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3D打印将如何“引爆”智能制造产业链?

2016-02-05 06:49
华静一
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  近年来,随着3D打印人体器官、3D打印个性服装等创意的公开报道,3D打印技术开始进入公众视野。从技术原理来讲,3D打印属于增材制造技术,它以三维数字模型为基础,通过一层又一层堆叠材料的方式来构造物体。在构建一个物品时,传统制造工艺通常采用切削、钻孔等“减材”方式,去除多余的材料,而3D打印则采用完全相反的理念,在计算机软件控制下,将材料逐层叠加起来,从无到有地构建物品。

  3D打印不仅仅是炫酷的前沿科技,更是有望革新制造业的“潜力股”。制造业的全流程都可以引入3D打印,起到节约成本、加快进度、减少材料浪费等效果。在设计环节,借助3D打印技术,设计师能够获得更大的自由度和创意空间,可以专注于产品形态创意和功能创新,而不必考虑形状复杂度的影响,因为3D打印几乎可以完成任何形状的物品构建。在生产环节,3D打印可以直接从数字化模型生成零部件,不需要专门的模具制作等工序,既节约了成本,又能加快产品上市。此外,传统制造工艺在铸造、抛光和组装部件的过程中通常会产生废料,而相同部件使用3D打印则可以一次性成形,基本不会产生废料。在分销环节,3D打印可能会挑战现有的物流分销网络。未来,零部件不再需要从原厂家采购和运输,而是从制造商的在线数据库中下载3D打印模型文件,然后在本地快速打印出来,由此可能导致遍布全球的零部件仓储与配送体系失去存在的意义。

  原型制作应用较多

  3D打印不是一种技术,而是一系列快速成型技术的统称。按照基本原理的差异,3D打印技术可划分为七大类:材料挤出、材料喷射、片层压和容器内光聚合、直接能量沉积、粉末床熔合、黏结剂喷射。每个大类又可细分为不同的工艺。总体来看,每种工艺各有所长,适用于不同的场景。

  目前,3D打印应用较多的场景是原型制作。不同行业领域的原型制作,又对3D打印的材料、工艺和性能有独特要求。在医学模型制作场景下,通常对模型的表面质量和精度要求较高,但不要求耐用性和长久保存,因此,一般选用容器内光聚合技术,使用液态光敏树脂等材料,打印超高精度的齿科牙模、医学模型等。在汽车、电子等行业的测试模型制作中,由于对成型速度要求较高,可以使用黏结剂喷射技术,该技术的缺点是打印精度不高,并且成型部件强度偏低。在消费品领域,需要制作创意玩具、家装用品模型时,通常使用材料挤出工艺,其打印设备和材料成本较低,操作也更加简单。

  直接零部件制造场景下,通常对强度、硬度等机械性能有较高的要求,因此一般选择直接能量沉积和粉末床熔合等可以使用金属材料的工艺。其中,直接能量沉积技术可使用钛、不锈钢等作为原料,利用激光和电子束等热源,构造高性能的金属部件,能够直接制造航空航天等高端工程领域的复杂零部件。粉末床熔合技术也可以使用金属材料直接制造零部件,但是,其成型尺寸受限于粉末床的大小,难以构造大型部件。

  暂时局限于小规模市场

  3D打印技术已诞生30余年,但是,由于技术成熟度等因素的影响,其应用一直局限于产品设计和模型制造等小规模市场。未来,3D打印要拓展应用领域,最根本的是要解决打印精度、致密度、速度和打印成本等方面的问题。因此,业界主体各显神通,针对这些问题开展技术攻关,助力3D打印技术规模化应用。

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