大型塑料3D打印應(yīng)用領(lǐng)域及優(yōu)勢(shì)

魔猴君  行業(yè)資訊   2612天前

3D打印行業(yè)領(lǐng)先的解決方案之一是大型3D打印。塑料產(chǎn)品的大型3D打印機(jī)主要基于熔融擠出技術(shù)，工藝可靠，易于使用和維護(hù)。材料方面最受歡迎包括PLA材料，具有相對(duì)較低的打印挑戰(zhàn)。其他復(fù)合材料可用于更高級(jí)的應(yīng)用，并具有更好的機(jī)械性能。那么大型3D打印的應(yīng)用領(lǐng)域在哪里，使用大型3D打印有什么好處？

一、設(shè)計(jì)與概念建模 

對(duì)于設(shè)計(jì)領(lǐng)域來(lái)說(shuō)，尺寸經(jīng)常限制了設(shè)計(jì)產(chǎn)品的快速制造，有了大型零件快速3D打印的可行性，這使得設(shè)計(jì)的想法可以迅速轉(zhuǎn)化為現(xiàn)實(shí)，并且應(yīng)用到各種產(chǎn)品中。后期處理可以使得最終的模型更接近產(chǎn)品。

均采用BigRep Wide 3D 3D打印技術(shù)制造而成的部件

優(yōu)點(diǎn)：縮短獲得全尺寸原型的時(shí)間。那些通過(guò)傳統(tǒng)方式制造模型的技術(shù)，包括木材、泡沫、玻璃纖維的使用不僅耗時(shí)，而且昂貴。大型3D打印技術(shù)不僅成本極大的節(jié)省，還能實(shí)現(xiàn)自由曲面的獨(dú)特幾何形狀，且可以加速設(shè)計(jì)迭代的過(guò)程。

適合形式：可以一次性3D打印完成，或者打印成幾個(gè)部分，組裝而成。

二、娛樂(lè)與廣告 

通過(guò)大型3D打印技術(shù)可以創(chuàng)建獨(dú)特的營(yíng)銷(xiāo)和宣傳元素。在沒(méi)有3D打印技術(shù)之前，這個(gè)行業(yè)幾乎所有的零件和展示品都是手工制作的。與傳統(tǒng)工藝相比，大規(guī)模3D打印大大減少人力，節(jié)省了時(shí)間和成本。并且還催生了娛樂(lè)與廣告業(yè)設(shè)計(jì)產(chǎn)品的自由創(chuàng)意。

三、工業(yè)制造

工業(yè)制造領(lǐng)域也在引入大型3D打印技術(shù)，大型3D打印與工業(yè)制造的結(jié)合不僅可能，而且有可能解決獨(dú)特的挑戰(zhàn)。

四、模具與生產(chǎn)  

3D打印提供了生產(chǎn)一種或多種定制設(shè)計(jì)產(chǎn)品的有效方法。為了制造最終零部件，可以通過(guò)3D打印來(lái)獲取大型模具，并用作復(fù)合結(jié)構(gòu)的最終工具。一旦將樹(shù)脂注射到模具中，就形成最終零部件。在經(jīng)過(guò)加工和整理后安裝在賽車(chē)上。

優(yōu)點(diǎn)：與傳統(tǒng)的非3D打印方法相比，通過(guò)大型3D打印技術(shù)可以大大縮短最終用途零部件的生產(chǎn)時(shí)間，與使用數(shù)控機(jī)床生產(chǎn)相同的零件相比，還節(jié)省了相當(dāng)多的成本。

另一個(gè)很好的例子，使用類(lèi)似的大型3D打印工藝制作了一個(gè)照明面板的新設(shè)計(jì)。與使用CNC相比，縮短了50％的生產(chǎn)時(shí)間，并且降低成本。

的確，3D打印技術(shù)為大型模具制造帶來(lái)了新的切入點(diǎn)。早在2014年轟動(dòng)全球的Local Motors公司在IMTS現(xiàn)場(chǎng)3D打印完整的電動(dòng)車(chē)Strati，使用的3D打印設(shè)備BAAM是由美國(guó)能源部下屬的橡樹(shù)嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室（ORNL）開(kāi)發(fā)的高速大型3D打印設(shè)備。

不僅如此，BAAM技術(shù)還被用于3D打印潛水艇，這是由海軍陸戰(zhàn)隊(duì)（NSWC）和Carderock部門(mén)的破壞性技術(shù)實(shí)驗(yàn)室（DTL）團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)的。該團(tuán)隊(duì)于2016年8月開(kāi)始工作，通過(guò)使用大型工業(yè)3D打印機(jī)-大面積增材制造設(shè)備（BAAM）來(lái)生產(chǎn)潛水艇的六個(gè)碳纖維零件，然后組裝成30英尺長(zhǎng)的潛水艇。類(lèi)似大小的潛水艇花費(fèi)高達(dá)80萬(wàn)美元，大概需要3到5個(gè)月才能生產(chǎn)完畢。而通過(guò)3D打印，制造成本便宜了90％，不僅如此，還節(jié)約了生產(chǎn)時(shí)間。

甚至是工程機(jī)械行業(yè)這樣的傳統(tǒng)行業(yè)像沃爾沃建筑，卡特彼勒等也在探索3D打印對(duì)其生產(chǎn)和業(yè)務(wù)帶來(lái)的“美”，如何能更快速，更低成本的開(kāi)發(fā)新產(chǎn)品。

美國(guó)橡樹(shù)嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室（ORNL）與美國(guó)設(shè)備制造協(xié)會(huì)、國(guó)家流體協(xié)會(huì)等機(jī)構(gòu)共同開(kāi)發(fā)了全球首臺(tái)3D打印挖掘機(jī)。在這臺(tái)挖掘機(jī)中包括了三個(gè)由3D打印設(shè)備直接制造的零部件：駕駛室、動(dòng)臂和熱交換器。挖掘機(jī)動(dòng)臂長(zhǎng)約2.1米，重量約為181千克，是由ORNL新開(kāi)發(fā)的大型金屬零件3D打印設(shè)備制造的，打印材料為低成本的金屬，動(dòng)臂在設(shè)計(jì)時(shí)已經(jīng)為液壓零件預(yù)留好內(nèi)置的通道。挖掘機(jī)的駕駛室是由美國(guó)伊利諾伊大學(xué)厄本那香檳分校的學(xué)生工程設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)的，駕駛室采用了仿生設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)靈感來(lái)自于大自然里彎拱的樹(shù)枝，駕駛室重量約68千克，設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)表示這一駕駛室相比傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方案的駕駛室減重25%，同時(shí)強(qiáng)度是可以保證的。駕駛室是由ORNL實(shí)驗(yàn)室的BAAM(大幅面增材制造) 3D打印設(shè)備和碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料制造的。

那些制造業(yè)本來(lái)要花上億的資金才能啟動(dòng)的新產(chǎn)品設(shè)計(jì)與研發(fā)，要耗費(fèi)幾年的時(shí)間才能完全推向市場(chǎng)的產(chǎn)品，現(xiàn)在通過(guò)3D打印所花費(fèi)的成本只是原來(lái)的零頭，而時(shí)間又可以得到大大的縮短。

最近，普渡大學(xué)復(fù)合材料制造和模擬中心，Thermwood公司，應(yīng)用復(fù)合材料工程（ACE）和Techmer PM的聯(lián)合團(tuán)隊(duì)實(shí)現(xiàn)了通過(guò)3D打印PSU復(fù)合材料模具來(lái)實(shí)現(xiàn)直升機(jī)零部件的制造目的。

據(jù)了解，這可能是碳纖維增強(qiáng)PSU塑料首次成功地應(yīng)用到3D打印工藝。通過(guò)Thermwood的大型增材制造（LSAM-Large Additive Manufacturing）系統(tǒng)對(duì)直升機(jī)的模具進(jìn)行了一次性3D打印與機(jī)加工工序。Thermwood開(kāi)發(fā)的LSAM系統(tǒng)是增材制造工藝與機(jī)加工切削工藝的巧妙結(jié)合，由3D打印完成粗糙的模型輪廓，通過(guò)使用CNC銑床將零件加工到精確尺寸，在3D打印的過(guò)程中就可以同步配合機(jī)加工切削的運(yùn)用，這款用于制造直升機(jī)零件模具的大型3D打印機(jī)的建造體積為10×20英尺。

不過(guò)，在集成3D打印與切削加工塑料材料于一臺(tái)設(shè)備方面，Thermwood可以稱(chēng)為行業(yè)的先行者。但已經(jīng)有更多的公司看好大型塑料制品的混合加工。意大利加工專(zhuān)家CMS與2017年9月宣布與德國(guó)Fraunhofer機(jī)床和成型技術(shù)研究所（Fraunhofer IWU）建立了新的合作伙伴關(guān)系，并共同開(kāi)發(fā)熱塑性復(fù)合材料的3D打印與五軸銑削加工的混合系統(tǒng)。Fraunhofer IWU將與CMS密切合作，開(kāi)發(fā)CMS Kreator，該系統(tǒng)將結(jié)合3D打印和機(jī)加工制造出高品質(zhì)熱塑性復(fù)合材料零件。CMS Kreator將會(huì)有一系列的配置和尺寸，并可容納各種各樣的基于熱塑性塑料的材料。這款設(shè)備可以在許多領(lǐng)域和行業(yè)得到應(yīng)用，并將面向制造精密原型甚至特殊的零件生產(chǎn)。

除了熔融擠出技術(shù)，以及熔融擠出技術(shù)與機(jī)加工技術(shù)的結(jié)合，另外一家來(lái)自以色列的公司Massivit則是使出了自己的大招，其大型全新3D打印設(shè)備名為GDP，是Gel Dispensed Printing（凝膠打印）的縮寫(xiě)，這種技術(shù)有點(diǎn)類(lèi)似于FDM和SLA技術(shù)的復(fù)合，打印速度極快，而且能夠打印出非常大的對(duì)象。

與光固化過(guò)程中所使用的液態(tài)樹(shù)脂不同的是，GDP技術(shù)打印的材料是啫喱狀的，因?yàn)榇蛴〉氖悄z所以比液體的固化速度要快。另外打印的層厚度大，再加上凝膠本身可以獲得自支撐，所以在打印過(guò)程中幾乎不需要支撐材料，這也減少了后期處理支撐材料的工作量，并且節(jié)約3D打印機(jī)打印支撐材料的時(shí)間。正如正文中所提到的，大型3D打印可以用于娛樂(lè)和廣告行業(yè)，Massivit已參與了多個(gè)大品牌的大型項(xiàng)目宣傳，包括索尼的廣告和憤怒的小鳥(niǎo)的捉鬼敢死隊(duì)電影宣傳。以往這些道具和宣傳用品依靠手工流程包括雕刻泡沫塊這樣的方式來(lái)完成，耗時(shí)又費(fèi)力。而3D打印是一個(gè)數(shù)字化的過(guò)程，允許大量的個(gè)性化和本地化制造方式，非常貼合廣告和推廣中時(shí)間緊迫而個(gè)性化又十足的需求。

可以說(shuō)，3D打印行業(yè)的發(fā)展正越來(lái)越向我們揭示更多的有關(guān)于大塊頭帶來(lái)的大智慧。

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來(lái)源：中國(guó)3D打印網(wǎng)