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赌城CES之3D打印干货奉送

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2017年的CES刚刚结束,余温犹在。南极熊也做了直播报道,南极熊直播:美国2017 CES展会有哪些3D打印产品?
今年的CES从全球各地召唤了大约4000个展商,18万游客来到了赌城拉斯维加斯。这其中就有一支3D打印的军团和它的粉丝团。
在此次CES的3D打印展区,总共有56家展商报名。因为名为消费者电子产品展,因而到来的厂商展出的几乎都是消费者级别的产品。展商的分布如下图:
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图1 CES 3D打印展商分布

中美两国参展企业的数量相同,总共占到86%,其他国家包括英国、法国、日本、意大利和捷克都只占到零头。当然,参展企业的数量占比并不反映销量等市场的情况。但参展数量依然可以反映出,中美两国消费级别的3D打印设备生厂商在积极的寻求市场和生存之道。展会商家诸多,很多公司在其3D打印产品增加了WIFI连接,缺料自动检测,中断恢复的功能,但从材料突破性、技术突破性、应用突破性上并没有很大的新意。


1.        售价仅10万美金的金属3D打印设备MetalX(Markforged)
Markforged公司以纤维增强打印技术,在竞争激烈的FDM市场打下一片立足之地,特别是其连续碳纤维增强,所获取的零件在机械性能上部分参数可以与铝材相媲美。此次发布的金属3D打印机MatalX更是被标榜为创新技术,其技术名称为原子扩散增材制造(ADAM)。

成形原理:将金属粉末与PLA等聚合物混合,通过喷嘴将混合料挤压出来,而后焚烧去除聚合物材料,进一步的烧结可以得到具有一定强度的金属零件。

讲到这里,有朋友就问了,高大上的“原子扩散”是怎么回事?哦,在烧结的过程中,粉末成分的温度没有达到熔点,通过原子扩散形成粉末之间的有效连接。所以原子扩散就指的是烧结的过程。明明讲人话就可以说清楚的事情,非得整的那么清晰脱俗。忽悠果然是不分国界的!

材料:当前可以使用的材料仅有不锈钢17-4和303,并没有媒体所说的可以打印铝合金、钛合金等多种合金的功能。使用不锈钢很容易理解,有机物焚烧后即便有剩余材料也是碳,对于不锈钢来说无非就是一个调碳的过程。即便有氧化物生成,也不难去除。但是对于铝、钛这些对碳、氧都很敏感的金属,这种技术路线现在想一想就行了。

性能:当前该公司并没有对打印件的致密度、机械强度等进行标定。不难想象,这种技术也将遇到Xjet所遇到的问题,就是烧结过程的大尺寸收缩及伴随出现的不规则收缩。Markforged很聪明的展示了不规则的图形,如果展示一个圆形和方形的产品,那么必然一眼就看出问题了。即便如此,在其展示的样品中(图2),依然可以看到零件末端圆孔的畸变以及表面类似划痕的缺陷。

而现场的展示,并没有演示成形工艺,毕竟不管是将粉末与聚合物预混合还是在挤压时混合,粉末在通过微管挤压出来的时候,极容易堵塞。要是一不小心演示砸了就不好下台了。MetalX能够加工的材料种类和产品的质量与工业级别的设备不具有可比性。因而,没有必要用这个技术去对比电子束或者激光束选取熔融成形技术(EBM/DMLS),不在一个档次。

(花10万块钱买的QQ就别去笑话别人花100万买的红旗贵了,车都是车,不一样的车)
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图2 MetalX设备及其样品

2.        单喷头全彩3D打印的Something3D(以色列)

虽然这次媒体没有多少注意到来自以色列的这项技术,但是这家公司确实解决了FDM打印全彩的问题,虽然了解原理后发现称不上巧妙。FDM设备,价格低廉,操作简单,而且对操作区域污染小,是当前所有设备中销量最大的,然而FDM打印多彩却是非常的困难。全彩要求FDM喷嘴所喷出的材料颜色变化非常的快,而光是清空喷嘴中储存的材料,就可以走几个厘米。因而现在的解决方案更多的是采用双喷头/多喷头来打印双色/多色的零件,比如这样波兰的Zmorph公司,就采用了双喷头的打印机。
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图3 双喷头打印的双色样品(图片Zmorph)

然而,如果用多喷头的方式,那么打印全彩就需要无数个喷头了。所以说以色列的这个单喷头技术看上去就比较巧妙了。先上样品图片:
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图4全彩的打印样品
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图5 全彩样品的上表面

那么Something3D是怎么实现单喷头FDM打印全彩的零件的呢?

没错,对于一个不透光的材料而言,要看到全彩只需要让最外面一层是所需颜色,因而想办法让喷嘴在移动到下一个外表面的点之前,将喷嘴中剩余的材料排空就可以了。

我们先来看设备,如下图所示,有5条进料管道,分别是CMYK+W(青、品红、黄、黑+白)。
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图6 Something3D设备Chameleon

CMYK可以通过配色得到所需要的颜色,如果需要白色就直接使用白色丝材即可。在需要某种颜色的时候,使送料装置安装一定的配比送丝,经过混合既可得到所需要的色彩,通过喷嘴挤出。如果下一个点的颜色不一样怎么办,没关系,喷嘴直接进入内层继续挤出,排空喷嘴的材料,直到重新调色的混合料到达喷嘴口。所以,事情的真相只有一个,外轮廓并不是连续打印完成的。

所以呢,这些内层就是排空喷嘴中剩余材料的藏污纳垢之地了。实际上喷嘴内需要排空的材料跟同一层内相邻点颜色的差别相关,差别大那么需要排空的材料就多一些,因而才会需要大量的内置层。而且由于喷嘴在内外层连续的跳动,表面质量非常粗糙,手感很差。内外层之间的结合强度也很低,现场已经看到了大量的剥离。

虽然这个方案解决了FDM的全彩打印问题,但是却是,金玉其外败絮其中。这样的方式所需要消耗的材料就很多,很不环保、很不经济。觉得要是不去追求全彩,比如说只要256色,或者更少只要16色,那么调色一次,就打印完成整个层面内所有同一颜色的区域,而且在两次调色之间,可以将材料作为内部骨架使用,如此可以大量的节省材料。拿走,不谢。吼吼!
其实,这是一个数学问题。

3. Formlabs推出的陶瓷打印机试样

Formlabs展示了用SLA打印的陶瓷样品,主打消费者级别的陶瓷样品机。虽然现场并没有进行设备展示,样品也没有进行后期烧结处理,但是依然吸引了一票媒体。在陶瓷的3D打印领域,当前虽然有奥地利的Lithoz和法国的3DCeram,价格却是在几百万人民币的高位,断然是不会“出没寻常百姓家”。而Formlabs这几年把美国消费者市场SLA/DLP设备的价格降到了3000美金价位的。而这一次显然美帝的老百姓也是对此寄以厚望的。

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图7 Formlabs的陶瓷样品
不过话说国内的智维公司(Sprintray)去年已经推出陶瓷3D打印这个消息美国人就当真没有听说吗?而且在CES的3D打印展区,他们两家好像也就几步路吧。
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图8 智维公司(Sprintray)的3D打印陶瓷样品(图片Sprintray)

其它

参展的设备中FDM和SLA几乎占了全部吧。粗略的估计,FDM的设备能够占到2/3(包括打印笔)。几乎问了每一家一个问题,“这么多的展商在这里,你们的竞争优势在哪里?”大部分的答案并不让人满意。最起码听了这些答案后我觉得行业之外的买家还是不知道该如何去选择的。买家的选择太难了,除了只看低价的,其它的确只能找业内的人员推荐了。而对于大部分的设备厂商来讲,想一想你到底希望赢得哪些客户,你又为这些客户量身定做了哪些服务。在商品领域,存同求异也许更容易生存下去吧。

CES小结
这次CES的整体感受吧,东西很多,料不多。3D打印机,AR,VR,机器人,无人机,一样一样一样的。当然,既赚眼球又赚钱的产品是需要大量时间和资源来积累的。

大家且行且积累,来年再展。

来源:靖哥3d打印

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