自1984年美国Charles Hull发明了一台立体光固化成型3D打印机(SLA) 以来,各种不同技术类型的3D打印机被不断开发出来。在过去的几年时间里,3D打印界进入了高度活跃期,3D打印技术有了长足的进步,在打印精度,打印速度,多材料融合以及彩色方面取得了快速发展。
首先,工业级的3D打印机发展迅速。美国的fab@home实验室于2009年研制出第一台具有两个打印头的串联结构开源双色3D打印机Model 2,这种打印机价格便宜,体积小适合家庭桌用办公。MakerBot公司于2014年1月6日,在CES大会(国际电子消费展)上发布的第五代新产品MakerBot Replicator,加入了无线和太网功能,融合了云计算技术,不仅支持移动APP应用程序,也能通过APP应用程序实现打印的远程监控。西班牙的自然机器公司推出首款3D食物打印机Foodini,可将食物打印出来一样制作出甜品、没堡、面包、巧克力或意大利面。2014年,来自斯坦福大学的三位学生联合研发出了一台可以自动打印出电路板上扁平金属连线、形成可用打印电子电路的3D打印机Rabbit Proto。罗马尼亚Symme 3D公司首台生物3D打印机在不久前面世,可以打印出相对简单的软骨组织。2014年11月,美国航宇局(NASA)的首台针对零重力环境设计的3D打印化成功制造出第一把"太空工具"——扳手。中国航天科技集团公司上海航天技术研究院也积极发展3D打印技术,目前也已成功联合研制出首台航天多激光金属3D打印机。
除上述工业级的3D打印机外,许多其他学者也致力于3D打印相关技术的研究。Daniel Giinther等人根据现有3D打印机器人的一些不足,提出了一种连续的3D快速打印机器人。该机器人的工作台相对与水平面倾斜了一定角度,在制造的过程中,传送带可快速的提供金属粉末的补给,在一层制造结束后,传送带把多余的粉末传送出去,避免了多余粉末对加工制造的影响,在保证加工质量的情况下,节省了材料的补给时间,缩短了分层制造的时间,同时缩小了打印头的工作空间,可打印出尺寸较大的零件。Stava等人根据现有3D打印产品的结构强度不足的问题给出了 3种解决方案(内部挖洞、局部加厚与加支撑)来提高3D模型的结构强度。徐文鹏等结合传统渐进结构优化方法,提出了一种面向小体积3D打印的拓扑优化算法。
对于多向3D打印技术,一些学者也进行了相关的研究。Yong Chen等根据现有的大多数分层制造的缺点(即材料在不同方向具有不同特性)和加工工具与工件的运动限制,提出了一种电脑数字控制累积的方法,类似与CNC (Computer Numerical Control)制造方法。用此方法可打印给定的几何模型,通过五自由度的运动,可以在不同的方向上实现材料的累积,并且可对零部件进行断裂修复,实现二次加工,并制造出了 2D、3D的曲线和曲面,在提高加工件质量的同时节省了加工时间。Prabhjot Singh等基于分层多向沉积(MDLD)的需求,提出了一种定制兼容的具有并联机构构型的3D打印机器人。机器人的运动由工作平台和刀具的复合运动构成,可实现多向制造,其中工作平台由并联机构组成,具有两个轴的转动,打印头与一个串联操作手的末端连接,可实现三个方向的移动。这种方法综合了串联和并联机器人,在制造的过程中不需要支撑部件,提高了效率。
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