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创想智造图文详解 3D打印自由设计与集成制造
创想智造3D打印
3D打印的优点之一就是设计空间的无限性，设计可以不考虑制造是否能实现，突破了传统设计的限制，可以制作目前可能只存在于自然界的形状。3D打印通过结构设计可实现轻量化与集成化的目的，对于零件可以实现减重、免组装以及提升性能的效果。轻量化设计的主要途径有四种：中空夹层/薄壁加筋结构、镂空点阵结构、一体化结构实现、异形拓扑优化结构。中空夹层/薄壁加筋结构镂空点阵结构一体化结构实现异形拓扑优化结构四种轻量化的手段通过集成的方式可以大大减轻零件重量和数量，不仅是机械叠加，而是老产品用集成制造的思维来重新设计，从而产生质的飞跃。GE采用3D打印技术将原来需要18个装配件的燃油喷油嘴进行重新设计实现一体成型，减少了此前制造所需要的单独焊接、打磨工序，制造时间大大缩短，重量减轻25%，寿命达到了传统件的5倍。目前GE已借助3D打印制造10万个以上的燃油喷嘴。美国Local Motors公司采用碳纤维增强热塑性塑料打印了电动车的车身和底盘，发动机、座椅、轮胎、玻璃等采用传统方式制造，该电动车的总共有47个零件，而一辆普通汽车的零件达到上万个。因此一体化、轻量化直接制造成为3D打印汽车的发展趋势。创想智造提供多种类型的3D打印技术，设计师可通过上传自己的设计作品实现一键打印。
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作者最新文章创想智造3D打印云服务平台提供PA2200尼龙3D打印材料服务
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EOS尼龙材料PA2200(纯尼龙PA12) 3D打印材料PA2200材料由100%纯PA12尼龙粉末构成，呈现白色。具有广泛的应用领域，各项性能平衡。粉末呈球状，粒径分布较窄，流平性好。适用于3D打印设备：SLS选择性激光烧结快速成型。材料成分由100%纯PA12尼龙粉末构成，呈现白色。材料特性高强度高刚性、较好的耐腐蚀性、所烧结部件可长期使用；高精度、多种后处理方式，符合 EN ISO 10993-1和USP/level VI/121 °C的生物兼容性，符合EU 2002/72/EC与食物接触的标准非常好的机械性能可用于食品用途（高酒精含量除外）低更新率，细节分辨率高非常好的长期稳定性可进行高温染色与金属喷涂应用实例全功能高品质样件替代注塑件义肢连接件具备耐用灵活特征的承重功能部件设计部件最终产品、备品备件常见技术参数：成型精度±0.1mm或±0.1%×L（L&100mm）最大尺寸700x380x580mm成型方式SLS表面粗糙度粗糙产品强度强热变形温度120℃（0.46MPa）最小壁厚0.6mm以上打印支撑无，需清粉打印成本较高表面后处理表面不光滑，可喷漆；表面光滑需细致打磨产品应用1、使用做有强度要求的产品2、具备耐用灵活特征的承重功能部件3、部件可长期使用4、全功能高品质样件5、个性化定制异形产品打印优势1、有优良的韧性、耐磨性2、能耐一定的高温3、具有较强的强度案例图片：点击图片查看大图尼龙及尼龙玻纤材料使用的3D打印机型号：德国EOS尼龙3D打印机：P110、 P396、P760（点击查看详细介绍）创想智造3D打印云服务平台推荐：3D打印尼龙材料，精度可达到0.1mm，我们采用德国EOS进口设备、进口材料，保证产品精度与质量。主要应用于：工业零件、高强度零件、承重零部件、夹具、自动化、个性化定制 等，有几大特点：有优良的韧性、耐磨性、能耐一定的高温、具有较强的强度 等。创想智造3D打印云服务平台提供尼龙材料3D打印服务，确保产品质量与交期 ，在线自助报价并下单：/
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作者最新文章创想智造陶瓷3D打印技术详细介绍
陶瓷3D打印技术概述：陶瓷材料作为三大基本材料之一，以优良的理化特性在工业界被广泛应用。但因传统陶瓷制备工艺的限制，工业中使用的陶瓷制品往往只具备简单的三维形状。三维打印工艺的发展让复杂的陶瓷产品成为可能。目前来看，已经被成功应用于陶瓷材料的三维打印的工艺包括喷嘴挤压成型，立体光刻成型（面曝光和激光），粘合剂喷射成型，选择性激光烧结或熔融成型，浆料层铸成型（slurry-layer casting）等。
陶瓷3D打印技术原理：喷嘴挤压成型喷嘴挤压成型与塑料3D打印的熔融沉积成型技术（FDM）类似。该技术采用混有陶瓷粉末的喷丝（filament）作为原材料，使用100摄氏度以上的温度将喷丝中的高分子材料融化后挤出喷嘴，挤出后的陶瓷高分子复合材料因为温差而凝固。
图 1. 热熔沉积式陶瓷打印机 （美国罗格斯大学开发）
除此之外，也有部分工艺采用高粘度的陶瓷浆料作为原材料，直接通过喷嘴挤出后在空气中干燥固化。这种陶瓷浆料的主要成分是陶瓷粉末和粘合剂，其中粘合剂在成型过程中起到粘合陶瓷粉末的作用。无论是陶瓷喷丝还是陶瓷浆料作为原材料，这种工艺得到的三维模型都需要进一步进行热处理，即脱脂和烧结。脱脂和烧结也是传统陶瓷加工工艺中使用的致密化陶瓷产品的手段。目前来看，面向陶瓷的喷嘴挤压成型工艺受限于相对粗糙的加工精度，还主要集中于实验室研究，成熟的基于该工艺的3D打印机还未出现。 图 2. 冷凝挤压式陶瓷打印机（美国密苏里科技大学开发）
立体光刻成型立体光刻成型是目前市场上陶瓷打印的主要技术，也是商业化相对成功的技术。该技术采用一种由陶瓷粉末、光引发剂、分散剂等混合而成的光固化胶，工艺本身与目前市场上的DLP和SLA打印机并无大的区别。有的产品（如Lithoz）会因为光固化胶的高粘度而使用特殊的刮刀涂抹手段来加快成型过程中的材料填充，但归根结底其本质与普通树脂成型并无大的区别。与喷嘴挤压出的毛坯件一样，立体光刻工艺制造出的3D模型也需要在高温炉中进行脱脂和烧结。根据有关公司的产品介绍，使用该工艺制造出的陶瓷制品（例如氧化铝、氧化锆、磷酸钙等）密度可高达99%以上。
图 3. Lithoz陶瓷打印机
与此同时，最近一两年，研究人员在光固化陶瓷前驱体材料上取得的技术突破（详情可见科学杂志日相关报道），让立体光刻成型技术在陶瓷打印中的地位更加稳固。陶瓷前驱体是一种在高温下热分解产生陶瓷材料的高分子化合物，它是用于制造碳化硅、碳氧化硅等高温陶瓷的传统手段。具有光敏感性的陶瓷前驱体材料的诞生极大地降低了高温陶瓷的3D打印成本，具有很广泛的应用前景。然后，由立体光刻技术做成的毛坯件中含有大量的有机物，这使得经过脱脂和烧结之后产生的成品往往会相对于初始设计尺寸拥有30%左右的收缩量。这也限制了该技术在陶瓷生产中的使用。
图4. 《科学》杂志报道的美国HRL实验室的陶瓷前驱体打印技术
粘合剂喷射成型这项技术将粘结剂通过打印喷头喷射到陶瓷粉末上，用来将粉末颗粒粘结在一起。然而，根据有限的文献报道，这种技术产生的陶瓷致密度并不高。可能的解释是其受到了粉末铺设的密度的限制。
图 5. Exone粘合剂喷射成形
选择性激光烧结或熔融SLS/SLM主要被用于金属材料的3D打印上，在陶瓷的制造中使用并不多。这是因为使用激光直接对陶瓷粉末进行烧结或者融化处理时，加工过程中的温度差极易在陶瓷产品中产生应力，这些应力最后会在陶瓷产品内部产生大量裂纹；使用粉末层预热可以降低裂纹成形的可能性，但同时精度也有所降低。大量的研究集中在减少加工过程中的温度差，但是难度极大，目前并未取得太大进展。更加简单易行的方案是在陶瓷粉末中掺入高分子化合物作为粘合剂，使用激光来烧结这些高分子化合物以达到间接成型的目的。然后，与粘合剂喷射成型一样，这种工艺也受到了粉末铺设密度的限制，目前的研究文献报道中使用其加工而成的陶瓷制品密度并不高。
图 6. 激光选区熔化成形（RPJ, Volume: 19 Issue: 1, 2013）
浆料层铸成型在这里，我们将所有基于陶瓷浆料的3D打印技术统称为浆料层铸成型。之所以将他们列为一类，是因为笔者认为这些技术可能是陶瓷3D打印的一个方向。将陶瓷粉末与不同的有机粘结剂混合制备成浆料，再使用传统的3D打印工艺加工成型，这样一套工艺流程不但简单而且效果好。从文献报道可以看出，基于浆料的工艺要比其他工艺生成的陶瓷致密性更高。
一种使用陶瓷浆料作为原材料的打印机（台北科技大学开发）除了以上介绍的技术，还有其他一些技术，例如分层实体制造、电子照相印刷技术等，因为应用的并不广泛或者仍然处于初步的研究中。
陶瓷3D打印技术特点：陶瓷3D打印机打印,不但大大缩减成本,且性能稳定,具有无菌等特点。
陶瓷3D打印技术优缺点：我们知道陶瓷材料具有高强度、高硬度、耐高温、低密度、化学稳定性好、耐腐蚀等优异特性，在航空航天、医疗等行业有着广泛应用。但陶瓷材料硬而脆的特点使其加工成形尤其困难，目前国内陶瓷直接快速成形工艺尚未成熟，正处于研究阶段。
陶瓷3D打印技术材料：工业级陶瓷3D打印材料有：氧化铝（AI2O3），氧化锆（ZRO2），羟基磷灰石（HAP），磷酸三钙（TCP）等。
陶瓷3D打印知名3D打印机品牌：法国Ceramaker 3D打印机：
奥地利Lithoz公司陶瓷3D打印机相关阅读：《第三十章：LCM 光刻的陶瓷3D打印技术详细介绍》
陶瓷3D打印技术应用及经典应用案例分享：目前陶瓷3D打印主要用在工业产品、珠宝/奢侈品、医疗行业，当然对于从事科研的高校和研究所来讲，也是必备的神器。
相关阅读：《【组图】法国3DCERAM陶瓷3D打印作品欣赏》工业领域工业领域的应用很广泛，例如用在催化剂相关的蜂窝状陶瓷结构，以及用在通讯卫星中的立体电路。
高端奢侈品领域而在高端奢侈品领域，陶瓷3D打印有着惊人的应用案例，高端定制戒指、纽扣、手表等具有独特的质感，可以获得极高的附加值，目前由于陶瓷3D打印成本较高，所以只有国际顶尖的奢侈品牌才会有这样的产品销售。
法国3DCERAM CERAMPILOT陶瓷3D打印奢侈品首饰视频：
相关阅读：《【陶瓷3D打印应用案例】法国3DCERAM CERAMPILOT陶瓷3D打印奢侈品首饰》医疗领域在医疗领域的应用，应该是陶瓷3D打印非常有前途的一个领域，目前人们在人体植入物中常使用钛合金金属。但实际上钛合金植入也有很多缺点，例如不能在特别冷的环境生活，更换了钛合金颅骨补片不能用热水冲澡，经过机场安检麻烦等，给人们生活带来很多困扰。而使用陶瓷的植入物可以很好的解决这些问题。
法国3DCERAM Ceramaker BioCranuim生物陶瓷3D打印颅骨植入物视频：
相关阅读：《【陶瓷3D打印应用案例】法国3DCERAM BioCranuim生物陶瓷3D打印颅骨植入物》
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[责任编辑：袁方略]
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