3D打印

本文介绍了3D打印技术在全球的应用趋势,重点分析了快速成型和快速制造两大产业方向。通过Stratasys公司亚太与日本地区总经理的观点,展示了3D打印技术在多个领域的应用案例,并探讨了该技术的优势与挑战。

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 ■ 焦点

  全球3D打印产业有什么方向?

  快速成型 快速制造

  拜3D打印技术所赐,从医用假牙到新款F1赛车模型,从人物雕像到航空器模型,从小孩子在电脑上自行设计的“怪物”到F-16战斗机的配件,全部都可以通过3D打印机打印出来。

  “作为这个行业的领导者,我们的优势在于能通过一台打印机,制造出不同的产品。我们的打印机就是新时代的生产线,可以连续生产。只要是通过电脑三维设计出的东西,我们都能制造出来。我们经常使用的材料包括生产级热塑性塑料、高性能树脂、石蜡材料等。我们还可以打印出制作特殊的贵重工艺品。”Stratasys公司亚太与日本地区总经理乔纳森·嘉格隆向新京报记者介绍说。

  嘉格隆有这样的判断,即目前全球3D打印技术的产业方向主要有两个:快速成型和快速制造。现在大家提到的3D打印技术应用很大一部分是指快速成型,其次才是快速制造,而快速成型与快速制造两方面又是相辅相成的。

  据其解释,比如外观、设计、功能测试、结构测试、概念模型等等都是属于快速成型。也就是将你的想法变成一个实体摆在你面前,你可以感受它,体验它,这就是快速成型。目前,3D打印技术应用最广的领域都是在快速成型范畴里。

  而在快速制造方面,3D打印技术也有着传统工业无法比拟的便捷。快速制造的字面意思首先是“制造”,传统的制造都是在生产线上完成的,而快速制造达到的效果是生产没有生产线,整个备件可以一次性成型做出来,不需要经过很复杂的组合。

  嘉格隆以牙模的制造为例。他说,每个人的牙齿形状都不一样,非常个性化,首先经过扫描,然后是成型,做出来的就是我们需要的牙模,而且做好之后就是一个定制化的产品,不具备可复制性,这就是典型的快速制造。

  3D打印技术有何优势?

  改动创意细节 成本小耗时短

  嘉格隆了解到,今年早些时候,奥巴马在国情咨文中提到了3D打印技术的重要性,并使用了“革命”一词。据嘉格隆判断,“这确实从一个侧面说明3D打印技术会引发下一次工业变革。”

  据嘉格隆介绍,如今的3D打印技术已可以实现根据各行各业不同的需要进行生产。3D打印技术拥有非常广大的客户群,任何一家在设计领域和制造业方面有需求的公司都是3D打印技术的潜在需求者,尤其是机械制造业、生物学、航空航天、教育领域等各方面。

  “我们已同NASA(美国宇航局)展开了很好的合作。NASA不但将3D打印技术应用于新技术和产品的设计,并在建造航天器上采用了3D打印技术。在教育领域,我们公司同很多大学展开了合作,我们希望3D打印技术能为工程学向下一个时代前进做出贡献。”嘉格隆这样描绘“蓝图”,“现在适用于3D打印技术的材料和软件都很多,我们可以提供的打印材料就超过120种。而真正要关心的问题是,个人可以利用3D打印技术做什么,家里有一台3D打印机的话,你可以用它来做什么。”

  与传统设计和制造方式相比,3D打印可以减少在设计环节的错误频率、降低成本;其次它更加快速;第三,可以让设计者的创新、创意更加便捷,节省很多时间,让设计者的很多想法足不出户就可以实现,甚至第一天有想法,第二天就可以通过3D打印技术拿到成品。

  嘉格隆以制作玩具为例:如果借助传统的加工模式,复杂的设计有时根本完成不了,必须要开模,然后再做出这样的一个东西出来,可能要花三周甚至一个月的时间。为此要花费十几万元人民币左右。造型越复杂的模具肯定越贵。而使用3D打印技术,设计者发现任何不满意的细节,都可随时调整。

  一张图读懂3D打印技术

  ■ 资料

  何谓3D打印技术?

  一种以三维模型为基础,以粉末为原料,通过逐层堆积来构造物体的技术。据美国业内人士介绍,他们经常使用的粉末材料包括生产级热塑性塑料、高性能树脂、石蜡材料等。

  ■ 难题

  造价高

  小型3D打印机可以制作精度不高的物品。若在实际应用领域,一台大型3D打印机售价偏高,至少40万元人民币。据了解,3D打印服务按克收费,每克至少人民币10元。

  1电脑上配备特殊软件,负责三维立体设计,与3D打印机实现智能连接。使用3D打印技术,设计者发现任何不满意的细节,都可随时调整。

  2配备这么一台3D打印机:按照电脑的旨意,将诸如玻璃、陶瓷、金属、塑料等材料粉末,按照一层一层的方式在机器中叠加形成新物品。

  3 3D打印机打印出来的产品包括:高跟鞋、电影中的经典人物、引发争议的枪支。此外,F-16战斗机的配件、航空器的模型、F1赛车的模型也都可以打印出来。

  4 有媒体将3D打印技术比作新工业革命时代到来的标志,恰如当年蒸汽机的发明、电力的广泛运用以及航天飞机的出现。英国权威机构将3D打印等数字化生产模式列为第三次工业革命的主要内容。

  5 奥巴马曾表示,美国有越来越多的3D打印制造商,并掌握了大量的3D打印关键技术,这使得很多国家暂时都无法跟上美国的脚步。专家称,奥巴马在重振制造业过程中,将3D打印列为重要发力点。

内容概要:本文档详细介绍了基于事件触发扩展状态观测器(ESO)的分布式非线性车辆队列控制系统的实现。该系统由N+1辆车组成(1个领头车和N个跟随车),每辆车具有非线性动力学模型,考虑了空气阻力、滚动阻力等非线性因素及参数不确定性和外部扰动。通过事件触发ESO估计总扰动,基于动态面控制方法设计分布式控制律,并引入事件触发机制以减少通信和计算负担。系统还包含仿真主循环、结果可视化等功能模块。该实现严格遵循论文所述方法,验证了观测误差有界性、间距误差收敛性等核心结论。 适合人群:具备一定编程基础,对非线性系统控制、事件触发机制、扩展状态观测器等有一定了解的研发人员和研究人员。 使用场景及目标:①研究分布式非线性车辆队列控制系统的理论与实现;②理解事件触发机制如何减少通信和计算负担;③掌握扩展状态观测器在非线性系统中的应用;④学习动态面控制方法的设计与实现。 其他说明:本文档不仅提供了详细的代码实现,还对每个模块进行了深入解析,包括非线性建模优势、ESO核心优势、动态面控制与传统反步法对比、事件触发机制优化等方面。此外,文档还实现了论文中的稳定性分析,通过数值仿真验证了论文的核心结论,确保了系统的稳定性和有效性。建议读者在学习过程中结合代码进行实践,并关注各个模块之间的联系与相互作用。
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