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西安交大科研院落户胶州 着力研发高端3D打印技术

2013-02-28 08:43
FlappyBird
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  “3D打印”材料复杂

  在引进的科研课题中,最引人注目的是机械学部依托中国工程院院士卢秉恒主持的快速成型制造项目,俗称“3D打印”。该技术即运用粉末状金属或塑料等可粘合材料,通过一层又一层的叠加,最终直接“打印”出产品,实现“数字化制造”。

  在最近春节期间热播的电影《十二生肖》中,就用到了该技术。成龙饰演的角色戴一副扫描手套,把兽首摸了一遍,将数据传进电脑,机器依据数据模型很快造出一模一样的仿品。从电影中看到,两支机器手将兽首的粉末状材料层层叠加,这就是“3D打印”。

  之所以使用“打印”一词,因其原理与传统打印机相似,都通过电脑操作完成,依图样复制。但本质不同,传统打印机的原料是墨粉,而3D打印机则需要一个庞大的材料系统,根据产品需要而配备各种材料,包括光敏树脂、塑料、尼龙,甚至是金属。打印过程中,两层之间要用胶水固化黏结。

  制造飞机更稳固

  卢秉恒院士表示,3D打印具有制造周期短,适合单件个性化需求等特点,在制造大型薄壁件、蜂窝状复杂结构部件、钛合金等难加工、易热成形零件方面具有较大优势。由于3D打印技术不需要生产线,使得生产成本大大降低、生产周期也得以缩短,同时在很大程度上减少了材料废弃。

  以飞机制造为例,传统飞机制造切削加工要去除95%以上的材料,3D打印技术则利用金属粉末只打印必需的部分,不浪费一点儿金属,节省了原材料。与传统制造方法相比,3D打印制造出的零件更轻,能够实现结构、型面复杂多样,并且都是自然无缝连接,结构之间的稳固性和连接强度要远远高于传统方法。2011年8月,英国南安普敦大学的工程师设计并试飞了世界上第一架“打印”出来的飞机。这架飞机的外壳是由一款专门打印尼龙材质的3D激光打印机一层层地叠印而成的,相当轻便。鉴于其飞行时速达100公里,其质地紧密程度确实超乎人们的想象。

  以细胞为“墨”打印器官

  3D打印技术在全球范围内尚处于起步阶段,但成本优势、技术优势、个性化优势多重叠加使得3D打印技术迅速转变为全球先进制造的新动向,被誉为第三次工业革命的典型代表。“可以想象,这一技术将带动出一整条产业链,例如有专门设计产品造型的,有专门制作原材料的。技术应用于生活中,每个城市可以有几个3D打印室,顾客想要什么样的产品,到打印室定做。当然,这势必会造成一些传统制造业产生影响。”虽然技术还未投产,但未来图景已在郝局长心中成型。目前,西安交通大学、华中科技大学、清华大学、北京航空航天大学、西北工业大学等高校已经取得了一批基础研究和产业化成果,部分甚至处于世界领先水平。

  目前,3D打印技术主要被应用于产品原型、模具制造以及艺术创作、珠宝制作等领域,替代这些领域传统依赖的精细加工工艺,在生物工程与医学、建筑、服装等领域,3D打印技术的引入也为创新开拓了广阔的空间。2010年澳大利亚Invetech公司和美国Organovo公司合作,尝试以活体细胞为“墨水”打印人体的组织和器官,是医学领域具有重大意义的创新。

  卢秉恒透露,目前已有在青岛建立胶东3D成型技术研究院的设想,主要进行3D打印机身的应用验证以及钛合金飞机机身3D打印、3D成型飞机精密件制造等工艺的产业化开发。

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