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无敌的3D打印,这些居然都可以用它来实现!
2019-03-12
来源:新材料新工艺
浏览:73次

在前不久闭幕的2019春夏巴黎高定周上,荷兰设计师Iris Van Herpen用氤氲开来的色彩搭配3D打印、激光切割技术创造出了一个如梦如幻的海底奇境。


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Van Herpen以3D打印技术为跳板,挖掘“人”本身以及生命与自然的关系,在时尚界、艺术界都备受关注。


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简直美炸了,有木有!


说起3D打印,相信很多小伙伴都有听说过吧。相比于人工智能、区块链、AR与VR技术火爆全场的科学技术,3D打印仿佛流星一般,在前几年爆发刹那的闪耀后就消失眼前,但实际上,3D打印技术正在以更快的速度改变着世界。今天要分享给大家的就是这门“默默无闻”的技术呢~


何为3D打印?


3D打印技术,也被称为增材制造(AM,Additive Manufacturing)技术,是一项起源于20世纪80年代集机械、计算机、数控和材料于一体的先进制造技术。其基本原理是根据三维实体零件经切片处理获得的二维截面信息,以点、线或面作为基本单元进行逐层堆积制造,最终获得实体零件或原型。


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3D打印机械工程齿轮


形象来说,普通打印机是将2D图像或图形数字文件通过墨水输出到纸上,3D打印机则是把实实在在的原材料输出为具有一定厚度的薄层,然后不断重复一层层叠加起来,最终变成空间实物。


增材制造与传统的减材(如切削)和等材(如锻造)加工技术不同,可以实现传统方法无法或很难达到的复杂结构零件的制造,并大幅减少加工工序,缩短加工周期。因此,3D打印具有低成本、短周期、智能化与环保的特点。


3D打印材料有哪些?


俗话说“巧妇难为无米之炊”,要想制作完成一件产品,除了要借助3D打印机等设备外,相应的材料也必不可少。


局长了解到,市场上出现的3D打印材料主要包括ABS塑料材料、PLA材料、橡胶类材料、金属粉末材料、陶瓷材料以及近几年新推出的复合型石膏粉末、环氧树脂、蜡制材料等。其中,塑料、金属类材料由于在力度、弯曲度等方面性能较佳,能较好的满足高精度、结构复杂零件的构件需求,因而其发展前景尤其受到业内人士的肯定。


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ABS塑料类是最为常见的打印材料(颜色可选性多)


说完材料,再来说说3D打印机。在上世纪八十年代,美国工程师Chuck Hall开发出第一台商业用的3D打印机,但当时这项技术离人们还是很遥远,大部分人只是当做一个科幻故事。而如今3D打印技术的应用恐怕已经是你无法想象的……我们不妨来看下。


城市家具


在希腊的塞萨洛尼基市,近来市民可以把自己使用过的废弃塑料收集起来,通过3D打印技术把它们变成供城市使用的家具。


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“印刷你的城市”用塑料垃圾制作的家具


这是荷兰工作室The New Raw的城市材料回收计划“打印你的城市(Print Your City)”的一部分。


设计出来的设施本体是一个椅子,但是可以添加花盆、狗食碗、健身器械等功能,可选的颜色有灰、黄、红、绿。


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不同颜色的“印刷你的城市”家具


The New Raw工作室与希腊的可口可乐公司合作建立了一个“零浪费实验室(Zero Waste Lab)”,专门在这个城市回收、处理废弃塑料,并且完成打印。


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零浪费实验室内景


在市民向实验室提供材料后,塑料经过分类、洗涤、粉碎,之后融化,提炼出能做成椅子的聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE) 等材料,这两种塑料往往被用在食品包装上。除此以外,聚苯乙烯塑料(PS)和 PET 塑料也可以被利用。


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3D打印机器人臂可将分类塑料变成家具


今年1月,位于塞萨洛尼基市中心的汉特公园(Heath Park)成为首个重新设计“打印你的城市”家具公共空间。


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汉特公园现在摆满了“印刷你的城市”家具


让城市市民更直接地参与垃圾回收的过程是The New Raw工作室和希腊可口可乐公司的愿景,所以他们把居民的参与当成了该项目的重点。


混凝土桥


飘带造型的桥栏板、珊瑚纹路的路面,好似一座“迷你”赵州桥横卧于池塘之上。1月12日,一座长26.3米、宽3.6米的拱桥在上海科普公园落成,这座看似普通的桥,其实拥有很高的技术含量。


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位于上海科普公园的3D打印桥


别小瞧,它可是目前全球最大规模的混凝土3D打印步行桥,由徐卫国教授领衔的清华大学建筑学院-中南置地数字建筑联合研究中心设计。


这座桥整体桥梁工程,是用两台机械臂3D打印系统完成176个混凝土单元构件后,在现场搭建完成。


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打印栏板


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打印桥面


构件的打印材料则为聚乙烯纤维混凝土添加多种外加剂组成的复合材料,全部打印完成共耗时450个小时。


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桥梁细节


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从东侧俯视桥面


与同样规模的桥梁相比,无需模板和钢筋,还大大节省了工程的造价。而在桥梁进入实际打印施工之前,研发团队还进行了1:4缩尺实材桥梁破坏测试。


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结构试验


也就是说,这座3D打印桥可以满足桥上“站满行人”的荷载要求,你敢来尝试吗?


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桥的强度可以满足站满行人的荷载要求


近年来很多国外科技虽然都致力于3D混凝土打印建造的技术攻关,但将其用于实际工程暂时还没有。因此,这座步行桥的建成,意味着我国在该领域中已经跨入世界先进水平。


“盖亚”房屋


意大利3D打印技术开发商WASP,展示了Crane Wasp的能力,这是一种模块化3D打印机,可以创建各种格式和尺寸的房屋。


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Crane Wasp是一台用于打印房屋的模块化3D打印机


这栋30平方米的房屋名为盖亚(Gaia),它有一个3D打印的外壳和内部木梁,支撑着一个木质屋顶。


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盖亚3D打印房屋


房屋采用天然泥浆混合物印制而成,该泥浆混合物是从周围地区采集的土壤,以及来自稻米生产的废料,如切碎的稻草和稻壳。


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来自稻米生产的废物填充了绝缘结构


如果建筑不维护,它又会变成土壤。这种混合物是用悬挂在起重机上的3D打印机分层的,创造出内部有垂直空腔的墙壁,然后用稻壳填充墙内保温隔热。


这种绝缘的方法使房子内的温度舒适,即使在冬天也不需要内部加热。壁结构中的外腔保持为空,以便在结构中自然通风,并允许能量供应嵌入房屋的墙壁内。稻壳也用于制造涂覆结构内壁的石膏,并在屋顶上形成一层绝缘层。


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稻壳也用于制作覆盖结构内壁的生物石膏


WASP声称盖亚是有限和优化利用农业资源的结果,通过技术已经转化为一个环境消耗最小的复杂建筑,最终产品是可生物降解的。


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盖亚是由可生物降解材料制成的3D打印房屋


虽然这个项目是用水稻生产的废物制成的,但WASP认为各种天然和再生材料可以用于建筑的3D打印。另外,这种方法既省时又便宜,只需要10天就可以完成,而泥浆混合物的生产成本不到1000英镑(约合人民币8883元)。


水磨石地板


荷兰建筑公司Aectual开发出用于3D打印地板的技术,他们使用巨大的3D机器人打印机为其可持续发展的地板创建框架,再用水磨石填充,完成整个地板。


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Aectual公司开发的水磨石地板


水磨石是一种用大理石、石英、花岗岩和玻璃制成的混合材料,一旦与粘合剂混合便会快速固化,之后对其进行抛光便可以得到十分光滑的表面。Aectual公司宣称,最后完成的这些地板是高质量和耐磨的。


此外,这些3D打印地板可以定制,以适应任何形状和大小的空间,并可以创造出各种各样的图案。无论是镶嵌在墙壁上,用作天花板,铺在地板上,或者将品牌标志加入到地板设计中,都可以实现。


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不同图案的水磨石地板


局长了解到,Aectual公司的3D打印技术XL是普通的FDM(熔融沉积),但采用的材料并非常见的塑料线材,而是一种他们与化学名企德国汉高(Henkel)合作开发的一种基于亚麻子的生物颗粒材料,完全可回收利用。


同时,他们的打印机也十分与众不同,采用机械臂3D打印机,并且机械臂是安装在轨道上的,可以非常灵活且快速地来回移动。


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机械臂3D打印机


值得一提的是,Aectual公司拥有大型的六轴机器人,可以直接打印大面积的地面,还有其它各种3D打印机器人,各自的打印面积可达2 x 2 x 4 m,8 x 2 x 2 m,或2 x 2 x 2 m,每小时最多可以处理15公斤材料。同时,由于采用了自动送料系统,它们可以7天x24小时不停运转。


近日,位于德国慕尼黑BMW Welt展览空间的蓝色和绿色水磨石漩涡地板正是出自这家Aectual公司之手。宝马聘请了来自西班牙知名设计师Patricia Urquiola来设计这个空间。


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Urquiola设计了一个蓝色和绿色水磨石漩涡地板


Urquiola的设计灵感来自宝马M8 Gran Coupe概念车的颜色,宝马在设计时考虑到了“神秘和诗意的北极光的色彩渐变”。


为了创建地板框架,Aectual公司使用机器人技术来3D打印生物塑料框架,印刷品只有几厘米高。在框架被3D打印之后,它被运送到BMW Welt展览空间。最后,添加生物基粘合剂和大理石碎片。


地板经过抛光处理,创造出具有许多几何形状和自由形状的闪亮效果。


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令人惊叹的BMW Welt展览空间


相信在不久以后,更多的场合也会装上这种环保的3D打印地板哦!


木材


近期,哥伦比亚大学工程系成功使用破坏性断层成像、随机抖动和体素打印技术,在3D打印的木板上加工出了木质纹理。


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3D打印的数字木材


研究人员通过使用破坏性成像技术克服了扫描内部结构的困难,在计算机数控(CNC)磨机上以27微米(0.027毫米)的间隔切割木材。为生产制造准备的230张堆叠图像集合,是使用由该研究的合作伙伴Stratasys提供的3D可打印代码和polyjet打印机制作的。


为了制造出木材内截面的有机纹理,研究人员使用分辨率为600x300dpi的图像,转换为与Stratasys打印机兼容的CMYK配色方案。


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用数控机床切割木材


最后打印出来的物品与原始木块的外观和内部颜色,纹理接近,可以将木块切开或者打破来对比论证。


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带有内部纹理的3D打印木材


能够将一种材料的内部轮廓应用于另一种材料,这对设计师和制造商来说都具有重大意义。


目前,3D打印技术已在工业造型、机械制造、航天航空、军事、建筑、影视、家电、轻工、医学、考古、文化艺术、雕刻、首饰等领域都得到了广泛应用。并且随着这一技术本身的发展,它的应用领域还将不断拓展。这不,局长又搜罗到了一些充满猎奇感的3D打印产品,来来来,一起来欣赏~


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DUS Architects设计的3D打印景观桌


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DUS Architects设计的3D打印果汁吧台


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DUS Architects设计的3D打印笔架


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John Briscella设计的3D打印金属座椅系列


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Philipp Aduatz与Incremental合作款3D打印混凝土躺椅


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融合科技与传统的S/VASI花瓶系列


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Rael San Fratello Architects 3D打印砖


当3D打印首次在30多年前推出时,人们一定想不到现在它的应用如此广泛吧。看完本文后,你是否有所收获呢?

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