消费者和工业3D打印的问题-以及如何解决它们
- 3D打印已经存在了几十年，但并没有达到它的宣传效果，也没有达到它的潜力。
- 消费者3D打印有很多问题;本文针对最常见的问题提供了解决方案。
- 制造业和建筑业的工业应用呈上升趋势。在创新和可持续性方面仍然存在障碍，但也存在巨大潜力。
3D打印在第二次世界大战结束时首次被想象出来，在20世纪80年代转变为制造业的一个可行部分。随着廉价桌面3D打印技术的引入，这项技术在2010年代成为时代精神的一部分，这项技术被认为会颠覆设计和制造之间的整个关系。只有一个问题:结果糟透了。
增材制造，或3D打印，一直是一个伟大的想法。重工业已使其规模化运作，但仍有更大的潜力有待探索。消费者3D打印的实践落后于其他变革性的数字时代技术，如社交媒体、电子商务或云计算。以下是关于3d打印问题的完整独家报道，从消费级开始熔丝制作(FFF) 3D打印这种材料比树脂材料更坚固SLA和DLP 3D打印．然后，研究3D打印的工业应用，重点是它们在制造业、建筑业和其他领域的发展方向。
消费级FFF 3d打印问题和解决方案
消费级3D打印机本质上是一个大的活动部件。但是这一过程——将材料应用到基板上，从数字设计中创造出物理世界中的物体——涉及许多较小的活动部件，任何一个都可能出错。当他们这样做时，通常是由于一些常见的问题——这些问题也有可行的解决方案。
问题1:铃声
当挤出机(3d打印设备的“打印头”)在一个尖角处停止或突然改变方向时，它会受到惯性的影响——当它迅速加速或减速时，任何质量都会受到惯性的影响。这可能会导致挤出机来回轻微摆动，以重新定位到源文件中的设计所指示的位置，这可能会导致在必须改变方向的地方产生特征的波浪图案或振铃。
解决方案1:放慢脚步
以每小时60英里的速度驶入车道，你会比以每小时15英里的速度感受到更大的影响。3d打印机挤出机也是如此，解决方法也是一样的:慢下来。大多数消费级设备都有简单的控制，可以通过设备上的菜单或电脑或智能手机上的应用程序进行操作。在那里，你会发现过程设置，以调整挤出机的速度。在使用材料的地方，你需要更慢更小心，而在没有使用材料的地方，你可以加快速度并节省时间。
解决方法2:机械故障
如果铃声或错误的波浪图案不是软件造成的，那么你会惊讶地发现，经常只是有一个螺丝松动了。字面上。从一个紧固件松开或一个微小的分裂在支柱或支架可能送你的挤出机进入阵痛几乎不明显的人的视线。仔细观察你的打印机的工作过程，你也许能精确地找出振动，这揭示了一个简单的机械问题，导致了所有的麻烦。
问题2:床层不粘附
就像打印头的惯性过大会导致问题一样，之前材料层的惯性也会毁了一切。如果第一层没有正确地固定在构建平台上，那么随后的每一层都将随着移动而略微倾斜，混沌理论使最终产品与您的数字版本完全不同。
解决方案1:完全调平平台
高端消费者3D打印机通常有可调节的床，用螺丝或旋钮进行调整。如果它不是完全水平的，一个角或边可能略高，所以挤出机在某些点离床层更远，给材料更多的空间出错。
解决方案2:注意间隙
从挤出机喷嘴到构建平台(或前一层)的距离在大多数情况下也是可调的。当使用最常见的3d打印材料聚合物塑料时，一个很好的经验法则是将喷嘴放置在离床足够近的地方，以轻微地“挤压”你的灯丝到板上以获得适当的粘附性。你可以根据你的几何形状和材料找到一个中平衡点。考虑到每一层通常大约0.2毫米厚，确保你使用非常小的增量来找到理想的距离。
解决方案3:放慢第一层
如果第一层做得不够仔细，它就不会与构建平台结合在一起。如果它移动，后面的层就会偏离中心。改变你的设置，让第一层铺得比其他层慢，给材料足够的时间冷却和粘合。
解决方案4:冷却设置
这是物理学(又是)。塑料冷却后会收缩，第一层与构建平台的粘合会随着第一层收缩而减弱或断裂。构建平台被加热到一个特定的水平，以控制冷却速度，而其余的几何图形被添加，所以根据你的模型的复杂性和细节，第一层材料可能在床上冷却太快或太慢。你可以在你的设备设置或固件中改变这一点，这取决于你需要的输出。
问题3:字符串
缠绕是指3d打印的赛车、达斯·维达(Darth Vader)的头或一件小家具看起来像挂着蜘蛛网，就好像塑料本应该停止的时候却一直从挤出机中渗出(这种现象使这个问题有了另一个名字:渗出)。
解决方案1:缩回问题
当规格说明说挤出机喷嘴不应该添加任何材料时，挤出机喷嘴会从模型中缩回。这取决于你的设备软件或固件的设置，以及你的模型的复杂性，但如果喷嘴缩回得不够远或不够快，它可能会把特征字符串附着在不属于它们的表面上。
解决方案2:热饮
如果材料的温度设置过高，这个过程可能仍然会在应该缩回喷嘴的时候缩回，但是里面的材料——由于温度的升高，可塑性更强——可能会从喷嘴中泄漏少量的物质，当它移动到下一个表面时，挤出机将把这些物质粘在模型上。
解决方案3:长时间的游戏
如果挤出机只需要在表面之间做短时间的移动，它可以给任何过热的材料更少的时间从喷嘴泄漏。在较长的旅行中，有更多的时间发生渗液。智能建造软件可以提供帮助，使用尽可能少的长距离穿越空白空间来规划施工。对于长空间的进一步解决方案是改变挤出机的程序设置，使挤出机在这些空空间中更快地移动，从而减少渗出材料出现的时间。
工业3D打印如何改变制造业和建筑业
想象一下这样一个世界，材料可以在需要的地方使用增材制造技术进行配方。如果操作得当，建筑行业可以利用3D打印来颠覆制造业。需要建造或制造什么东西?带上一台3D打印机和几块原材料——从塑料到铁屑或混凝土到器官的有机结构——然后在你要使用它的地方打印它。3D打印不是从一个大物体开始，然后删除材料来实现所需的几何形状，而是使用所需的材料，不多也不少，使浪费几乎可以忽略不计。
建筑业是地球上最不可持续的行业之一。2003年是这样估计送到建筑工地的30%的建筑材料被送往垃圾场。而每年的建筑垃圾预计将达到22亿吨到2025年全球范围内。
这甚至还不包括化石燃料在车辆和机械上的使用，这些车辆和机械用于采购、加工和运输材料。现场3D打印可以减少将混凝土或木材运输到建筑工地或运走废物的需求。它还将减少或消除减法制造过程中必须合理安全地处理或重复使用的大量废料。
使用重型物资和减法制造方法也将建筑限制在需要像样道路的重型卡车或需要将重型仪器送入轨道的昂贵航天器可到达的区域。增材技术将使人们有可能在交通不便的地方建造更多的东西，比如计划利用宇宙飞船着陆的地方的材料来殖民其他星球。
3D打印在制造业前期生产
即使3D打印在下周之前还不能在全球制造业中广泛应用，但它已经使预生产变得更便宜、更快、更具创新性。
开发用于生产的工具、设备或部件的原型，几乎需要相同的制造基础设施:一整座工厂都是昂贵而笨重的车床和铣床。
有了3D打印，你可以从一个较小的操作，如创客工作室、车库或空闲房间的桌子，快速发展，通过更多的迭代，更快、更便宜地找到最佳设计。这使制造业脱离了价值数十亿美元的工厂主的控制;今天的科技巨头都始于众所周知的车库，明天的制造业革命也将如此。
事实上，他们已经3D打印给下一代——那些将创新产品制造方式的人——提供了一种方法，使他们能够摆脱画板，比具有固定工作流程的工业级制造商更好地开发和原型。快速行动，打破陈规，确实如此。
3d打印技术的局限性
如果前面的观点描绘的是一个民主化的创客乌托邦，它将把地球从失控的气候变化和浪费中拯救出来，那么现实世界是完全不同的。以下是3D打印在消费和工业领域仍然存在的一些限制。
限制一:材料
虽然聚合物玩具和镇纸很酷，但它们永远不会成为一个全新的行业主流。传统的制造几乎可以使用任何材料，但只有那么多的物质可以熔化并通过桌面挤出机。
即便如此，如今的汽车、笔记本电脑和电视都是采用根深蒂固的工艺生产的，通过将制造成本分散到数量几乎无穷无尽的部件中来压低价格。即使使用3D打印的制造成本更低(事实并非如此)，每种材料仍然需要不同的添加剂技术。例如，如果你想制造一辆包含金属、橡胶、塑料和玻璃的汽车，你就需要为每个部件配备不同的3D打印设备——假设3D打印所有这些物质的技术存在(实际上并不存在)。
限制2:成本
费用项目1:设备
是的，有一整个类别的3D打印机低于神奇的1000美元大关。但他们针对的是桌面玩具市场，而不是制造业。就单位而言，3D打印还无法与传统制造相抗衡。在工业规模上，除了快速原型之外，任何东西都需要3D打印机，其成本将在几千到几十万美元之间——对于修补匠或业余爱好者来说，这是无法负担的。
成本项目2:材料
3D打印服务的成本高于自己购买3D打印机的成本是有原因的，这主要是由于所需的材料。随着技术的普及，这些材料肯定会变得更便宜，但当你使用更重的材料来制造更大、更坚固的几何形状时，使用CNC或车床的现有减法方法比增材制造更能分散单位成本。
重工业制造商可以大量购买原材料，这使得每件材料的成本几乎可以忽略不计。相比之下，最常见的基于聚合物的3d打印材料聚乳酸(PLA)的价格约为每磅9美元至23美元。更专业的工程品种可以是每磅27 - 55美元。
入门级工业增材制造树脂可能是每磅23美元，但也可能高达每磅68 - 181美元。因此，当足够多的聚合物原材料保证更好的价格时，你将在数量级上超过你在传统制造业上的投资。
限制3:知识
3D打印领域的知识缺口是一把双刃剑。一方面，3D打印并不像早期支持者所说的那么容易，因为在文件、设备和操作系统之间存在各种各样的竞争性专有格式和标准。用户还需要至少在CAD原理、其他3D设计系统以及硬件工作原理方面有一定的专业知识。
另一方面，人们很容易被技术所束缚，本末倒置，完全忽略了3D打印的意义。它已被用于制作小饰品、零件和原型，但阻碍该领域发展的一个重要因素是缺乏想象力。3D打印将走向何方?它能做的极限是什么?系统、流程和材料将如何协同工作以带来一个更美好的世界?
单个部件可能无法与传统制造的物体竞争，这实际上不是重点。该部件或原型可以连接到另一个也可以使用添加剂技术制造的部件或原型。看看整个系统中的联系，你可能会发现许多可以取代传统方法的单独过程和部分，使经济学更具吸引力。这就是推动3D打印向前发展所需要的知识。
利用3d打印技术扩大业务
人们很容易被流行语和趋势所困，而忽视了3D打印真正能提供的东西。但机会是实实在在的。
Statista估计，到2023年，增材制造市场将以每年17%的速度增长，增材制造产品和服务的市场也将如此beplay官网客服电话几乎三倍在2020年到2026年之间。
最近，中东北非金融网络(MENAFN)报道称3 d打印灯丝(原塑料材料)市场预计到2025年将以23.7%的复合增长率增长。
当消费者开始兴奋、困惑、失去兴趣并继续前进时，大大小小的制造商继续挑战极限，开始迎来承诺的制造业乌托邦。在许多部门取得了进展，其中包括:
复合材料3D打印
考虑到现有的打印技术和材料，只需一步就可以制造出所有部件都完好无损的成品部件——即使是由不同材料制成的成品部件。
想想3D打印，从一个单一的挤出机，一面墙的电线或空气管道已经安装或齿轮和皮带系统由必要的橡胶和金属。
有机材料
距离3d打印与捐赠者兼容的移植器官的设想已经有很多年了;这项技术还不完全成熟，但正在一些不太可能的领域铺设积木:
- 肯德基早在2020年，一家通常不等同于高科技的公司就聘请了俄罗斯的一家3d打印实验室研究生物工程肉，这种肉可以复制鸡肉的味道和质地，用于制作鸡块。
- 麻省理工学院的科学家研究了使用植物纤维素作为3d打印材料的基础，而不是广泛使用的石油基塑料。
- 现在已经有3d打印出来的了抗病毒物质它的发明者声称，它可以有效地在表面上对抗COVID-19，主要用于公共设施，创造出可以杀死病毒和细菌的门把盖等产品。beplay官网客服电话
3D打印的未来
很多科技行业都有过错误的开始。确实，许多人在采用周期的上升阶段跳入3D打印，并将其视为一种时尚。如果可能的话，它会过早成熟。早期的迭代令人失望，但透过第一代的宏伟承诺、蛇油和头条新闻，我们可以看到工厂、制造商、爱好者和行业每天都在发现什么:3D打印的时代就在眼前。
这篇文章已经更新。它最初发表于2015年3月。