到手術的全方位3D列印而成的產品以及以及應用。最簡單的應用是使用金屬、塑料等非活體組織材料定製化假肢、牙科、骨科植入物、助聽器外殼等醫療器械，這方面的應用已然非常普及，進階一點，還可以用3D列印製造血管、軟骨等活體組織，更有甚者，甚至可以列印人工肝臟、心臟等。

3D列印在醫療領域還有一項讓人垂涎的應用就是輔助手術，通過3D列印的三維形狀構建，可以在手術前看到病變處之外的其他區域，並可以在真正的手術之前展開多次模擬訓練，減少手術實施的風險。

3D列印食品行業應用淺談

3D列印在食品行業的應用仍處於初級階段，但利用多材料食品3D列印技術解決膳食平衡問題是其中的熱點應用之一。通過對材料盒中的食物原料進行科學合理的配置，3D列印技術可以列印出適用於不同營養需求的青少年、老人、孕婦和病人食品。這其中3D列印食品材料配方及成型工藝、食品3D列印平臺的設計與製造、食品列印專用噴頭的研發、溫度和壓力控制系統的研發、3D食品列印軟體的研發，所研發的新裝備標誌著智能3D列印在膳食平衡和新食品開發領域的發展方向。利用3D列印技術製造食品，不僅生產流程簡化，成本降低，還可以進行個性化定製外形。特別在航空食品領域，3D列印可以用於製作保質期可長達30年的航空食材。

3D列印航空航天應用淺談

在航空航天領域，3D列印正在進入產業化生產，以下幾種零部件及設備的應用非常普及：渦輪葉片的鑄造型芯、發動機支架、燃料噴嘴、其他零部件，甚至嵌入式二維碼，利用3D列印可以形成高複雜的內部冷卻通道結構。航空航天正在利用3D列印來改善資產的分配，減少維護費用，並通過製備更輕的部件節省燃料成本。

3D列印建築行業應用淺談

與傳統建築方式相比，3D列印建築技術不僅速度快，不需要使用模板，可以大幅度節約成本，而且還具有綠色、環保、低碳的特點，並且可以降低安全隱患。3D列印在建築領域的應用主要集中在建築設計階段和工程施工階段。在建築設計階段，設計師們能夠通過3D列印實現更多天馬行空的創意，其次，運用3D列印技術能夠對部分特殊設計提前做出有效的預估。在工程施工階段，3D列印技術可以極大的縮短工期，提供高質量的應急住房。

從功能技術層面來講：未來印表機可能朝著多功能方面發展，成為能夠獨立列印建造輪廓、列印鋼筋、列印裝飾面、安裝管道、刷漆、貼瓷磚等多功能建造機；能夠列印無需臨時支承的懸空或挑空結構，這對建築結構的選取提供了更大的靈活性。

除上述幾個領域之外，3D列印在武裝設備、服裝、教育、工業設計、文化藝術、機械製造（汽車、摩託車）、軍事、影視、家電、輕工、考古、雕刻、首飾等領域都有廣泛的應用。具體來說可以影響到包括設計方案評審、製造工藝與裝配檢驗、功能樣件製造與性能測試、快速模具小批量製造、建築總體與裝修展示評價、科學計算數據實體可視化、醫療工程、首飾及日用品快速開發與個性化定製、動漫造型評價、電子器件的設計與製作等。

科學儀器如何助飛3D列印

遵循著馬太效應，如今熱度越來越高的3D列印，也迎來了越來越多科學儀器的助陣，儀器信息網編輯匯總整理了本網和網絡與3D列印相關的儀器解決方案，以饗讀者：

掃描電鏡

掃描電鏡是檢測3D列印物品表面缺陷的有效工具，2016 年，Walczak 等人（Applied Computer Science, vol. 12, no.3, pp 29-36）通過3D列印方法，對 17 – 4PH 鋼製品的特性進行了研究。結果表明，掃描電鏡分析顯示雷射燒結後的焊接表面的結構中存在缺陷，這種現象是不合需要的，降低了列印物品的質量。

行業應用方案入口：掃描電鏡在3D列印行業中的應用

粉體流變儀

增材製造也稱3D列印，是一種潛在的高效製造技術。通常涉及按嚴格的技術規範「列印」複雜組件，具體方法是逐層堆積粉體，然後選擇性地熔結。控制粉體性能對於過程效率和成品質量至關重要。當形成粉層時，粉體流動和裝填方式決定了該性能的各個方面。原料的多變性會導致松裝密度不一致、粉層不均勻、抗張強度低以及表面光潔度差。

行業應用方案入口：FT4在增材製造中的應用

元素分析儀

目前3D列印金屬粉末製備技術主要以霧化法為主（包括超音速真空氣體霧化和旋轉電極霧化等技術），粉末存在大的比表面積，容易產生氧化。因此，對不同體系的金屬粉末，氧含量均為一項重要指標，對於普通的金屬粉末，如不鏽鋼，含氧量要求在800-900ppm以下，對於活潑金屬，如鈦合金，一般要求在1300-1500ppm，在航空航天等特殊應用領域，客戶對此指標的要求更為嚴格。此外，部分客戶也要求控制氮含量，一般要求在500ppm以下。大多數增材製造的方法都是基於同樣的工藝步驟。雷射光束會局部融化金屬粉末上層，使其固化進而形成一層固態材料。這一步驟重複一遍又一遍直到最終產品被生產出來。所要使用的金屬粉品質由粒度分析方法（如篩分法）測定，某些情況下，元素分析也可以在增材製造過程之前用於檢測其品質。

行業應用方案入口：對增材製造金屬粉末和金屬部件的元素分析

粒度粒形分析儀

金屬3D列印常用的粉末粒度範圍是15-53μm（細粉），53-105μm（粗粉），部分場合下可放寬至105-150μm（粗粉）。目前市場上主流SLM 成形設備要求的鋪粉層厚是20-50μm。而GBT1480-2012《金屬粉末 幹篩分法測定粒度》適用於大於45微米的粉末顆粒，所以已不太能滿足金屬3D列印粉末粒度測試要求。雷射粒度儀適用於0.1μm到2mm的粒度分布分析，但雷射粒度儀存在如折射率難以確定，進樣量少，沒有顆粒形態信息，將顆粒等效成球形導致不規則樣品的測量準確度不高等一些瓶頸。SLM 成形專用金屬粉末是通過氣霧化法製備得到的，顆粒一般呈球狀，但也會出現形狀不規則的顆粒，顆粒球形度直接影響粉末的流動性和松裝密度。粒度粒形儀可以測量球形度，並且解決電鏡耗時長，無法進行質監檢測的不足。

相關儀器連結：多功能粒徑及形態分析儀CAMSIZER X2

還有哪些科學儀器可以助力3D列印行業，歡迎讀者朋友們在下方評論區探討補充~

相關焦點

  • 美國麥克儀器公司與您相約2019亞洲3D列印、增材製造展覽會
    作為亞太地區的3D列印和增材製造業的開年首秀，TCT亞洲展—2019亞洲3d列印、增材製造展覽會將於2月21-23日在上海新國際博覽中心隆重開幕。增材製造，俗稱3d列印，通過其按需生產複雜設計的能力，為製造技術帶來了巨大的提升。用於am的粉體的物理特性對加工效率、性能和成品質量有著極大的影響。
  • 盤點3D印表機型的各種應用分類
    打開APP 盤點3D印表機型的各種應用分類 撒羅滿3d列印 發表於 2020-03-20 16:28:05 （文章來源：撒羅滿3d列印） 3D列印技術可以運用生活中的許多領域，這一期，撒羅滿將帶您走進3D列印技術類型的具體分享，同時為您展示印表機類型的列印方式，帶您更全面的了解3D列印領域。
  • FDM 3D列印工藝的原理、特點及應用
    相對於去除多餘材料生產零部件的傳統加工工藝，3d列印的典型特點是採用逐層累計材料的方式來加工產品。目前，3d列印的材料包括液體、粉末、線 材、片材等，運用熱、化學反應等方式來固化得到實體產品。自上世紀80年代以來，各種成型工藝百花齊放，典型的3d列印工藝有FDM、SLA、SLS、 SLM、Polyjet等。
  • 3d列印材料大全,看看你知道幾個
    在3d列印領域，3d列印材料一直扮演著重要的角色。因此，3d列印材料是3d列印技術發展的重要物質基礎。在某種程度上，材料的發展決定了3d列印能否得到更廣泛的應用。目前，3D列印材料主要包括工程塑料、光敏樹脂、橡膠材料、金屬材料、陶瓷材料等。另外，彩色石膏材料、人工骨粉、細胞生物材料、砂糖等食品也用於3D列印領域。
  • 史上最全3D印表機型應用分類
    3D列印技術可以應用到生活中的很多領域，也有很多不同的列印方式，今天來給大家展示印表機類型的列印方式，更全面的了解3D列印領域。 3D列印流程一般是分為數據獲取、數據處理、3d列印和後處理四個步驟。常見的3D列印主流技術主要有以下8種，大家可以看看自己用的是哪些技術，對號入座。
  • 3DP 3D列印工藝的原理、特點及應用
    立體噴墨列印法(Three-Dimension Printing，3DP)是出現很早的一種3D列印技術。1993年由MIT發明，1995年 Z Corporation公司獲得專屬授權，2011年被3D Systems收購(技術名稱更改為ColorJet Printing)推出，是世界上最早的全彩色3D列印技術。
  • 嫦娥五號「奔月取土」, 解決材料問題,月球3D列印建房或將成為現實...
    按規劃嫦娥六號、嫦娥七號均有各自的任務，嫦娥八號或將實地測試月面「3d列印」房子等關鍵技術，為將來構建月球科研基地，做出前期探索。3d列印材料的物理特性對加工效率及成品性能有極大的影響，也是影響產業發展的關鍵要素之一。
  • 3D列印技術:3D列印珠寶首飾
    3D列印為設計增添了視覺複雜性，已成為創新藝術家和設計師創新性地挑戰傳統珠寶和配飾的推動者。時裝領域多年來一直在應用3D列印技術，以減少產品上市時間和降低成本，但主要是為了開發很難以其他方式製造的產品。對稱性，細節和可用設計的無限結合，為新公司打開了一個完全不同的市場。
  • 3D列印材料新突破：乳膠3D列印
    近日，據白令三維了解，來自高分子創新研究所、科學院和工程學院的維吉尼亞理工學院跨學科團隊共同提出了一種新的乳膠3D列印方法，並獲得了國家科學基金會獎。維吉尼亞理工大學也與米其林北美合作開展這個項目。 化學教授兼首席研究員蒂莫西龍（timothylong）表示：我的想法是，只有與自己截然不同的人合作，才能實現這些創新。
  • 3d列印價格為何這麼高
    因此3d列印的高價格是導致其面世以來廣受阻礙的原因。但是3d列印的高價格也是不得已為之的，以下我將分述幾個方面的原因以說明為什麼3d列印的價格如此高。，這些關乎人的存亡的事中。再加之3d列印需要機器長時間使用，機器的啟動和預熱都是需要時間的，機器的這些中間過程也是需要很多成本的。這兩者的疊加增加了3d列印的成本，這就體現在3d列印的價格上。　　第三，3d印表機器的自身價格也比較高。3d列印是從國外引進的，因此再加上從國外到國內的各種稅之後，3d印表機器的價格在國內也是比較昂貴的。
  • 懸浮生物3D列印：履行生物列印漂浮的承諾
    01懸浮介質標誌著基於擠出的3D生物列印的新時代懸浮介質具有獨特的特性，這些特性決定了懸浮和完全封裝印刷材料的能力。首先，懸浮液介質在沒有外加應力或非常低的應力(如重力引起的應力)時表現出固體狀特徵。應用一種應力來克服臨界應力，即屈服應力，將引發流動並使介質呈液體狀。
  • 「3d掃描儀結合3d列印技術」學校3d創新教育的一把利器
    3d創新教育是以培養學生創新精神、創新能力、動手實踐能力為價值取向的新型教育。在3d創新教育中，我們要如何讓「3d掃描儀、3d列印技術」這兩把利器發揮重要作用呢？從提供3d掃描獲取數據到3d設計、數據再創造再到3d列印創意實現的完整解決方案是廣大師生的呼聲，更是教育改革時代背景下的一條創新之路。
  • 如何利用丙酮來拋光3D列印物件?
    本文轉載自：南極熊3d列印網，作者為Jooshs，原文標題《3d列印物件拋光工作站架構DIY教程》。文章介紹了他設計的3d列印物件拋光工作站的建構過程，文中部分內容來自網友Lan的建議。本文，Jooshs介紹了他採用丙酮來進行表面光滑處理的方法，在處理的過程中除了要避免丙酮的毒性之外，如何基於丙酮的物理特性來進行光滑處理是需要重點注意的問題。丙酮（Acetone）有毒，我們都知道它很危險，所以請小心、謹慎、聰明地使用它。
  • 圖說中世紀城堡3d列印建築全過程
    有沒有見過3d列印建築的魅力，近幾年3d列印技術在世界建築領域得到很好的應用，3d列印地圖、3d列印建築等等... 有沒有見過3D列印建築的魅力，近幾年3D列印技術在世界建築領域得到很好的應用，3D列印地圖、3D列印建築等等，3D列印技術在建築行業展現了很好的能力及潛力，就在幾天前，3D列印10幢建築落戶上海，當時引來廣大的關注，在質疑聲的同時，很多都呈現了對3D列印技術的讚嘆。下面組圖呈現了美國明尼蘇達州一個人承包商Andrey Rudenko用3D印表機列印中世紀城堡的過程。
  • 研究人員利用3D列印製造微型樂高式「骨磚」
    此外，3d列印技術的進步使得針對患者的可植入結構的設計更具可擴展性，在某些情況下可以在醫院現場生產。因此，組裝這些複雜的組織不再需要專門的設備，這反過來減少了與種植生產有關的準備時間。 然而，一個理想的支持系統的開發已經被證明是難以實現的，這也是為什麼該技術在醫院環境中沒有廣泛應用的原因之一。
  • 3D列印藝術:這5種3D列印方式推動藝術創意的新方向
    感覺3D列印技術就是為創造新事物而生的，為設計和製造過程帶來了新的方式。因此，我們看到藝術家開始注意並利用該技術的獨特品質來創作3D列印藝術。通過逐層製作授予的設計自由度和3D可列印材料的多功能性為各類藝術家開闢了新的前沿。經濟實惠的3D列印技術有助於在雕塑，時尚，裝置藝術等領域的設計和規模創新，以及跨學科的合作。
  • 2020年中國3D列印材料行業市場現狀及發展前景分析 未來金屬3D列印...
    未來金屬3D列印材料將迎來新爆發期經過30多年的發展，3D列印技術不斷完善，目前已形成了3D生物列印、有機材料列印、金屬列印等多種列印模式，我國3D列印材料仍以工程塑料為主。2019年7月，主營業務為金屬列印的鉑力特在科創板上市，前瞻預計未來金屬3D列印材料將迎來新的爆發期。
  • 創想三維3D列印技術顛覆義齒牙模傳統鍛造工藝,效率提升十倍
    由於這些因素導致的偏差不容易控制，將會帶來居高不下的義齒返工率。　　3D列印技術的出現為以上齒科領域遇到的難題提供了很好的解決方案。創想三維3D列印技術公司以自身所從事先進的3D列印技術研發和3D列印行業布道者的精神出發;特別為齒科義牙的製做研發出了一整套有效的3D列印義齒牙模解決方案，並致力於推動整個義齒製造行業的向前發展。
  • 國外3D列印腎臟的最新進展!
    最近，Nova菌就遇到了許多男生吐槽自己的腎問題，想和小菌交流看看是否能夠來一次換腎，-_-||其實，利用生物3D列印技術進行腎臟器官的列印已經不是夢了。相較於國內，國外器官列印啟動時間早，經驗愈豐富，今天Nova菌就和大家分享一下，截止目前國外腎臟器官列印的最新進展。為什麼選擇3D列印器官？
  • 流淌著的血液 3D列印材料有哪些(二)
    【中關村在線3D列印頻道原創】上期，筆者系統闡述基於不同3D列印技術下所使用的3D列印材料，並結合實際情況敘述FDM機型所需要的線材。FDM機型需要將3D列印材料製作成線狀的材料，我們通常稱為線材。時下，線材的種類有很多，如常見的PLA、ABS線材，另外還有各種性能的線材，如具有磁性的線材、可導電的線材等等。