三維打印機購買指南

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1、 三維打印機購買指南 三維打印機購買指南 目錄 1 2簡介3什么樣的三維打印機技術(shù)適合您的應(yīng)用？4 概念建模4 驗證模型4 生產(chǎn)前應(yīng)用5 數(shù)字化生產(chǎn)5 3三維打印機性能屬性6 打印速度6 零件成本6 特征細節(jié)分辨率7 精度7 材料屬性7 顏色8 4結(jié)論9 三維打印機購買指南 1總論 三維打印時代來臨三維打印已經(jīng)越過了原型機階段?，F(xiàn)今，就初始概念設(shè)計和最終產(chǎn)品生產(chǎn)及其所有中間步驟而言，三維打印技術(shù)在各個階段均具有明顯的創(chuàng)新優(yōu)勢。與以往相比，當(dāng)前的競爭環(huán)境提升了正確選擇三維打印機對每個創(chuàng)新階段的重要性。 就在幾年前，

2、內(nèi)部三維打印還只是少數(shù)專業(yè)設(shè)計工程師專享的技術(shù)，而且往往也只能用來打印一些概念模型和原型而已。通過提高將設(shè)計轉(zhuǎn)化為制造的能力和加快將產(chǎn)品投放市場的速度，一度被認為是一種新奇奢侈品的三維打印技術(shù)已被證明將產(chǎn)生長期的戰(zhàn)略價值?，F(xiàn)今，使用三維打印技術(shù)的創(chuàng)新人員人數(shù)日益增加，他們在整個創(chuàng)新過程中已能充分利用和成倍提升快速內(nèi)部三維打印帶來的好處?，F(xiàn)在，領(lǐng)先公司使用三維印制技術(shù)能以更快的速度評估更多概念，使得在產(chǎn)品研發(fā)階段早期就能更好地做出決策。隨著設(shè)計流程不斷地向前推進，不論技術(shù)決策有多么重大抑或有多么微小，都要在每步中對其進行迭代測試以指導(dǎo)進一步?jīng)Q策，以期達到改善性能、降低制造成本、提高質(zhì)量和更好引入

3、產(chǎn)品的目的。在生產(chǎn)前階段，三維打印技術(shù)可以更快地生產(chǎn)最初產(chǎn)品，為市場營銷和銷售部門以及早期采用的客戶提供支持。在最終生產(chǎn)環(huán)節(jié)，三維打印技術(shù)可使越來越多的行業(yè)提高生產(chǎn)效率、降低定制成本、改進品質(zhì)和提高效率。 2 什么樣的三維打印機技術(shù)適合您的應(yīng)用？ 在各種三維打印機中選擇合適的產(chǎn)品乍看起來像是一項艱巨的任務(wù)。各種打印技術(shù)在將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為實物方面有著顯著的區(qū)別?，F(xiàn)今的三維打印機可以使用結(jié)構(gòu)性質(zhì)、特征定義、表面光潔度、環(huán)境抗力、視覺外觀、準(zhǔn)確度與精密度、使用壽命、熱性能等差異很大的各種材料。首先確定使用三維打印技術(shù)的各種應(yīng)用非常重要，因為這樣可為選擇合適的技術(shù)提供指導(dǎo)，以便為您的企業(yè)帶來最為積極

4、的影響。本文將重點介紹一些常見的三維打印應(yīng)用，并概述一些選擇三維打印機時要考慮的關(guān)鍵屬性。 概念模型 概念模型提高了對之后每個設(shè)計和工程活動均有影響的早期設(shè)計決策質(zhì)量。選擇合適的設(shè)計途徑可以減少在之后的開發(fā)流程中由于發(fā)生變化而產(chǎn)生的成本，并可以縮短整個開發(fā)周期從而使您可以更快地進入市場。不管是設(shè)計新的電動工具、辦公配件、建筑設(shè)計、鞋類還是玩具，三維打印都是評估備選設(shè)計概念以及基于所有相關(guān)人員啟動的跨功能輸入做出更好選擇的理想方法。 驗證模型當(dāng)產(chǎn)品設(shè)計開始成形時，設(shè)計師需要驗證設(shè)計元素以確保新產(chǎn)品按預(yù)期方式發(fā)揮作用。內(nèi)部三維打印技術(shù)使設(shè)計驗證能以迭代的方式進行，設(shè)計師通過該設(shè)計流程可以發(fā)現(xiàn)

5、和解決遇到的設(shè)計問題，激發(fā)其進行新的發(fā)明活動或快速發(fā)現(xiàn)設(shè)計需要修改之處。 在創(chuàng)新的早期階段，使用看上去像真的一樣，但通常不具備全部功能的模型，可快速地以較低成本評估大量的備選設(shè)計。當(dāng)相關(guān)人員可以看到和觸摸到各種備選概念時，他們就可以更好地可視化設(shè)計意圖，進而可以更快更有效地做出決策。就大多數(shù)概念建模應(yīng)用而言，要注意的一些三維打印機關(guān)鍵性能是打印速度、零件成本和逼真的打印輸出。 應(yīng)用可能包括塑形和安裝、功能特性和組裝驗證等。驗證模型可以通過實際應(yīng)用提供的實際操作反饋來快速證實設(shè)計理論。為驗證應(yīng)用，零件應(yīng)能真實地展現(xiàn)設(shè)計的性能。為驗證應(yīng)用，材料特性、模型精度和特征細節(jié)分辨率是選擇三維打印

6、 機要考慮的關(guān)鍵屬性。三維打印機購買指南生產(chǎn)前應(yīng)用 由于產(chǎn)品研發(fā)集中在最終設(shè)計上，所以關(guān)注點很快會轉(zhuǎn)向生產(chǎn)啟動。這個階段通常涉及對制造新產(chǎn)品所需的工具、夾具和卡具進行投資。在這個階段，供應(yīng)鏈隨著原材料和其他所需部件采合約的增多而擴大。交付這些必需項目所需的時間可能延長至上市，而三維打印可以用各種方法降低投資風(fēng)險和縮短產(chǎn)品上市周期。數(shù)字化生產(chǎn) 一些三維打印技術(shù)克服了傳

7、統(tǒng)生產(chǎn)方法固有的缺陷，幾乎可以打印所有的幾何結(jié)構(gòu)，為設(shè)計人員將產(chǎn)品功能提升至新的水平提供了更大的設(shè)計自由度。通過消除傳統(tǒng)減法制造技術(shù)通常所具有的時間和勞動密集型生產(chǎn)步驟和減少原料浪費可以降低生產(chǎn)成本。 生產(chǎn)前的三維打印應(yīng)用包括早期生產(chǎn)和組裝最終產(chǎn)品所需的快速燙印工具、夾具和卡具，以及生產(chǎn)供測試和早期客戶配售的最初功能性產(chǎn)品所用的最終使用零件。 在這個階段，打印材料的功能特性是至關(guān)重要的。準(zhǔn)確度和精密度在確保達到最終產(chǎn)品質(zhì)量和制造不需要昂貴和耗時返工的工具方面也是至關(guān)重要的。 三維打印部件可以是簡化了生產(chǎn)流程的最終使用零件或犧牲生產(chǎn)部件。業(yè)界領(lǐng)先的公司像珠寶、牙齒、醫(yī)療器械、汽車和航空一樣

8、種類繁多，采用三維打印技術(shù)生產(chǎn)最終使用零件或鑄造圖案和模具，可以降低生產(chǎn)成本、增加定制程度、提高產(chǎn)品質(zhì)量和性能，并可減少生產(chǎn)周期。就生產(chǎn)應(yīng)用而言，三維打印機的關(guān)鍵屬性是高準(zhǔn)確度和精密度以及為應(yīng)用需求專門設(shè)計的專業(yè)打印材料。就一些醫(yī)療和牙科應(yīng)用而言，材料必須 滿足特定的生物相容性需求。 三維打印機購買指南 3 三維打印機性能屬性 選擇的三維打印機是否合適由提供最佳全方位數(shù)值的應(yīng)用需求和關(guān)鍵性能標(biāo)準(zhǔn)的匹配程度決定。比較備選三維打印機時，以下是一些需要考慮的特定三維打印機性能屬性。 打印速度 就不同的供應(yīng)商和特定技術(shù)而言，打印速度可能具有不同的含義。打印速度可定

9、義為在完成單次打印作業(yè)期間沿z軸打印有限距離所需時間的長短（如每小時沿z軸打印多少英寸或毫米）。這種方法通常首選那些垂直構(gòu)建速度不受被打印零件的幾何結(jié)構(gòu)和/或單次打印作業(yè)打印的零件數(shù)量影響從而能夠保持穩(wěn)定的三維打印機。由于打印作業(yè)中要打印零件的幾何結(jié)構(gòu)或零件數(shù)量的原因，能夠保持高垂直構(gòu)建速度不變以及沒有速度損失或速度損失很少的三維打印機就成為概念建模的理想選擇，這是因為它們可以在最短的時間內(nèi)快速生產(chǎn)出大量備選的零件。 A表示打印速度的另一種方法是使用打印特定零件或打印特定零件體積所需的時問。這種方法通常用于可快速打印幾何結(jié)構(gòu)簡單的單個零件的技術(shù)，但向打印作業(yè)添加其他要打印的零件或要打印的幾何

10、結(jié)構(gòu)復(fù)雜性和/或尺寸增大后，打印速度就會降低。由此帶來的結(jié)果是，逐步降低的構(gòu)建速度不但會減速決策的進度，而且達不到內(nèi)部三維打印機進行概念建模的目的。打印速度提高一般被認為是有益的，對概念建模應(yīng)用來說更是如此。垂直構(gòu)建速度與零件數(shù)量和復(fù)雜性無關(guān)的高速三維打印機通常是概念建模應(yīng)用的首選，這是因為它們可以快速打印大量的備選模型進行并行比較并能加速和改進早期的決策過程。 中所有零件的平均成本。根據(jù)您自己擁有的用來表示典型零件的一系列STL文 件，確定您的預(yù)期零件成本通常非常是有用的。為了正確比較各個供應(yīng)商提出的要求，徹底了解要求包含的內(nèi)容對正確預(yù)估零件成本同樣重要。 一些三維打印機供應(yīng)商只包括與

11、所測成品體積相等的特定體積的打印材料的成本。這種方法無法充分估算打印零件的真正成本，這是因為它沒有將所用的支持材料、打印技術(shù)產(chǎn)生的工藝廢物和打印工藝所用的其他消耗品計算在內(nèi)。打印材料的各種三維打印機在效率方面有著顯著的差異，了解真實的材料消耗量是準(zhǔn)確比較打印成本的另一關(guān)鍵因素。 零件成本由三維打印機打印一組零件所消耗的材料總量和所消耗材料的價格決定。最低零件成本通常與粉末三維打印技術(shù)密切相關(guān)。廉價的石膏粉是打印大量零件所用的基本模型材料。未被使用的粉末在打印機中被持續(xù)不斷地回收和重新使用，零件成本可能會降到其他三維打印機所打印零件價格的1/3到1/2。 一些塑料零件技術(shù)使用一種消耗材料，打

12、印零件和打印期間所需的支撐結(jié)構(gòu)。這些技術(shù)與能夠打印支撐結(jié)構(gòu)的其他塑料零件技術(shù)相比，使用較少的材料通常就可以打印出易于移除的稀疏支撐結(jié)構(gòu)。大多數(shù)單一材料三維打印機不會產(chǎn)生大量的工藝廢料，使得這些打印機具有極高的材料利用率和性價比。 其他塑料技術(shù)可以使用一種廉價支撐材料，通過熔融、溶解或噴水清理來移除它們。這些技術(shù)通常要使用更多的材料打印支持結(jié)構(gòu)。溶掉支撐材料可能需要使用強腐蝕性化學(xué)物質(zhì)，使用這些材料前必須進行特殊處理和采取預(yù)防處置措施。噴水清理法需要一個水源和排水系統(tǒng)，這可能會顯著增加您的現(xiàn)場準(zhǔn)備成本。這種方法屬于勞動密集型工藝，當(dāng)用力移除支撐材料時可能會損傷精微的零件特征。 另外，位于很難

13、進入的空穴中的 零件成本 零件成本通常用單位體積的成本表示，如每立方英寸的成本或每立方厘米的成本。即使使用相同的三維打印機打印，打印各種零件的成本也可能相差很大，成本大小取決于特定零件的幾何結(jié)構(gòu)，所以一定要弄清楚，供應(yīng)商所提供零件的成本是否是只適用于特定零件，還是某組不同零件三維打印機購買指南 支撐材料很可能被束縛在空穴內(nèi)以致于無法被清理出來。三維打印機使用熔融蠟作為支撐材料，這些支撐材料可最快最有效地被清理。利用專業(yè)的整理烘箱可以不用對表面施加可能損傷脆弱精微特征的力，只使用最少的勞動力就可以迅速地成批移除熔融的支撐材料。另外，可以移除無法到達的內(nèi)部空穴中的其他支撐材料，為成功打印復(fù)雜

14、的幾何結(jié)構(gòu)提供最大的靈活性。移除蠟支撐材料不需要使用化學(xué)物質(zhì)，使用不再需要特殊處理的普通垃圾桶處理蠟支撐材料即可。需要了解 的是，一些常用的三維打印機在打印期間會將昂貴的構(gòu)建材料混合成支撐材料來制作支架，這會增加打印期間所消耗材料的總成本。這些打印機通常也會產(chǎn)生更多的中間廢料，因此打印同一組零件會耗用更多的材料總量（以體積計）。 維打印機為微調(diào)特定幾何結(jié)構(gòu)的準(zhǔn)確度提供了不同級別的打印準(zhǔn)備工具。通常，由制造商針對特定測量測試零件提出準(zhǔn)確性要求，實際結(jié)果會因零件幾何結(jié)構(gòu)而異，所以有必要考慮使用您的特定應(yīng)用幾何結(jié)構(gòu)，定義您的應(yīng)用準(zhǔn)確度要求和測試三維打印機。 材料屬性 了解預(yù)期應(yīng)用和所需材料特

15、性對選擇三維打印機非常重要。每種技術(shù)都有優(yōu)點和缺點，選擇內(nèi)部三維打印機均需考慮。必須慎重對待有關(guān)可用材料數(shù)量的要求，因為這并不能保證可用材料就能夠提供所需的真正功能特性。在做出購買三維打印機的決定前，利用預(yù)期應(yīng)用對零件進行測試是至關(guān)重要的。在不同時間和不同應(yīng)用環(huán)境中的零件穩(wěn)定性可能與發(fā)布的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格明顯不同，則在未經(jīng)充分考慮和測試的情況下很可能會限制其實際效用。 對于概念建模應(yīng)用來說，實際物理屬性的重要性可能比不上零件成本和模型外觀。概念模型主要用于視覺交流，并可能在用過之后被舍棄。驗證模型可能需要模擬最終產(chǎn)品，并需要功能特性類似于最終產(chǎn)品材料。為使用材料快速生產(chǎn)應(yīng)用可能需要澆鑄，也可能需要在

16、應(yīng)用中使用高溫電阻。最終使用零件通常需要在較長的時間內(nèi)保持穩(wěn)定。 每種三維打印技術(shù)只能用于特定的材料類型。就內(nèi)部三維打印而言，材料通常分為非塑料、塑料或蠟。您應(yīng)根據(jù)可提供價值和應(yīng)用范圍最佳組合的材料種類來選擇三維打印機。將多種技術(shù)集成在一起可以提供額外的靈活性，并能實現(xiàn)單一打印機不能實現(xiàn)的應(yīng)用。通常，將兩種價格不高的三維打印機集成在一起與一種價格更高的系統(tǒng)相比，可提供的價值更高、應(yīng)用范圍更廣、打印容量更大，不過投資預(yù)算卻不會有太大的變化。非塑性材料通常用與石膏粉和打印粘合劑一起使用，可以制成滲透能力非常強的高密度剛性零件。這些零件可以制成優(yōu)異的概念模型，并可在無需測試彎曲性能的情況下，提供一

17、些測試有限功能的機會。亮白色的基礎(chǔ)材料與專有的全色打印功能相結(jié)合，無需額外加色或修飾就可以生產(chǎn)出逼真的可視化模型。 特征細節(jié)分辨率 三維打印機的分辨率是其中一個最令人感到困惑的標(biāo)準(zhǔn)，要小心使用。分辨率可以用每英寸點數(shù)（DPI）、z層厚度、像素大小、束斑大小和微珠直徑等表示。雖然這些測量值可能有助于比較同一類型三維打印機的分辨率，但它們通常無法很好地比較各種三維打印技術(shù)的指標(biāo)。最佳的比較方法是視覺檢查利用不同技術(shù)生產(chǎn)的各種零件。注意鋒利邊緣和圓角定義、最小特征尺寸、側(cè)壁質(zhì)量和表面光潔度。使用數(shù)碼顯微鏡有助于更好地檢查零件，這些便宜的設(shè)備可以放大和拍攝微小的特征以供比較時使用。當(dāng)三維打印機用于

18、驗證測試時，已打印零件能夠準(zhǔn)確 地反映設(shè)計至關(guān)重要。就驗證測試類型而言，在特征細節(jié)質(zhì)量方面做出妥協(xié)則會降低測試結(jié)果的準(zhǔn)確性。 精度 將材料從一種塑形變成另一塑形來打印零件時，三維打印技術(shù)以累加的方式逐層生產(chǎn)零部。這種處理方法可能會引起材料收縮等變化，那么在打印過程中必須補償這些變化以確保準(zhǔn)確度。三維粉末打印機一般使用粘合劑來最大程度地減少打印工藝引起的收縮變形，通常情況下都可以獲得很高的準(zhǔn)確度。三維塑料打印技術(shù)通常使用熱、紫外線或兩者作為能源來處理打印材料，以防止產(chǎn)生各種影響準(zhǔn)確度的變化。影響三維打印準(zhǔn)確度的其他因素包括零件尺寸和幾何結(jié)構(gòu)。一些三三維打印機購買指南 柔性和剛性塑性材料以

19、及其他一些材料均具有更高的耐熱性性。透明的塑性材料、生物相容性塑性材料和可澆注的塑性材料也可以使用。利用不同技術(shù)生產(chǎn)的塑料零件的性能差異很大，可能與公布的指標(biāo)相差較遠。一些三維打印機所生產(chǎn)零件的性能和尺寸會隨時間或在不同環(huán)境條件下不斷變化。例如，一個常用于表示塑料耐熱性的指標(biāo)是熱變形溫度(HDT)。盡管HDT可以作為一個指標(biāo)，不過當(dāng)溫度超過HDT時，它就無法預(yù)測材料的應(yīng)用效用了。 一些材料的功能特性在溫度略高于規(guī)定的熱變形溫度時就會迅速遭到破壞，而另一種材料的這些特性在上述溫度下可能緩慢變差，那么后一種材料就能擴大塑料可以使用的溫度范圍。另一個實例是濕度對零件的影響。一些三維打印用的塑料具有

20、防水特性，而另一些材料具有多孔結(jié)構(gòu)，可使零件吸收可能導(dǎo)致其膨脹和尺寸變化的水分。多孔零件通常不能用于高濕應(yīng)用或高壓應(yīng)用，可能需要進一步的勞動密集型后加工才能在此條件下使用。 安裝了3DSystems的新混合”型三維打印機集經(jīng)過驗證的立體光固化成型打印(SLA?)性能和內(nèi)部三維打印機的簡單可用性于一體。對于具有功能特性的ABS、聚丙烯和聚碳酸酯塑料，這些內(nèi)部三維打印機可以擴大它們在單一三維打印機中的使用范圍。它們提供了方便、快速和經(jīng)濟可行的物質(zhì)轉(zhuǎn)變方式，使得只用一臺三維打印機就可在更廣的應(yīng)用中使用塑料。當(dāng)收到需要許多種材料的要求時，要特別注意材料轉(zhuǎn)換期間產(chǎn)生的材料浪費現(xiàn)象。其中一些三維打印機有

21、多個必須完全洗凈的打印頭，這會導(dǎo)致在打印過程中浪費昂貴的打印材料。 顏色 彩色三維打印機有三種基本類型：顏色可選的打印機只能同時打印一種顏色，基色打印機在一個零件上可以同時打印數(shù)種顏色，而全色打印機在一個零件上可以同時打印幾千種顏色。現(xiàn)今唯一可以打印全色的三維打印機是安裝了3DSystems 的ZPrinter?。彩色文件打印機可以打印高達390000種獨特的顏色和幾乎無限多的顏色組合，該三維打印機也可以在三維打印模型上打印相同類型的顏色來生產(chǎn)高度逼真的模型。除了要把所有逼真的顏色打印到正確的位置外，ZPrinters既可 以打印照片、圖表、標(biāo)志、紋理、文本標(biāo)簽、FEA結(jié)果等，又能生產(chǎn)出與真實產(chǎn) 品高度相似的產(chǎn)品。 三維打印機購買指南 4總論 就初始概念設(shè)計和最終產(chǎn)品生產(chǎn)及其所有中間步驟而言，三維打印技術(shù)在整個創(chuàng)新階段均具有明顯的優(yōu)勢。不同的應(yīng)用都有其特定的需求，了解這些應(yīng)用的需求對于選擇三維打印機是非常重要的。與單一系統(tǒng)相比多種系統(tǒng)可以提供更多的使用機會，所以根據(jù)從設(shè)計到生產(chǎn)整個流程的特定要求可以縮短產(chǎn)品上市周期、完善產(chǎn)品性能、簡化生產(chǎn)流程和降低生產(chǎn)成本、提高產(chǎn)品質(zhì)量和客戶滿意度，這些 都有助于您為您的企業(yè)定義理想的三維打印功能。關(guān)于3DSystems的詳細信息,請訪問b9