大型塑料3D打印應(yīng)用領(lǐng)域及優(yōu)勢
魔猴君 行業(yè)資訊 2557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，具有相對較低的打印挑戰(zhàn)。其他復(fù)合材料可用于更高級的應(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)計與概念建模
對于設(shè)計領(lǐng)域來說，尺寸經(jīng)常限制了設(shè)計產(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間。那些通過傳統(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，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)計迭代的過程。
適合形式：可以一次性3D打印完成，或者打印成幾個部分，組裝而成。
二、娛樂與廣告
通過大型3D打印技術(shù)可以創(chuàng)建獨(dú)特的營銷和宣傳元素。在沒有3D打印技術(shù)之前，這個行業(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)省了時間和成本。并且還催生了娛樂與廣告業(yè)設(shè)計產(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)計產(chǎn)品的有效方法。為了制造最終零部件，可以通過3D打印來獲取大型模具，并用作復(fù)合結(jié)構(gòu)的最終工具。一旦將樹脂注射到模具中，就形成最終零部件。在經(jīng)過加工和整理后安裝在賽車上。
優(yōu)點(diǎn)：與傳統(tǒng)的非3D打印方法相比，通過大型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。
另一個很好的例子，使用類似的大型3D打印工藝制作了一個照明面板的新設(shè)計。與使用CNC相比，縮短了50％的生產(chǎn)時間，并且降低成本。
的確，3D打印技術(shù)為大型模具制造帶來了新的切入點(diǎn)。早在2014年轟動全球的Local Motors公司在IMTS現(xiàn)場3D打印完整的電動車Strati，使用的3D打印設(shè)備BAAM是由美國能源部下屬的橡樹嶺國家實(shí)驗(yàn)室（ORNL）開發(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部門的破壞性技術(shù)實(shí)驗(yàn)室（DTL）團(tuán)隊(duì)開發(fā)的。該團(tuán)隊(duì)于2016年8月開始工作，通過使用大型工業(yè)3D打印機(jī)-大面積增材制造設(shè)備（BAAM）來生產(chǎn)潛水艇的六個碳纖維零件，然后組裝成30英尺長的潛水艇。類似大小的潛水艇花費(fèi)高達(dá)80萬美元，大概需要3到5個月才能生產(chǎn)完畢。而通過3D打印，制造成本便宜了90％，不僅如此，還節(jié)約了生產(chǎn)時間。
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打印對其生產(chǎn)和業(yè)務(wù)帶來的“美”，如何能更快速，更低成本的開發(fā)新產(chǎn)品。
美國橡樹嶺國家實(shí)驗(yàn)室（ORNL）與美國設(shè)備制造協(xié)會、國家流體協(xié)會等機(jī)構(gòu)共同開發(fā)了全球首臺3D打印挖掘機(jī)。在這臺挖掘機(jī)中包括了三個由3D打印設(shè)備直接制造的零部件：駕駛室、動臂和熱交換器。挖掘機(jī)動臂長約2.1米，重量約為181千克，是由ORNL新開發(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，動臂在設(shè)計時已經(jīng)為液壓零件預(yù)留好內(nèi)置的通道。挖掘機(jī)的駕駛室是由美國伊利諾伊大學(xué)厄本那香檳分校的學(xué)生工程設(shè)計團(tuán)隊(duì)設(shè)計的，駕駛室采用了仿生設(shè)計，設(shè)計靈感來自于大自然里彎拱的樹枝，駕駛室重量約68千克，設(shè)計團(tuán)隊(duì)表示這一駕駛室相比傳統(tǒng)設(shè)計方案的駕駛室減重25%，同時強(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)本來要花上億的資金才能啟動的新產(chǎn)品設(shè)計與研發(fā)，要耗費(fèi)幾年的時間才能完全推向市場的產(chǎn)品，現(xiàn)在通過3D打印所花費(fèi)的成本只是原來的零頭，而時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3D打印PSU復(fù)合材料模具來實(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Thermwood的大型增材制造（LSAM-Large Additive Manufacturing）系統(tǒng)對直升機(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，通過使用CNC銑床將零件加工到精確尺寸，在3D打印的過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，在集成3D打印與切削加工塑料材料于一臺設(shè)備方面，Thermwood可以稱為行業(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。意大利加工專家CMS與2017年9月宣布與德國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?。┑目s寫，這種技術(shù)有點(diǎn)類似于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象。
與光固化過程中所使用的液態(tài)樹脂不同的是，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)打印支撐材料的時間。正如正文中所提到的，大型3D打印可以用于娛樂和廣告行業(yè)，Massivit已參與了多個大品牌的大型項(xiàng)目宣傳，包括索尼的廣告和憤怒的小鳥的捉鬼敢死隊(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完成，耗時又費(fèi)力。而3D打印是一個數(shù)字化的過程，允許大量的個性化和本地化制造方式，非常貼合廣告和推廣中時間緊迫而個性化又十足的需求。
可以說，3D打印行業(yè)的發(fā)展正越來越向我們揭示更多的有關(guān)于大塊頭帶來的大智慧。
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