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近些日子,3D技术成为网络热点,甚至出现了神化玄化3D成型技术的情况.今天,我就3D成型技术做一些简单的说明,让更多人能理解这个新鲜的技术.

1.粉末冶金烧结

我们知道,任何物品我们要得到一定的形状才有使用价值,比如陶瓷碗,铁桶,塑胶手机外壳,玻璃瓶子等等,为了将各种不同材料做成不同各种形状,我们发明了很多设备和加工方法,比如车铣磨锯压刨注塑等等.这3D打印技术,就是一种特殊的成型技术而已,它有它的优势但也有它的不足.它不可能完全取代传统的成型技术,它的出现,只是补充了人类改造材料形状的方法,或者说完善了粉末冶金烧结技术而已.所以,在讨论3D成型技术之前,我们最好了解一下粉末冶金烧结技术.

我们知道,有些产品形状复杂,而且要求的材质硬度和温度特高,用传统的成型方法很难加工出来.试想象一下,如果你要求的产品的硬度和金刚石一样了,你还能用什么再超宇宙硬度的刀具来加工呢?如果你要求的产品形状独特,比如茶壶里面还要装几个铁饺子,如果要加工这个东西,我们采用传统成型方法,只能是把铁饺子先做好,再把茶壶围绕着铁饺子包起来,这个茶壶的材料就必须受到成型工艺的限制,可是我需要的茶壶偏偏就要金刚之身........呵呵,说到这里,大家也许就有一个眉目,我们的发动机很多零件,比如腔体,就是这样的苛刻和复杂.在以前,对于硬度高耐温要求高的产品,我们是先成型,比如陶瓷,可以先把原料做出我们要的形状以后,再去烧结,于是就达到我们需要的结果.其它的如一些不锈钢合金材料,甚至特氟龙塑胶都是先用传统工艺做成需要的样子,再烧结成型定型.粉末冶金虽然把成型和烧结分开后使得我们的产品的硬度和温度得到空前提升,但是因为它依然采用的是传统的成型技术,所以对于形状复杂的零件比如那个茶壶饺子,它还是有些鞭长莫及.于是,3D成型技术就应运而生.

2.3D成型技术的特点

3D,就是3维立体,也就是长宽高3个方向都可以加工的意思.相对于3D就是我们最常见的2D也就是平面打印机.薄薄的一层碳粉只能在纸上面打印出长和宽的线条,如果碳粉可以累积叠加,就变成了我们所说的立体打印机了.3D成型的原理就是这个意思.在现在2D打印市场都是日本人的天下,国产叫得响的品牌还很少,2D如此,所以这3D成型也绝不是什么容易的事情.

要实现3D成型,首先要解决成型技术问题,我刚才讲到的喷压打印技术只是其中一种,将铁,镐,钛等金属粉末和一些添加剂混炼成膏状,然后在电脑指挥下象喷涂碳粉一样来回一层一层的打印,于是一个立体的产品就出来了.最后再去烧结.这个喷头就是3D打印的精华.除了这个还有激光成型,大致原理就是把铁,镐,钛等金属粉末和一些光敏材料的添加剂混炼成膏状,每次喷涂薄薄一层后就用激光在需要的地方照射,于是光敏材料就快速硬化,如此再一层一层叠加.总之,在3D刚刚打印定形的东西,只是一个形状复杂的毛胚而已,毕竟这些粉末材料没有几千度的加热不会熔成一体的,而直接在3D成型机上面加3000度的加温设备是不现实的.所以3D成型后的产品要经过一个同样重要的热处理工艺过程.至于最终产品究竟可以达到多高硬度多高的耐温等级,决定于初始的材料配方.前年获得科技大奖的师昌绪老师就是在这个材料配方领域做出了巨大突破.

所以,将3D成型技术说成万能的是误解.对于那些硬度和温度不特别高的形状不特别复杂的,还是传统成型工艺经济性能要好得多.相对于其优点,3D成型的缺点也同样突出,比如加工时间慢产能低(就算0.02的厚度来叠加,1米的部件要来回多少次?),而且因为最小厚度的叠加会造成表面的不光滑,烧结过程形变不良,以及因为烧结添加剂的挥发导致密度的降低等等.

3.3D的未来

任何技术,都有一个发展的过程,3D成型也是如此.透过3D成型技术的热点,我们可以看见这20年我国航天航空技术的跳跃发展,无论是原料还是成型技术,无论是加工设备技术还是产品设计,无论是发动机还是雷达,无论是战斗机还是运输机,虽然我们还没有办法去和现在美国比较,但是我们可以看见我们长足快速的进步.将现在中国的民生,科技,国防,食品,医疗,法制等去和当今欧美国家比较从而对自己国家挖苦谩骂是不对的,我们不应该妄自菲薄甚至破罐子破摔,这不是我们民族的习惯. 不积硅步无以至千里;不积小流无以成江海.

未来3D成型技术的发展,会朝着多材料大尺寸高精度方向发展,也就是说,有一天,一架飞机的骨架,会根据不同金属材料要求而整体被打印出来,这对航空航天带来的技术将是革命性的提升,尤其是对战斗机航天飞机而言.期望我们的军工行业早日能走在世界前列,引领人类向更高更远的空间前进.

本文内容于 2013/6/3 12:55:22 被红红四川编辑

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