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创客爱好者 发布于2018-08-02 09:10
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创客集结号:3D打印技术的缺点及解决方法

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1材料的限制
目前主流的3D打印技术可以实现聚合物塑料、某些金属或者陶瓷打印,但目前无法实现打印的材料还非常多。材料的限制主要表现为两个方面的限制,一方面,目前的3D打印技术可打印的材料种类有限,无法完全适应工业生产中所需的各种各样的材料的打印。这使得3D打印技术只能应用于一些特定场合,普及推广仍有很大的障碍。另一方面,针对特定的3D打印机,可打印的材料种类更是特定的几种或几类,这使得针对每种或每类材料,就需要设计专属的3D打印机,通用性不如传统的机械加工好。虽然目前在多材料打印上已经取得了一定的进展,但除非这些进展达到成熟并有效,否则材料依然会是3D打印的一大障碍。
解决方法:针对以上两方面问题,可以以这样的思路寻求解决方案。一、研发新材料,这也是国家目前大力发展的方向。通过研发新型的打印性能好、材料性能还能达到传统材料要求材料,提高3D打印技术的通用性。二、提高3D打印机本身的通用性。可以从模块化设计角度出发,本体结构保持一致,对不同种类或类型的材料,只改变部分部件如喷头,而且部件的拆装性能要好,方便更换。
2、打印效率低效率低可以从两个角度进行分析。一、与传统机械加工比较,机械加工是在毛坯的基础上减材形成,通常毛坯和零件之间相差的材料较少,即需要去除的材料少,加工比较快;而3D打印技术必须将所有零件实体所需材料通过增材方式堆叠,材料体积大。所以从去除或堆叠得材料体积量来比较,增材的体积量通常比减材的体积量要大。二、从成型运动方面考虑,传统的机械加工主运动多为旋转运动,而3D打印技术为直线运动,旋转运动更容易达到更大的速度,而且保持一定的稳定性,3D打印技术的扫描运动为直线运动,很难达到较大的速度。因此,3D打印技术不仅所需加工的体积量大,而且运动速度受限,所以综合加工效率低。
解决方法:针对问题一,可以考虑在一定的规则毛坯材料上增材,减少需要打印的材料量,主要是用于大批量生产情况下,预先设计一系列实体轮廓中所包含的最小毛坯,在毛坯的基础上打印。针对问题二,从机构学角度,可以设计可高速运动的机构 ,如并联机构。另外也需要协调设计材料,增快其熔融速度或凝固速度。还可以从软件及轨迹规划角度着手,采用梯度设计思想,对于有强度等方面要求的,填充率选择大一些,其他部分填充率小一些,而不是像目前整个实体都选择同一填充率。
3、质量和精度低:
首先是质量问题,由于3D打印采用“分层制造,层层叠加”的增材制造工艺,层与层之间的结合再紧密,也无法和传统模具整体浇铸而成的零件相媲美,而零件材料的微观组织和结构决定了零件的物理性能如强度、刚度、耐磨性、耐疲劳性、气密性等大多不能满足工程实际的使用要求。其次是精度问题,由于3D打印技术固有的成型原理及发展还不完善,其打印成型零件的精度包括尺寸精度、形状精度和表面粗糙度都较差,不能作为功能性零件,只能做原型件使用,从而其应用将大打折扣。
解决方法:对于质量问题,可以考虑从打印路径的角度出发,使打印纹理走势与零件主要受力方向一致,增加其强度,防止在力的作用下,零件发生撕裂或破坏。对于精度问题,尽可能研究高分辨率打印技术,将层分辨率降低,但也要考虑与打印效率的匹配问题。另外可以增减材技术相结合,通过减材技术进行表面处理或其他后处理。
学无止境。
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