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3D打印技术将被推向更层面的制造领域

导读: 随着智能制造的进一步发展成熟,新的信息技术、控制技术、材料技术等不断被广泛应用到制造领域,3D打印技术也将被推向更高的层面。

  根据报告调查结果,全球3D打印产业产值在1988~2010年间保持着26.2%的年均增长速度。预期3D打印产业未来仍将持续较快地增长,到2016年,包含设备制造和服务在内的产业总产值将达到31亿美元,2020年将达到52亿美元。

  从中长期看来3D打印产业具有较为广阔的发展前景,但目前产业距离成熟阶段尚有较大距离,对于3D打印市场规模的短期发展不宜过分高估。因此,现阶段产业界对3D打印领域的投入应以加强创新研发、技术引进和储备为主,尤其要重视自主知识产权的建设和维护,争取在未来的市场竞争中占据有利地位。如受到概念炒作影响,在技术尚未充分完善的现阶段大规模投入产能扩张,则投资回报将面临着较大的风险。

  3D打印技术目前正在进入概念炒作的高峰阶段,其技术还有待充分成熟,主流市场也有待进一步培育。3D打印技术成熟到适应市场需求还将需要5~10年的时间。在这一较为漫长的发展过程中,产业可能会面临增长期望落空、技术遭遇瓶颈以及投资撤离等风险。

3D打印技术

  目前仍面临着多方面的瓶颈和挑战:一是成本方面,现有3D打印机造价仍普遍较为昂贵,给其进一步普及应用带来了困难。二是打印材料方面,目前3D打印的成型材料多采用化学聚合物,选择的局限性较大,成型品的物理特性较差,而且安全方面也存在一定隐患。三是精度、速度和效率方面,目前3D打印成品的精度还不尽人意,打印效率还远不适应大规模生产的需求,而且受打印机工作原理的限制,打印精度与速度之间存在严重冲突。四是产业环境方面,3D打印技术的普及将使产品更容易被复制和扩散,制造业面对的盗版风险大增,现有知识产权保护机制难以适应产业未来发展的需求。

 

  3D打印产娄目前面临主要问题

  当前3D打印发展尚不成熟,人们要对其有清晰的认识。中国电子信息产业发展研究院副院长杨拴昌在新工业革命与增材制造国际研讨会上表示,3D打印目前主要面临四个方面的问题。

  一是设计工具需进一步优化。3D打印要求开发和广泛运用计算机辅助设计(CAD)工具。对于功能部件制造,需要新的工具来优化形状和材料性能,以最大化地减少材料使用和重量。对于非专业人员,需要开发出易于操作的设计工具,来进行产品设计。

  二是可用材料需持续拓宽。目前的可用原料还不多,正逐步从树脂、塑料扩展到陶瓷、金属,乃至最新的金、银以及强度极高的钛和不锈钢等材料。未来,仍然需要开发更多的材料,并深入研究材料的加工-结构-属性之间关系,明确材料的优点和局限性,为材料提供规范性标准。

3D打印技术

  三是生产过程需要加强工艺控制。为提高连贯性、重复性和统一性,需要建立装备认证标准,并对生产过程进行内部监控和闭环反馈,如通过传感器提供无损性评估与早期缺陷检测,通过流程控制减少设备故障。为更好了解、预测材料性能和零部件功能特性,需要建立预测性模型,使设计师、工程师和用户能够估计零部件的功能特性,并通过调整设计达到预期效果。

  四是产业发展需要加强必要的监管。如利用3D打印,犯罪分子能够下载枪支设计软件,私下制作枪支,而且枪支很容易隐藏,可以躲过金属探测器。又如,3D打印的汽车方向盘如果在交通事故中失效,将很难确定事故中的责任方,失效可能是由于设计不足、制造不当、材料甚至是安装所引起的。此外,如果将3D打印技术用于生产人体的肾脏等器官、婴儿模型等,还将涉及到社会道德和伦理问题。

  3D打印暂时还不可能替代传统的制造技术,只是一个补充,目前市场空间依然有限。3D打印发展初期要靠国家相关部门来统筹布局、合理安排,不能一哄而上,在有技术、人才资源、市场基础的地方先行先试,根据效果进行推广。如在航空航天、汽车制造、生物医疗等领域开展一些示范,在示范的过程中制定相关行业标准,积累发展经验。

 

  3D打印技术未来发展的主要趋势

  近年来,国内如深圳维示泰克、南京紫金立德、北京殷华、江苏敦超等企业已实现了3D打印机的整机生产和销售,这些企业共同的特点是由海外归国团队建立,规模较小,产品技术与国外厂商同类产品相比尚处于低端。目前,国产3D打印机在打印精度、打印速度、打印尺寸和软件支持等方面还难以满足商用的需求,技术水平有待进一步提升。在服务领域,我国东部发达城市已普遍有企业应用进口3D打印设备开展了商业化的快速成型服务,其服务范围涉及到模具制作、样品制作、辅助设计、文物复原等多个领域。与内地相比,我国港台地区3D打印技术引入起步较早,应用更为广泛,但港台主要着重于技术应用,而非自主研发。

  随着智能制造的进一步发展成熟,新的信息技术、控制技术、材料技术等不断被广泛应用到制造领域,3D打印技术也将被推向更高的层面。未来,3D打印技术的发展将体现出精密化、智能化、通用化以及便捷化等主要趋势。

3D打印技术

  提升3D打印的速度、效率和精度,开拓并行打印、连续打印、大件打印、多材料打印的工艺方法,提高成品的表面质量、力学和物理性能,以实现直接面向产品的制造;开发更为多样的3D打印材料,如智能材料、功能梯度材料、纳米材料、非均质材料及复合材料等,特别是金属材料直接成型技术有可能成为今后研究与应用的又一个热点;3D打印机的体积小型化、桌面化,成本更低廉,操作更简便,更加适应分布化生产、设计与制造一体化的需求以及家庭日常应用的需求;软件集成化,实现CAD/CAPP/RP的一体化,使设计软件和生产控制软件能够无缝对接,实现设计者直接联网控制的远程在线制造;拓展3D打印技术在生物医学、建筑、车辆、服装等更多行业领域的创造性应用。

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