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4D打印与3D打印同为数字化制造技术

4D打印与3D打印在产品成型之前的各项工作都依赖于计算机来完成,如数据扫描、软件设计、数据建模、输出程序设计等,这些都属于数字化制造技术的范畴,且与其他数字化制造技术不同,这是直接数字化制造,也就是说,使用4D打印与3D打印制造出来的产品是人们能够应用的最终产品或部分零件。

(一)数字化制造技术概述

所谓数字化,就是将许多复杂多变的信息转变为可以度量的数字、数据,再以这些数字、数据建立起数字化模型,将其转变为一系列二进制代码,引入计算机内部,进行统一处理的过程。

而数字化制造即制造领域的数字化是制造技术、计算机网络技术与管理科学的交叉、融合、发展与应用的结果,也是制造企业、制造系统与生产过程、生产系统不断实现数字化的必然趋势。

数字化制造技术的解释具体表述如下:

在数字化技术和制造技术融合的背景下,以及虚拟现实、计算机网络、快速成型、数据库和多媒体等技术的支持下,根据用户的需求,迅速收集资源信息,对产品信息、工艺信息和资源信息进行分析、规划和重组,实现对产品设计和功能的仿真以及原型制造,进而快速生产出达到用户要求的产品的整个制造全过程。

这是一项融合了计算机软件、材料、机械、网络信息等多学科知识的综合性、系统性的技术。从原理上来讲,整个过程一般包括如下5个环节,产品三维建模,层片数据生成与传输,能束逐层扫描材料,材料熔化,材料逐层叠加。

3D打印与数字化制造技术的关系

(二)4D打印、3D打印与数字化制造

3D打印技术一般被称为增材制造技术或快速原型制造,是指基于离散材料逐层堆积的成型原理,依据产品三维CAD数据模型,通过软件与数控系统将特制材料逐层堆积固化,制造出实体产品的数字化制造技术。

3D打印依据三维CAD设计数据进行数字建模的过程就是其数字化过程,是数字化制造技术中的一种快速原型技术,可以自动、直接、快速、精确地将设计思想物化为具有一定功能的原型或直接制造零件,从而可以对产品设计进行快速评价、修改及功能试验,能有效地缩短产品的研发周期。

可以说,3D打印通常是采用数字技术材料打印机来实现的,常在模具制造、工业设计、教育等领域被用于制造模型和实验室研究,也逐渐用于一些最终产品的直接制造,目前己经有使用3D打印技术制造成型的零部件,如多部分组成的变速箱。

4D打印技术更是在3D打印的基础上对制造材料直接进行编程设计,在数据模型设计阶段就考虑了材料的触发介质、时间等变形因素,将相关数字化参数预先植入打印材料中,让其进行内部自我折叠。在模型打印成型后,能在时间和空间双重维度上变形、重组、分解,开始接下来的生命周期旅程。这是一种比3D打印更高一层的直接数字化制造技术。

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