2015年10月23日星期五
3D打印在航天科技的應用
2014年9月底，NASA預計將完成首台成像望遠逆向工程鏡，所有元件基本全部通過3D打印技術制造。NASA也因此成為首家嘗試使用3D打印技術制造整台儀器的單位。這款太空望遠鏡功能齊全，其50。8毫米的攝像頭使其能夠放進立方體衛星（CubeSat，一款微型衛星）當中。據了解，這款太空望遠鏡的外管、外擋板及光學鏡架全部作為單獨的結構直接打印而成，只有鏡面和鏡頭尚未實現。該儀器將於2015年開展震動和熱真空測試。
這款長50。8毫米的望遠鏡將全部由鋁和鈦制成，而且只需通過3D打印技術制造4個零件即可，相比而言，傳統制造方法所需的零件數是3D打印的5-10倍。此外，在3D打印的望遠鏡中，可將用來減少望遠鏡中雜散光的儀器擋板做成帶有角度的樣式，這是傳統制作方法在一個零件中所無法實現的。
2014年8月31日，美國宇航局的工程師們剛剛完成了3D打印火箭噴射器的測試，本項研究在於提高火箭發動機某個組件的性能，由於噴射器內液態氧和氣態氫一起混合反應，這裡的燃燒溫度可達到6000華氏度，大約為3315攝氏度，可產生2萬磅的推力，約為9噸左右，驗證了3D打印技術在火箭發動機制造上的可行性。本項測試工作位於阿拉巴馬亨茨維爾的美國宇航局馬歇爾太空飛行中心，這裡擁有較為完善的火箭發動機測試條件，工程師可驗證3D打印部件在點火環境中的性能。
制造火箭發動機的噴射器需要精度較高的加工技術，如果使用3D打印技術，就可以降低制造上的復雜程度，在計算機中建立噴射器的三維圖像，打印的材料為金屬粉末和激光，在較高RP的溫3D列印度下，金屬粉末可被重新塑造成我們需要的樣子。火箭發動機中的噴射器內有數十個噴射元件，要建造大小相似的元件需要一定的加工精度，該技術測試成功後將用於制造RS-25發動機，其作為美國宇航局未來太空發射系統的主要動力，該火箭可運載宇航員超越近地軌道，進入更遙遠的深空。馬歇爾中心的工程部主任克裡斯認為3D打印技術在火箭發動機噴油器上應用只是第一步，我們的目的在於測試3D打印部件如何能徹底改變火箭的打樣設計與制造，並提高系統的性能，更重要的是可以節省時間和成本，不太容易出現故障。本次測試中，兩具火箭噴射器進行了點火，每次5秒，設計人員創建的復雜幾何流體模型允許氧氣和氫氣充分混合，壓力為每平方英寸1400磅。
2014年10月11日，英國一個發燒友團隊用3D打印技術制出了一枚火箭，他們還准備讓這個世界上第一個打印出來的火箭升空。該團隊於當地時間在倫敦的辦公室向媒體介紹這個世界第一架用3D打印技術制造出的火箭。團隊隊長海恩斯說，有了3D打印技術，要制造出高度復雜的形狀並不困難。就算要修改設計原型，只樣品要在計算機輔助設計的軟件上做出修改，打印機將會做出相對的調整。這比之前的傳統制造方式方便許多。既然美國宇航局已經在使用3D打印技術制造火箭的零件，3D打印技術的前景是十分光明的。
據介紹，這個名為“低軌道氦輔助導航”的工程項目由一家德國數據分析贊助。打印出的這枚火箭重3公斤，高度相當於一般成年人身高，是該團隊用4年時間、花了6000英鎊制造出來的。等一筆1。5萬英鎊的資助確定之後，他們將於今年底在新墨西哥州的美國航天港發射該火箭。一個裝滿氦的巨型氣球將把火箭提升到20000米高空，裝置在火箭裡的全球定位系統將啟動火箭引擎，火箭噴射速度將達到每小時1610公裡。之後，火箭上的自動駕駛系統將引導火箭回返地球，而裡頭的攝像機將把整個過程拍攝下來。
美國國家航空航天局（NASA）官網2015年4月21日報道，NASA工程人員正通過利用增材制造技術制造首個全尺寸銅合金火箭發動機零件以節約成本，NASA空間技術任務部表示，這是航空航天領域3D打印技術應用的新裡程碑。
2015年6月22日報道，國營企業俄羅斯技術集團以3D打印技術制造出一架無人機樣機，重3。8公斤，翼展2。4米，飛行時速可達90至100公裡，續航能力1至1。5小時。發言人弗拉基米爾•庫塔霍夫介紹，用兩個半月實現了從概念到原型機的飛躍，實際生產耗時僅為31小時，制造成本不到20萬盧布(約合3700美元)。
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3D打印在海軍艦艇的應用
2014年7月1日，美國海軍試驗了利用3D打印等先進制造技術快速制造艦艇零件，希望借此提升執行任務速度並降低成本。2014年6月24日至6月26日，美海軍在作戰指揮系統活動中舉辦了第一屆制彙節，開展了一系列“打印艦艇”研討會，並在此期間向水手及其他相關人員介紹了3D打印及增材制造技術。
美國海軍致力於未來在這方面培訓水手。采用3D打印樣品及其他先進制造方法，打樣能夠顯著提升執行任務RP速度及預備狀態，降低成本，避免從世界各地采購艦船配件。
美國海軍作戰艦隊後勤科副科長Phil Cullom逆向工程表示，考慮到成本及海軍後勤及供應鏈現存的漏洞，以及面臨的資源約束，先進制造與3D打印的應用越來越廣，他們設想了一個由技術嫻熟的水手支3D列印持的先進制造商的全球網絡，找出問題並制造產品。
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3D打印的社會評價
3D打印技術是無法應用於大量生產，所以有些專家鼓吹3D打印是第三次工業革命，這個說法只是個噱頭。康為蘋果代工生產iPhone已經多年。郭台銘以3D打印制造的手機為例，說明3D打印的產品只能看不能用，因為這些產品上不能加上電子元器件，無法為電子產品量產。3D打印即使不生產電子產品，但受材料的限制，可以生產的其他產品也很少，“即使生產出來的產品，也無法量產，而且一摔就碎。
“3D打印的確更適合一些小規模制造，尤其是高端的定制化產品，比如3D列印汽車零部件制造。雖然主要材料還是塑料，但未來金屬材料肯定會被運用到3D打印中來，”克倫普說，3D打印技術先後進入了牙醫、珠寶、醫療行業，未來可應用的範圍會越來越廣。 201樣品4年11月末，3D打印技術被《時代》周刊為2014年25項年度最佳發逆向工程明。對消費者和企業而言，這是個福音。
僅在過去一年中，中學生們3D打印了用於RP物理課實驗的火車車廂，科學家們3D打印了人類器官組織，通用電氣則使用3D打印技術改進了其噴氣引擎的效率。美國三維系統的3D打印機能打印糖果和樂器等，該首打樣席執行官阿維•賴興塔爾說:“這的確是一種巧奪天工的技術。”
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3D打印的限制因素
材料的限制：雖然高端工業印刷可以實現塑料、某些金屬或者陶瓷打印， 但無法實現打印的材料都是比較昂貴和稀缺的。另外，打印機也還沒有達到成熟的水平，無法支持日常生活中所接觸到的各種各樣的材料。研究者們在多材料打印上已經取得了一定的進展，但除非這些進展達到成熟並有效，否則材料依然會是3D打印的一大障礙。
機器的限制：3D打印技術在重建物體的幾何形狀和機能上已經獲得了一定的水平，幾乎任何靜態的形狀都可以被打印出來，但是那些RP運動的物體和它們的清晰度就難 以實現了。這個困難對於制造商來說也許是可以解決的，但是3D打印技術想要進入普通家庭，每個人都能隨意打印想要的東西，那麼機器的限制就必須得到解決才行。
知識產權的憂慮：在過去的幾十年裡，音樂、電影和電視產業中對知識產權的關注變得越來越多。3D打印技術也會涉及到這一問題，因為現實中的很多東西都會得到更 加廣泛的傳播。人們可以隨意復制任何東西，並且數量不限。如何制定3D打印的法律法規用來保護知識產權，也是我們面臨的問題之一，否則就會出現打樣泛濫的現像。
道德的挑戰：道德是底線。什麼樣的東西會違反道德規律是很難界定的，如果有人打印出生物器官和活體組織，在不久的將來會遇到極大的道德挑樣品戰。
花費的承擔：3D打印技術需要承擔的花費是高昂的。第一台3D打印機的售價為1萬5。如果想要普及到大眾，降價是必須的，但又會與成本形成衝突。每一種新技術誕生初期都會面臨著這些類似的障礙，但相信3D列印找到合理的解決方案3D打印技術的發展將會更加迅速，就如同任何渲染軟件一樣，不斷地更新才能達到最終的完善。
逆向工程
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3D打印的打印過程
三維打印的設計過程是：先通過計算機建模軟件建模，再將建成的三維模型“分區”成逐層的截面，即切片，從而指導打印機逐層打印。設計軟件和打印機之間協作的標准文件格式是STL文件格式。一個STL文件使用三角面來近似模擬物體的表面。三角面越小其生成的表面分辨率越高。PLY是一種通過掃描產生的三維文件的掃描器，其生成的VRML或者WRL文件經常被用作全彩打印的輸入文件。
打印機通過讀取文件中的橫截面信息，用液體狀、粉狀或片狀的材料將這些截面逐層地打印出來，再將各層截面以各種方式粘合起來從而制造出RP一個實體。這種技術的特點在於其幾乎可以造出任何形狀的物品。打印機打出的截面的厚度（即Z方向）以及平面方向即X-Y方向打樣的分辨率是以dpi（像素每英寸）或者微米來計算的。一般的厚度為100微米，即0。1毫米，也有部分打印機如ObjetConnex 系列還有三維 Systems' ProJet 系列可以打印出16微米薄的一層。而平面方向則可以打印出跟激光打印機相近的分辨率。打印出來的“墨水滴”的直徑通常為50到100個微米。 用傳統方法制造出一個模型通常需要數小時到數天，根據模型的尺寸以及復雜程度而定。而用三維打印的技術則可以將時間縮短為數個小時，當3D列印然其是由打印機的性能以及模型的尺寸和復雜程度而定的。
傳統的制造技術如注塑法可以以較低的成本大量制造聚合物產品，而三維打印技術則可以以更快，更有彈性以及更低成本的辦法生產數量相對較少的產品。一個桌面尺寸的三維打印機就可以滿足設計者或概念開發小組制造模型的需要。
三維打印機的分辨率對大多數應用來說已經足夠（在彎曲的表面可能會比較粗糙，像圖像上的鋸齒一樣），要獲得更高分辨率的物品可以通過如下方法：先用當前的三維打印樣品機打出稍大一點的物體，再稍微逆向工程經過表面打磨即可得到表面光滑的“高分辨率”物品。有些技術可以同時使用多種材料進行打印。有些技術在打印的過程中還會用到支撐物，比如在打印出一些有倒掛狀的物體時就需要用到一些易於除去的東西（如可溶的東西）作為支撐物。
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