采用3D打印技术的10个理由

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如今，许多制造业公司仍然使用传统的生产方法。尽管如此，所谓的第四次工业革命正在变得越来越真实，导致采用新的创造和制造方法。工业4.0中的这些创新进展包括人工智能、虚拟和增强现实、大数据和3D打印。后者已经对许多行业的制造过程产生了重大影响，并在未来几年将有更大的增长潜力。为了确保这些组织不会被抛在后面，可以迈入新技术的领域，特别是增材制造领域，我们今天为您提供了一种新的编辑格式。在本文中，我们列出了至少有10个原因，用户或公司应该考虑将3D打印引入他们的业务中。

#1：减少废料

增材制造正如其名称所示，通过逐层添加材料来制造零件。因此，它只使用所需的材料。与废料大量的减速生产方法不同，使用3D打印大大减少了废料。这对环境有好处，因为不会不必要地丢弃材料。如果我们再进一步，可以在粉床工艺中将未烧结或熔融的材料与新粉末混合后重新使用于未来的打印（根据技术不同，回收率会有高低之分）。此外，塑料制品通常可以回收成3D打印用的细丝或颗粒，以制造新的零件。这是许多工业企业将3D打印纳入他们业务活动的关键原因之一。

3D打印的特点在于仅使用创建零件所需的材料

#2：多种技术和材料的选择

在涉及技术和兼容材料时，增材制造的世界非常广泛。有七大类的3D打印技术，包括许多不同的方法。从挤出工艺到树脂、粉末床或材料喷射系统。这些技术还兼容各种各样的材料。最常见的是聚合物、金属和陶瓷等。然而，3D打印的多功能性意味着可以使用真正令人惊讶的材料来创建结构，如混凝土、食物、木材甚至干细胞等。

#3：自由的设计是3D打印的一大优势

采用3D打印的另一个原因是其设计灵活性。这个过程可以创建具有复杂形状的零件，这在其他生产系统下是不可能的，或者至少不是在相同的条件下。有些技术通过使用打印支撑来实现这一点。其他系统，如基于粉床的系统，使用粉末本身作为支撑。您可能听说过DfAM或适用于增材制造的设计，它代表了一套可用工具，用于创建3D可打印的模型，无论其复杂程度如何。所有这些因素都使得可以在单一过程中创建具有精确细节和令人惊讶的几何形状的独特零件，甚至包括内部腔体，而无需组装。

#4: 定制化

与前面的观点相关，增材制造提供了多种定制选项，包括大规模定制。作为一种高度灵活的技术，它使用户能够根据自己的口味调整标准设计或模型。受益最大的一个领域是消费品，消费者可以根据自己的喜好参与到最终产品的创建中。在医疗领域，这一方面也非常重要，3D打印越来越多地用于制药产品的生产或制造与患者解剖结构完美匹配的医疗设备。

定制化是使用3D打印的另一个原因(图片来源：Invent Medical)

#5: 成本效益

在投资3D打印机方面，许多公司主要关心成本、盈利能力和投资回报率（ROI）。这涉及一系列的成本计算，以找出通过投资3D打印机可以节省多少成本。我们还可以计算零件数量，因此可以计算出初始投资的摊销期。另一方面，当您需要创建一个独特的模型，例如备件时，通过制造服务使用3D打印也是一种具有成本效益的选择。通过外包这项服务，您只需为零件支付一次性费用，通常不会很高。这使得它成为原型制作和小批量生产的有吸引力的技术。
#6: 快速生产

3D打印可能不是最快的制造方法，但它可以显著缩短生产时间，这是用户选择采用一种或多种3D打印技术的另一个重要原因。该过程的速度本身取决于许多因素，如所使用的技术、所需的后处理、设置的参数或设计的复杂性等。然而，这是一种有利于本地集中制造的方法，因此无需在其他地方制造零件，然后将它们运送出去。这意味着从设计部件到用户收到部件的时间缩短了。

#7：强度高、重量轻的零件

与传统制造方法相比，3D打印可以使用与多种高性能材料，以满足各种严格的工业要求。如果这些材料还受到纤维增强，那么可以获得更高的强度和耐用性。当这些材料与拓扑优化或生成设计工具相结合时，就可以获得更轻的零部件，而不会影响模型的特性。借助这些软件，可以识别模型的最重要的区域，并减少那些不影响其基本结构的部分。这样，零部件的机械性能得以保持，同时使用更少的材料。

许多3D打印材料具有较高的强度重量比,使用设计工具还可以增强这一方面。

#8：入门价格/可访问性

上述不同技术的范围意味着入门价格差异很大。显然，最先进的专业制造系统以及使用金属或高性能聚合物等材料往往非常昂贵。然而，对于新手来说，价格不一定是制约因素。一些FDM和光敏3D打印机今天的价格低于200美元，如果以DIY套件的形式交付，价格甚至可以更低。此外，如上所述，对于那些尚未准备好投资自己的设备并希望享受增材制造的好处的人来说，有许多3D打印服务可供选择。

#9: 原型制作和快速迭代

尽管如今它更多地用于制造最终部件，但增材制造最初主要用于快速原型制作。它是一种通过在内部制造原型来缩短交货时间的方法。此外，它可以创建同一部件的多个迭代版本，以找到正确的设计、功能等。这在产品开发阶段尤其有用。

#10:按需3D打印

正如前面所提到的，可以通过购买一台机器或使用3D打印服务来获得对这项技术的访问权限。在这两种情况下，按需制造都是需要强调的关键点，因为它允许您仅获得您需要的部件或模型，从而摆脱了存储问题。您只需拥有您的数字3D模型，并在需要时将其发送到打印机。这反过来促进了本地制造，缩短了交货时间，促进了更可持续的生产模式。

图片来源：Fiverr

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经过仅仅10天的生长，生物打印的肌肉可以收缩
洛杉矶特拉萨基研究所的研究人员开创了一种推进3D生物打印肌肉构建的新方法，为未来更有效的肌肉移植带来了希望。他们的方法包括将装载有类胰岛素生长因子（IGF）的微粒子纳入生物墨水，该墨水包含肌球细胞和基于明胶的水凝胶。通过微流控平台实现IGF装载微粒子的整合取得了令人印象深刻的成果。在3D打印后，这些肌肉构建显示出细胞生长、伸展和排列方面的显著改善。在某些情况下，这些工程肌肉甚至在孵育仅仅10天后就表现出自发性收缩。这一成就标志着朝着为有需求的患者开发完全功能的实验室培育肌肉移植的发展迈出了有希望的一步。生物打印的肌肉带来了希望。（图片来源：寺崎研究所）这项工作的重要性在于解决了骨骼肌在人类活动和日常生活中的关键作用。当受伤或患病需要移除肌肉组织时，会深刻影响患者的生活质量。传统的治疗方法涉及侵入性的程序，如从身体其他部位移植健康肌肉，可能导致并发症和不完全康复。通过利用3D生物打印和类胰岛素生长因子IGF等缓释生长因子，研究人员将肌球细胞引导向构建内的骨骼肌表型。这种方法模仿了肌肉细胞的自然行为，促进了细胞的伸展和排列。参与研究的Ali Khademhosseini表示：“IGF-1的持续释放促进了肌肉细胞的成熟和排列，这是肌肉组织修复和再生的关键步骤。” “利用这种策略进行功能性、可收缩肌肉组织的治疗性创造具有巨大潜力。” 工程肌肉能够收缩的潜力进一步突显了这项技术的前景，为更有效和侵入性较小的肌肉移植铺平了道路，为面临与肌肉相关的挑战的患者提供了改善结果和生活质量的希望。
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第一台印度制造的SLS 3D打印机首次亮相
尽管我们经常听说最主要的增材制造市场，即美国、欧洲和中国，但这并不意味着这些技术在全球其他地方没有扩展。其中一个似乎特别适合扩展的市场是印度。这最近得到了STPL3D首台“印度制造”的SLS 3D打印机的亮相所证明。正如上文所提到的，近年来印度在增材制造方面显示出增长的迹象。例如，近年来已经公开了一些建筑3D打印项目，包括一家邮局以及住宅。更不用说不断扩大的3D打印服务提供商名单，如Imaginarium、Wirpro 3D、3Ding和THINK3D等。 STPL3D推出了首台“印度制造”的SLS 3D打印机。事实上，该市场显示出了显著的增长。例如，研究公司6W Research在最近的一份报告中指出，与2021年相比，2022年印度3D打印机市场的出货量增长了94.89%。在另一项来自xResearch的研究中，预测印度的3D打印市场在2022年到2023年之间预计将以20.3%的复合年增长率增长，从2022年的1.11.0亿美元增长到2030年的7.051亿美元。现在，这台新的SLS 3D打印机继续展示了印度在这一领域的进展。第一台在印度制造的SLS 3D打印机尽管印度在这个领域显示出了显著的增长，但不可否认的是，3D打印机制造商并不多。而且那些存在的厂商往往专注于挤出或槽光聚合等技术。这是印度首次推出的SLS 3D打印机。这台3D打印机在一场发布会上正式亮相，该发布会还展示了STLP3D在FDM和SLA方面的进展。根据新闻稿，这家公司的这台打印机加强了其作为印度最大3D打印机制造商的地位。该国也因此掀起了相当多的关注，来自印度NCAM、印度电子与信息技术部、印度汽车研究协会(ARAI)和Sahajanad Technologies Pvt Ltd.的代表都参加了这一活动。这种兴奋还可以归因于该国不断增长的“印度制造”产品运动，作为促进经济增长的一种方式。就打印机本身而言，它以其更大的建模体积（500 x 500 x 500毫米）和集成的100瓦CO2激光器而引人注目。此外，它还具有内置的清洁室，用于更高效和用户友好的后处理过程，以及更流畅的工作流程。该公司将这一增加强调为其致力于“用户友好和未来准备的3D打印解决方案”的迹象。可以说，随着印度在增材制造方面的发展和持续采用，这是该国的一个令人印象深刻的发展。这台打印机具有宽敞的建模体积，为500 x 500 x 500毫米。 STPL首席执行官Rahul Gaywala总结说：“在不断变化的3D打印领域，未来属于创新和精确度。 STPL 3D致力于领导这一进程，提供不仅满足当前需求，而且为未来铺平道路的尖端解决方案，使增材制造与STPL 3D成为同义词。”
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由Atang Tshikare设计的雕塑在短短20天内完成3D打印
3D打印在各种应用中不断让我们感到惊奇。其中许多应用允许我们想象力发挥，使我们的思想和创意成为现实。一个清晰反映这一点的领域是艺术与设计，在这里我们可以利用3D打印机创建不可能实现的设计。最新消息中，出生在南非的布隆方丹市，南非的三个首都之一，艺术家Atang Tshikare成功利用增材制造在创纪录的时间内创建了一个壮观的设计。他在不到17天的时间里，为南非的Time Out市场创建了一个3D打印的、长达3米的雕塑。位于开普敦的Atang Tshikare在艺术界崭露头角。他最著名的合作案例包括与阿迪达斯、彪马、欧莱雅或迪奥的合作，他的作品两年前曾在纽约大都会艺术博物馆展出。多年来，他接受了多种艺术学科的培训，从涂鸦到绘画。但直到现在，也就是他在艺术界开始职业生涯的20年后，他第一次利用3D打印来设计他的雕塑，这个雕塑被称为“Hui! Gaeb”，意为：云朵相聚之地。对于他最新的作品，这个3D打印的雕塑，他受到了开普敦的自然景观的启发，并以交通工具的形式表现出来。反映雕塑这种感知的一个细节是雕塑中的大多数交通工具都是船只，因为这座城市被海洋环绕。Atang Tshikare收到的雕塑创作任务除了需要费力而复杂的工作外，还要求速度。他的作品交付截止日期是17天，这迫使Atang不得不迅速工作，正是3D打印及其能力使艺术家能够按时完成。在与Form Farm和Crayon Artel合作的过程中，Atang Tshikare及其设计工作室Zabalazaa Design开始行动。最初，他们只有一台FDM打印机和两台光固化打印机。在分析了17天的截止日期后，他们意识到只有这些打印机，按时完成是不可能的任务。Form Farm的联合创始人Neo Waterson解释说：“几天之内，我们将我们的能力扩展到了20台Creality台式3D打印机，几乎满足了整个订单数量，甚至更多。” 购买了16台新的Creality Ender-3 V2 3D打印机和20公斤的填充物，他们就开始制造雕塑所需的1000多件零件。所有这些零件都由团队手工粘合和组装，使他们能够按时完成。另一个有趣的事实是，雕塑的零件中填充物很少，具体来说只有1%。这是因为雕塑的设计是悬挂在4米高的位置，如果不加更多的填充物，也就是更多的重量，支撑可能无法支撑它。他是否会尝试再次创造这一令人难以置信的壮丽作品还有待观察。然而，不可否认的是，要在如此短的时间内创造出如此壮丽的作品，只有依靠增材制造等技术才有可能。无论如何，我们期待着看到未来在艺术领域中，借助3D打印技术将会涌现出的下一个令人难以置信的杰作是什么。 Atang Tshikare以及与此项目合作的其他人正在努力进行3D打印雕塑的工作
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光固化技术在核领域的应用：3D打印铀结构的开发
2024年6月23日，研究人员首次成功利用大桶光聚合技术制造出用于核应用的铀基部件。该技术利用铀酰阳离子作为光催化剂，实现了光聚合增材制造。这个创新过程不仅展示了增材制造在核材料中的应用潜力，还为核应用中复杂结构的制造提供了新的可能性。这一突破有望在未来的核能技术中发挥重要作用。相关研究以题为“First Structured Uranium-BasedMonoliths Produced via Vat Photopolymerization for Nuclear Applications/通过大桶光聚合生产的第一个用于核应用的结构化铀基整体”的论文被发表在《Advanced Functional Materials》期刊上，论文由AliceZanini, Pedro Amador Celdran等人联合撰写。论文链接：https://doi.org/10.1002/adfm.202406916 图1 铀基复合成分合成方案示意图。1) 硝酸铀酰与柠檬酸的络合。2) 使用铀酰-柠檬酸盐复合物、蔗糖和 PEGDA M n 575 制备可光固化的溶胶-凝胶基配方。3) 通过紫外可见光曝光对铀酰-柠檬酸盐复合物进行光活化并通过 DLP 制造。4) 在空气中在 120°C 下进行聚酯化，以形成共价交联网络，其中 U 离子被捕获。5) 在氩气气氛下在1700°C 下进行碳热还原。图2 通过 DLP 制造铀基组件。a) 打印组件的CAD 模型和光学图像（打印时和在 1700 °C 下烧结24 小时后）：盘状开尔文单元衍生结构（上）和螺旋结构（下）。红色是由于加入了光吸收剂。b) 烧结组件的 CAD 模型（下）和 SEM 图像（上）之间的比较。在更高的放大倍数下，烧结打印支柱中的像素形状清晰可见。图3 铀酰介导的 PEGDA M n 575 光裂解可引发光聚合过程。a) 建议的机制：1- 通过配体到金属的电荷转移对铀酰-柠檬酸盐复合物进行光活化。2- 通过铀酰自由基复合物的氢提取形成碳基自由基。3- 光聚合过程。b) 可光固化配方和硝酸铀酰水溶液的紫外可见光谱。图4 U基印刷组件的结构表征。a) XRD 图案和 b) 氩气中 1700°C 下不同烧结时间的拉曼光谱。图5 打印部件的化学和形态表征。a) 使用二次电子进行碳热还原后的代表性复杂部件的 SEM 图像。b) 在 1700°C 下烧结 24 小时的碳化铀/碳纳米复合材料的 SEM 和 EDX 映射图像。在核物理和放射性药物学中，铀是一种关键元素。然而，其复杂的光化学性质使得传统的3D打印面临挑战。近期一项研究提出了一种新的合成方案，将铀酰阳离子整合到可光固化的溶胶-凝胶配方中，并结合数字光处理（DLP）技术。通过碳热还原，将打印结构转化为二碳化铀（UC2）/碳纳米复合材料。该方法展现了增材制造在精确几何控制下制造复杂铀组件的潜力。这些结构在反应堆组件和核燃料结构中具有重要应用，充分利用了铀碳化物的高铀密度和热性能。DLP技术高分辨率的优势，使得能够生产出具有复杂细节和功能孔隙度的部件，提升了核燃料的热机械性能和气体输送能力。这项研究为铀在增材制造中的应用开辟了新途径，展示了直接对铀基材料进行高保真图案化的可行性，为核应用提供了一种创建复杂结构的新方法。这项创新不仅拓展了核材料的设计与功能，还为未来核能技术的发展提供了新的可能性。
行业新闻7 个月前
一只能够3D打印羊毛的机械臂
如果你能够3D打印羊毛会怎样？与3D技术兼容的材料范围不断令人惊讶，从咖啡到啤酒，应有尽有！现在，在一位荷兰设计师Christien Meindertsma领导的项目中，制作了一只定制的机械臂，能够逐层沉积羊毛并形成各种物体，无需添加水或任何其他材料。这个名为FLOCKS Wobot的机器人为那些因过于细而无法在纺织工业中使用并因此被丢弃的羊毛提供了第二次利用的机会。这位设计师的项目是为了促进循环经济。她的网站称荷兰每年要扔掉150万公斤的羊毛（约合330万磅）。与此同时，仅在2022年，美国就扔掉了1190万磅的羊毛，所以想象一下如果所有这些都成为废物会带来的生态后果。她的解决方案旨在解决这个问题。 3D打印羊毛具有许多优势此外，与其他材料（如聚苯乙烯）相比，羊毛具有许多优势：它可回收和生物降解，坚固且坚实，具有出色的绝缘性能，并且对水透性好。它还具有抗火性（高达560°C）。因此，当与3D打印结合使用时，羊毛可能是一个不错的选择材料。这位荷兰设计师与TFT合作开发了这台定制的机械臂。它连接到一个协作机器人，配备了传感器，可以与操作员安全地协同工作。这个解决方案能够像3D打印机和其填充物一样沉积连续的羊毛层。设计师解释说，它与任何类型的羊毛都兼容，尽管使用原始羊毛的测试结果更加令人信服，因为它更加可持续。她补充说：“这是一种可以与任何欧洲羊毛一起使用的技术。羊毛不必特别细，甚至不必加工，只需要洗涤。” 但是羊毛3D打印可以用于什么？它可以在许多领域找到用武之地，特别是在声学和隔热产品的设计领域，但也可以在设计和家居领域使用。鉴于上述羊毛的性质，不同领域的应用可能会非常有趣。与此同时，Christien Meindertsma将在荷兰Roermond的Cuypershuis展出Wobot，展览将持续到2024年3月，然后在伦敦的V&A展出，展览将持续到明年10月。使用羊毛制作的3D打印结构示例
行业新闻去年
3D打印的汗液监测器跟踪健康指标
华盛顿州立大学的研究人员开发了一种 3D 打印可穿戴健康监测仪，可测量运动期间汗液中的关键生化物质。该设备通过监测血糖、乳酸和尿酸水平，以非侵入方式跟踪糖尿病、痛风、肾病和心脏病等健康状况。该研究发表在《ACS Sensors》上，表明该设备可以准确测量志愿者的生物标志物和出汗率。 3D 打印汗液监测器。（图片来源：华盛顿州立大学） “糖尿病是全球面临的一个主要问题，”该研究的第一作者 Chuchu Chen 说道，她强调了 3D 打印在医疗保健领域的潜力。一步式 3D 打印工艺使用单原子催化剂和酶促反应来增强对这些低水平生物标记物的信号检测。与血液不同，汗液是一种非侵入性的健康监测方法。汗液中的尿酸水平可预示痛风、肾病和心脏病的风险，而葡萄糖和乳酸水平可监测糖尿病和运动强度。目前的汗液传感器非常复杂，需要专门的设备。新设备采用微小的微流体通道，避免了其他方法常见的污染问题。该原型在志愿者身上进行了测试，结果显示测量结果准确可靠。研究人员的目标是改进设计，添加更多生物标记，并在临时专利的支持下实现该技术的商业化。该项目由美国国家科学基金会和疾病预防控制中心资助，华盛顿州立大学商业化办公室正在推动该技术的保护和潜在的市场进入。来源：news.wsu.edu
行业新闻7 个月前