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天工开物:3000年前如何做出3D打印的效果

标签: 制造业
发布时间: 2015-01-16 17:02 来源: 未知 作者: 黄三炮 点击: 我要评论 条评论)

咱们一直号称文明古国,这个真不算吹牛,不论是从文明传承,还是从技术上说,咱们的老祖宗绝对算是:牛!而且还是牛到穿越感的那种牛。其中一体化制造更是酷炫到无以复加!

一体化制造从三千年前出现,到今天仍旧大放异彩,几千年前,世界还是蛮荒的时候,老祖宗都满身神装了!

一体化制造的源头还得从焚失法谈起!

(1):焚失法

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有专家考证,早在商代,长江流域的越人就已经流行模的可失性工艺,即失绳法也称(焚失法)——譬如铸造提梁壶的提梁,只须以一绳索为模,再裹以稀泥为范,烘干范具,同时使内在绳索化为灰烬,吹尽灰烬,遂向范内空腔灌注铜水,迄冷却,可得一完整的提梁铸件。

主要原理是: 器物附件或附饰的模型用绳索形成,其外包覆整体范料,烘焙陶范时绳索焚失而得中空的整体陶范,铸铜后即获得无范线的绳索状附件或附饰。

无范线的绳索状双耳

迄今所见最早的焚失法铸件为北京出土的商早期提梁壶,至东周,焚失法在楚人手上提升为可用于精密铸造的失蜡法,两者都是模的可失性工艺,只是所失材料不同。由于设计上的巧智,工艺上的精密,视觉上的瑰丽,楚王敢问鼎,不仅仅是军事上的强大自信,也是制作业发达的明证。

问天子鼎重几许,大小何如,咱开心也回家去铸一个。这感觉熟悉不,和咱现在的3D打印口号是不是有点像,两千多年过去了,旧时帝王家的燕子也要飞入百姓家了。

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焚失法在楚人手上传承并真正发扬广大,并留下了中国人耳熟能详的瑰宝——曾侯乙尊盘。曾侯乙墓出土鼎2件、升鼎9件、饲鼎9件、簋8件、簠4 件、大尊缶1对、联座壶1对、冰鉴1对、尊盘1套2件及盥缶4 件等。其中尊盘系用先进的失蜡法铸造,表现出战国时期青铜冶铸业所达到的高水平。

(2):失蜡法

失腊法是用腊制作所要铸成器物的模子,然后在腊模上涂以泥浆,这就是泥模。泥模晾干后,在焙烧成陶模。一经焙烧,腊模全部熔化流失,只剩陶模。一般制泥模时就留下了浇注口,再从浇注口灌入铜液,冷却后,所需的器物就制成了。

始皇陵中发现三棱箭头三万多支,兵马俑挖掘组长检验了其中九百多支,发现箭头最小误差0.02mm,如此变态的精度,在两千多年前的古代那是难以想象的,后世学者分析,可能是由铸模后流水化所造就的。

而这也非常有可能是雕模后失蜡铸造的成果!

明代法海寺铜钟:钟体用泥范法,钟钮用失腊法,将钟钮蒲牢用失蜡法铸成,然后嵌入钟体泥范上

但是,我国在先秦形成的这一尖端技术,到隋采用了泥范法和失蜡法两种铸造工艺,唐就失传了,其基本原理只是在一些乡间作坊偶尔地简单运用。令人意外的是,1000多年后,中国的失蜡法竟转化成洋人的专利。

抗日战争时的事情。驻扎在云南昆明巫家坝机场的美国空军机械师奥斯汀,发现当地用一种看来较为特殊的方式铸造缅寺里的铜钟,这种方式虽然一次只能铸造一件,但铸造的器型规整,且免除了大型圆锥形器物难以合范的麻烦。他进而发现,用这种工艺铸造飞机螺旋桨因为整体的缘故而异常坚固,于是加以改造利用。这位机械师回到美国便以此申请了专利,专利正名熔模精密铸造法,别名奥斯汀法,俗名失蜡铸造法。不久,前苏联购买了这个专利,20世纪50年代,新中国从前苏联将这个专利买回。

古代的失蜡铸造是用蜂蜡做一个模型,外面包裹泥土,留一个小孔,晾干后焙烧,使蜡模气化挥发,形成阴模(蜂蜡挥发后的模型空腔),再把金属液体灌进去,冷却后打破壳体,即获得所需的金属铸坯。

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铸好的阴模

现代失蜡铸造技术的基本原理并无二致,只不过更加复杂精密。这主要体现在对蜡模的型位精确的要求更加严格。现代工艺中蜡模的获得不只是对蜡的直接雕刻,还可以通过对金属原模(版)的硅胶模压得到阴模,再由硅胶阴模注蜡后得到蜡模。浇铸材料也不再是黏土,而代以铸造石膏。这样的产品比古代的铸件精细得多。

下面我们看下国外网友如何给自己造了一把拉轰的大宝剑!

一、手工雕模,这一步要求雕出来的模型必须够精细

二、种蜡树,注意看底部有一个瓶座似的杯底,这里需要给灌注金属液体留一个口子。很多做首饰和工艺品的,例如铸造戒指,会直接用成品倒模,用石膏做成的阴模,进而用阴模批量造出蜡模,对蜡模进行修整后将蜡模按一定排列方式种蜡树,放入钢制套筒中灌注高温石膏浆;石膏经抽真空、自然硬化、按一定升温时段烘干后,融化金属进行浇铸。

三、 向铸好的模型倒入金属溶液

四、敲碎石膏后成型的产品

最后大家一起来感受下大宝剑的魅力(有想歪的童鞋自己面壁去)

(3、)雕模制造的奇点

无论是失蜡铸造还是焚失法,以及现在工艺改进,都没有脱离一个问题,模型怎么来?

失蜡法制造的魅力在于何处,在于一体成型后的精度和整体强度和韧性。2013年,中国在歼20飞机上使用了一体成型的技术,一体成型的理念几千年来都没有变!那这种成型是如何来做的呢?失蜡法雕模铸造?

在失蜡法应用最典型的首饰加工行业!而今使用的仍是手工雕模成型。

人类科技的发展呈奇点式增长,工业革命以前,人类的科技发展趋于平缓,进展缓慢。但工业革命之后,几百年的成就超越了人类以往几千万的总和,并不断爆发似跃升。

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但传承了几千年的失蜡法仍然没有脱离手工雕模的时代,这跟我们说的科技增长奇点似乎不那么搭边。那模型制造爆发的奇点在哪里呢?

奇点大学称:担心可不是未来的科技进步不如他们想象的那么快,只担心法律的监管跟不上技术的进步。

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3D打印人脑

奇点在于:3D打印,一体化的制造成型备受追捧,这也是如今3D打印技术被看好的原因,但目前3D打印使用逐层堆积的方式并不能保证精度,但脱离了手工雕模的层次,无论多么繁复的模型,只要你在电脑上建的出来,你就能用3D打印做出模型,进而倒模生产!

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天工开物:非专业探寻从古到今的制造技术,展望未来技术的变革,不当之处还请纠正!

(责任编辑:黄三炮)
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