3D打印機可以直接從數字設計中創建模型或產品使用3D軟件進行零件設計時,首先繪制出所需零件的概念圖。設計師可以利用該圖紙創建基于軟件的三維模型,它允許從不同的角度或方向觀察零件。該軟件還可以虛擬地拆卸零件,向客戶展示如何在工業工廠中進行裝配。軟件設計通常包括在不同的應力或沖擊條件下"測試"零件的能力,以估計零件的故障或設計缺陷。隨著3D打印機的引入,快速原型模型開發成為現實。20世紀末,幾種不同的技術不斷發展,但都與創建軟件模型的計算機輔助設計(CAD)程序相關聯。所有的3D打印機都使用一種技術來構建連續的塑料或金屬層一種打印機在打印機柜內使用了一種精細的粉末,計算機軟件把圖紙變成了數千層非常精細的圖層,就像將圖像切成極薄的一層。打印機在粉末上噴上化學粘合劑,形成最底層的形狀。然后將粉末混合到這一層上,平板托盤降低一小部分。接著添加下一層粘合劑和粉末,依此類推,直到制作出3D零件根據零件的復雜程度,打印機可能需要運行數天才能完成一個樣品。另一種快速原型打印機使用的是可熔化塑料。噴嘴將熔化的材料的小點逐層放置在打印機托盤上,形成一個零件。這些零件通常可以直接從機器上使用,因為塑料層形成了一個堅實的塑料原型。這是對一些粉末打印機的改進,后者可以制造出可以處理的零件,但是對于測試或實際使用來說可能不夠堅固。一種稱為金屬燒結的工藝也可以創建一個快速原型模型。熔點相對較低的鋁或銅等金屬可以用在3D打印機上,就像熔化的塑料一樣。金屬成品通常不需要進一步加工,可以直接從機器上進行測試或進一步開發。21世紀的許多產品完全是用CAD軟件設計的,使虛擬圖像成為快速原型模型,而不需要制作物理樣本。這在大型工業機械中變得很常見,飛機和大型車輛,如船舶。許多零件太大,無法創建單獨的原型,或者會推遲最終產品的開發。工程師開發了可以模擬實際測試條件的軟件測試,第一架商用飛機是在20世紀末以這種方式設計的。一架商用噴氣式飛機完全是在計算機中制造的,從一種直接的設計到一種沒有中間原型的飛行能力的飛機。
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