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金属铺粉打印之多激光成形设备诞生篇

3D打印业内混子 2025-09-12 09:25 发布于天津 发文

我们试着从另一个角度理解3D打印,其实更容易让一个普通人联想到的是2D打印,2D打印应用最广泛的就是打印文本的打印机,3D就可以想象成把n多张纸上的文字扣下来,叠罗汉,通过打印的形式出现了3维物体,太厉害了,开始

 我们先利用数字化办公工具(也就是Ai)大概的了解一下3D打印的发展,快看就行

3D打印技术的历史起源与发展

3D打印,学名为增材制造,其核心思想是“分层制造,逐层叠加”,与传统的“减材制造”截然相反。它的发展并非一蹴而就,而是经历了数十年的技术积累和突破。

 一、思想萌芽与理论基础(19世纪末 - 1970年代)

虽然第一台3D打印机在80年代才出现,但其思想早已有之。

1892年:美国发明家Joseph E. Blanther申请了一项用层叠法制作地形图的专利,这被认为是增材制造思想的最早萌芽之一。

1945年:科幻作家Murray Leinster在短篇小说《一条路通四方》中描述了“一支能够根据电子图纸在空气中塑形的机器臂”,精准地预言了3D打印的概念。

1970年代:日本研究员小玉秀男开发了一种利用光敏聚合物通过曝光成型制造塑料模型的方法,这是光固化技术的前身,但由于种种原因未能商业化。

 二、技术诞生与专利时代(1980年代)

现代3D打印技术的真正起源始于1980年代,三位关键人物几乎同时但独立地提出了不同的技术方案,被誉为“3D打印之父”。

1.  光固化技术 - SLA(1984年)

    发明人:查尔斯·赫尔

    过程:1984年,查尔斯·赫尔发明了立体光刻技术。该技术利用紫外线激光束照射液态光敏树脂表面,使其逐层固化成型。

    里程碑:1986年,赫尔申请了专利,并成立了世界上第一家3D打印公司——3D Systems。同年,3D Systems推出了第一台商用3D打印机SLA-1。SLA技术精度高,至今仍是制造高精度原型和模具的重要技术。

2.  熔融沉积成型 - FDM(1988年)

    发明人:斯科特·克伦普

    过程:1988年,斯科特·克伦普发明了FDM技术。该技术将热塑性材料丝材加热熔化,通过打印头挤出,在平台上逐层堆积凝固成型。

    里程碑:1989年,克伦普创立了Stratasys公司。FDM技术因其材料成本低、操作简单,后来成为最普及、最广为人知的桌面级3D打印技术。

3.  选择性激光烧结 - SLS(1980年代后期)

    发明人:卡尔·德卡德、约瑟夫·比曼*等(在美国德克萨斯大学奥斯汀分校开发)

    过程:使用高能激光束有选择地烧结粉末材料(如尼龙、金属),将粉末颗粒熔化粘结在一起,逐层成型。

    里程碑:德卡德后来成立了DTM公司(后被3D Systems收购)。SLS技术,特别是后来的金属SLM(选择性激光熔化)技术,是直接制造最终功能件(而非只是原型)的关键,打开了工业级应用的大门。

这一时期的特点是:技术被大公司专利保护,设备极其昂贵(数十万至上百万美元),主要用于航空航天、汽车和医疗等领域的“快速原型制造”,俗称“手板制作”。

 三、专利解冻与大众化时代(2000年代 - 2010年代初)

3D打印技术发展的一个重要转折点是关键专利的到期。

2009年:FDM技术的基础专利到期。这直接催生了一个全新的市场——桌面级3D打印。

RepRap项目的推动:英国巴斯大学的Adrian Bowyer教授发起了RepRap开源3D打印机项目,其目标是制造“能自我复制的机器”。全球的极客和爱好者们基于RepRap的设计进行改进和分享,极大地降低了3D打印机的制造成本和技术门槛。

初创公司的崛起:基于开源设计,MakerBot和Ultimaker等公司成立,开始生产和销售桌面级3D打印机套件和整机,将价格从数万美元拉低至数千甚至数百美元。3D打印技术从此走出工厂,进入学校、工作室和家庭。

四、多元化发展与工业应用深化(2010年代中期 - 至今)

进入2010年代,3D打印技术不再局限于原型制造,而是朝着**直接制造最终产品**的方向飞速发展,应用领域极大扩展。

1.  技术多元化:

    金属3D打印成熟:SLM、EBM(电子束熔化)、DED(定向能量沉积)等金属打印技术日趋成熟,被广泛应用于航空航天(如GE的燃油喷嘴)、医疗(植入物、牙科)、汽车(轻量化部件)等领域。

    新材料层出不穷:打印材料从塑料、树脂扩展到金属、陶瓷、砂模、甚至生物组织和食品材料。

    尺度极端化:既有能打印整栋建筑的大型建筑3D打印,也有能打印微观结构的微纳尺度3D打印。

2.  应用领域突破:

    医疗健康:生物3D打印成为前沿,打印骨骼、软骨、牙齿矫正器,甚至尝试打印具有活性的组织和器官。

    航空航天:打印复杂的轻量化结构件,减少零件数量,提升性能。SpaceX、波音、空客都是深度使用者。

    汽车制造:用于定制化工具、夹具,以及直接打印最终零部件,如本田的发动机核心部件。

    建筑行业:打印房屋、桥梁,速度快、成本低、设计自由度高。

    消费品与文创:个性化定制鞋履、眼镜、珠宝和艺术品。

3.  产业融合:

    与人工智能、物联网结合,实现智能化的打印过程监控和优化。

    成为数字化仓库和分布式制造的核心,实现“按需生产”,减少库存和物流成本。

未来趋势包括:

打印速度和质量的进一步提升。

多材料、多颜色混合打印技术。

更大尺寸的构件打印。

与传统制造技术的深度融合( hybrid manufacturing)。

可持续发展,如使用可回收材料。

~~~~~~~~~~~~~~~~慢看分割线

看到这,大家就可以对这个行业的发展有了一定的了解,而接下来要说的还是“激光铺粉”的技术

激光铺粉最开始铺的是非金属粉末,技术起源大概是用激光焊接设备把塑料沫沫(固体塑料硬生生磨出来的,你敢信?)一层一层的融到一起,后来为了提升它的“可玩性”,开始对硬件和工艺升级,随后又设计独特的工艺体系,最后,又开始玩金属沫沫,随之而来的是又一波的硬件与工艺升级,最最最最后,SLS“选择性激光烧结”和SLM“选择性激光融化”两个英文缩写诞生了

后来3D打印技术种类太多了,技术名称叫的也专业了,单看“粉末床”这一个短词语后面就跟了至少两个可以搭配的(“激光选区” “电子束选区” ,我记得有人搞过“激电技术融合”),

说道这,就知道为啥简称非得叫“激光铺粉”,一方面是利用激光作为能量源融化粉末,两一方面是利用逐层铺设粉末供应原料

懂打印的都知道里面的门道有多深,在不经意之间,这展示了我对“激光铺粉”似海深一般的理解

终于,绕了这么大一个弯子拐回来说多激光的事

我们首先要知道,在单激光的打印设备非常稳定的输出下,工业市场的需求也变得五花八门,受振镜和场镜性能的硬控

最开始广泛的单激光打印幅面为250*250毫米,假如产品数量过多,就不如铸造或者其他加工形式更好(大多数的无奈选择)

假如产品单个过大,打印完依然要焊接或者螺栓固定(要么就只能牺牲一些设计参数特征利用其他加工手段生产)

基于此,单激光打印幅面极限提升到了400*400毫米,在这种条件下,相对250*250毫米幅面左右的设备而言,它能生产更多或者更大的产品

同时出现了一个在250*250毫米幅面没有出现过的问题,打印时间过长之后,内应力得不到好的控制

随后就出现了双激光和四激光的400*400毫米幅面打印设备,提升效率,降低风险

最终,随着我国某谢重要领域的需求,设备越做激光数量越多,幅面随之越大,国内某知名品牌已经做到了2000*2000毫米幅面的(金属)打印设备

如果开始的激光铺粉仅限于复杂结构零件的打印,那后来就是把N多个零件重新整合,再形成一个零件打印,而大批量生产更倾向于定制多台设备形成半自动或全自动的生产集群(个人观点)

还有一点,虽然说是激光铺粉和多激光铺粉,其中的激光代表的是成套的光学系统,其中包含了激光器,准直镜,扩束镜,振镜,场镜等

这次就说到这吧

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