Jeffrey Cross
Jeffrey Cross

3D打印革命:复杂的现实

3D Thursday是每周四在MAKE中出现的关于CNC加工,3D打印,3D扫描和3D设计的功能。

这种微型,高精度装配始于CAD模型,而不是更多。在家里制作它需要花费10美元左右 - 不需要3D打印机。

在过去几年中,低成本3D打印的概念已经吸引了数百万极​​客的心灵。即将到来的制造业革命的吸引力也已成为主流:拿走 经济学家仅在去年一年内就这项技术发表了大约二十篇文章。有些东西必须在空中!

3D打印的魅力很容易理解,特别是因为它与互联网上DIY运动的复兴同时发生。但所有这些积极的嗡嗡声也有一个有趣的缺点:它很容易忽视家庭制造的最重要障碍非常深刻,并且可能不会受到新一代工具的到来影响。

毕竟,价格实惠且爱好者友好的制造工具将多边形转换为物理对象已有十多年了。以台式数控铣床为例:家庭或办公室友好,成本与3D打印机一样多,它们彻底改变了许多珠宝商和牙医的生活;他们也动摇了其他一些利基行业。但是,对于一个小型的爱好者社区而言,这些自给自足且整洁的工厂并没有将按需制造带入我们的车库或起居室。

Roland MDX-15 - 一款台式大小的封闭式CNC磨机,深受珠宝商欢迎。这种模式大约在12年前在市场上首次亮相。

数控铣床和3D打印机在很多方面都有所不同,但它们也有很多共同点;考虑到相似之处,有理由怀疑家庭制造的前景可能与选择特定工具的关系不大。

可制造性设计

任何人都可以下载开源3D渲染器,如POV-Ray或Blender,并快速学习在3D中绘制球体或立方体。但是在最初的兴奋消退之后,我们不得不面对蓝调:我们大多数人都没有技能或毅力去做下一个 阿凡达 任何时候。

工业设计也是如此 - 原因如下:

  • CAD真的很难。获得CAD应用程序的熟练程度比掌握通用3D工具更难。需要数百小时的练习才能简单地使用二维输入设备(以及同样的二维屏幕)来准确地绘制任何复杂的有机形状或复杂的机械组件。
  • 工业设计还有很多东西比满足于眼睛。我们大多数人,即使假设3D打印机使用我们选择的任何金属制造完美零件,仍然无法生产出工作指甲刀或汽水罐。工业设计师花费数年时间研究从正齿轮到数百种不同类型的连杆,铰链,接头或凸轮的任何设计,潜在用途和实际权衡。哎呀,至少有四个复杂的设计决定,为一盒Tic Tacs制作盖子。
  • 机械工程是一门真正的科学。塑料和金属是相当不完美和挑剔的材料;它们不容易变成耐用,实用和美观的部件。这些材料的平板几乎总是令人失望地摇晃并且容易弯曲。即使像手机壳和乐高积木一样微不足道的物品也可以使用精心放置的肋骨,角撑板和凸台来防止零件变形或分离。基本的工程原理需要时间掌握并适用于您的工作。
  • 制造过程并不完美 - 而且不会很快。由于需要考虑制造公差,材料收缩,最小特征尺寸,通过该过程支持零件的需要等因素,零件设计变得极为复杂。很少有先进的设计可以快速勾画和广泛传播,而不必关注这些因素,并根据一般制造方法和用于制造零件的机器的特定副本来定制它们。

这是一个非常薄但高刚性的基础平台,用于前面的项目。注意使用加强筋。

3D打印的高调意味着绝大多数人在当下热潮中购买低成本ABS挤出机并不会意识到从创意到可行部件的进展是多么困难。从长远来看,这可能会伤害社区。

当然,设计技能的普遍可用并不是必需的:有可能选择一个模型,其中少数专家免费发布他们的设计,数百万其他用户只需点击“打印”。但这带来了另一个问题......

走向工程级零件

Omnibot mkII的完整底盘,由高强度工程塑料,硅橡胶和各种金属部件制成。

现有的爱好者友好的添加剂原型制作方法倾向于从非常狭窄的材料选择中生产零件,所有这些材料都表现出相当差的机械特性;没有任何迹象表明这将在未来几年内发生变化。使用CNC铣床,情况要好得多 - 但是一些基本材料的加工仍然困难或昂贵(例如,大多数橡胶加工不是特别好)。

在流行的观点中,3D打印机是一种工具,可以让我们直接制作几乎任何东西;商业军备竞赛提供了这种思维方式,以提供彩色印刷的FDM机器。但这种追求可能是错误的:因为3D打印和CNC加工对于生产加工模式往往更有用 - 也就是说,形状可以作为另一个更加专业化的制造工艺的输入。

在工业领域,CNC加工图案用于热成型,金属冲压,注塑成型和多种铸造。并非所有这些都可以安全而廉价地在家中尝试 - 但有些人使用起来非常容易。例如,树脂浇铸结合了易用性和极高的保真度以及最终部件可获得的广泛性能。如果没有任何先进的设备,您可以制作任何颜色的柔软橡胶 - 五分钟后,换成碳纤维或玻璃纤维增​​强复合材料。

用于树脂浇铸的相对简单的单件式模具。

当然,这些制造工作流程可以由任何坚定的爱好者掌握。然而,它们增加了另一层次的复杂性,这可能是许多人意想不到和难以克服的;对直接可制造性的痴迷几乎无济于事。

我们真正站在哪里?

我对3D打印很兴奋,但对于我们对家庭制造未来的思考方式也感到不安。对于驱动的爱好者来说,打印机只是另一种工具,可以让他们将设计变为现实。它与以前存在的方法有许多共同的问题 - 并且在混合方面增加了自己的严峻挑战。也许我们能做的最好的事情就是向制造业学习,而不是宣称它过早死亡。

事实上,重新制造工艺的当务之急可能导致我们开始采用错误的解决方案:现在流行的ABS挤出机可能无法达到合理的精度,并且由于局限性而无法产生一致且可预测的结果材料:它极其粘稠,熔点不明确,难以控制其沉积。在该过程中产生的高温梯度也不利于该技术。

因此,我们可能没有充分关注一些似乎能够实现的替代方案。例如,Solidscape的(仍然非常昂贵的)蜡沉积打印机只需使用更合适的物质,并结合加法和减法步骤即可实现惊人的细节水平。但减法工艺并不性感,这些打印机的输出是一种易碎的材料,只能用作铸模。由于没有受欢迎的吸引力,价格下降的可能性非常小。

立体平版印刷是另一个有趣的选择,结果很有希望:现有的高精度30,000美元的打印机似乎与即将推出的Form 1等低成本设备进行对比。但是凌乱和浪费的操作原理也限制了它们的流行吸引力。

有一天,银弹解决方案可能会实现;如果是这样,它可能与我们正在尝试的任何现有技术完全不同。在那之前,关注这个过程是值得的,而不是本周最畅销的工具。

各种CNC加工的树脂铸造零件。


如果您参与了一个特别具有革命性或令人敬畏的项目,并希望在周四为3D写作,或者您有相关产品,您希望我们查看或撰写,请联系Eric Weinhoffer [email protected]谢谢阅读!

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