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中国3D打印设备产量大幅增长,3D打印何以如此?

放大字体 缩小字体 发布日期:2020-11-24 12:02:34   浏览次数:165


三是完成复杂结构的实现以提升产品性能。传统减材制造方式在复杂外形和内部腹腔结构的加工上具有局限性,而增材制造可以通过进行复杂结构的制造来提升产品性能,在航空航天、模具加工等领域具备减材制造方式无可比拟的优势。

比如,一台 3D 打印机可以打印出许多形状,它可以像工匠一样每次都做出不同的零件。对于传统的机床生产线来说,要加工不同形状的零件,需要对产线进行复杂的调整。因此,增材制造尤其适合定制化的、非批量生产的物品。

事实上,一开始,3D打印主要是在模具制造、工业设计等领域被用于制造模型,后逐渐用于某些产品或零部件的直接生产制造,包括在航空航天、工程施工、医疗、教育、地理信息系统、汽车等垂直领域都有所应用。

2015年,美国国家航空航天局(NASA)基于3D打印技术,打印出航空火箭发动机的头部。这使得零件大量减少,焊缝也随之减少,降低了火箭发动机出现故障概率的同时,使得迭代周期缩短、成本降低。

在迪拜,政府选择用3D打印来建造政府大楼。3D打印建筑主要作业由机器完成,一体成型,建筑速度快,工人的作用多为操作和检验3D打印机的工作情况,因此对人力的需求比传统建筑行业少。

2019年,以色列特拉维夫大学宣布该学校实验室3D打印出了一颗“心脏”,这不仅是一个外观打印的心脏,这是世界上第一个利用患者自己的细胞和生物材料3D打印出的三维血管化的工程心脏,也就是具有血管组织的三维人造心脏。

而今年5月我国首飞成功的长征五号B运载火箭上,搭载着我国新一代载人飞船试验船,船上还搭载了一台“3D打印机”。这是我国首次太空3D打印实验,也是国际上第一次在太空中开展连续纤维增强复合材料的3D打印实验。

显然,随着技术的逐步成熟,3D打印也不断展现着其商业价值,但在从小众走向大众前,3D打印仍然面对一些悬而未决的困境。

陈根:从制造到智造,3D打印已经入场

3D打印的未经之路

当3D打印逐渐地走进人们的生产生活中时,人们也在一步步在把万物皆可打印推向现实,巨大发展前景和广阔应用空间令行业期待。但是同时,作为一项快速发展的技术,要想发挥3D打印的积极影响,仍有很长的路要走。

一方面,对于标准产品的加工,3D 打印的规模效益不如传统的加工方式。相比传统的加工方式来说,3D 打印制造过程中的固定成本更少,这导致在规模化生产标准产品时,3D打印制造的边际成本下降不如传统的加工方式。

比如,使用传统的注塑方式加工一个橡胶零部件,所使用的模具属于固定成本。由于产品是标准化的,批量加工该零部件时,就使得每个零部件分摊的该项固定成本变小。因此,利用该模具加工的零件趋向于无限多,则每个零部件均摊的成本趋近于0;而如果利用3D打印加工该零部件,不需要用到任何模具,因此即使用该技术批量加工完全相同的零部件,也不存在均摊的固定成本降低的情况。

另一方面,对于3D打印来说,当前可用的原材料种类仍然有限。从当前的情况来看,3D打印技术能加工的材料种类不如传统加工方式多,主要有两个原因:一是由于对于性质不同的原材料,往往使用的设备原理有所不同,因此可以使用的原材料种类的开发,受限于对应的设备研发进展。

二是由于 3D 打印的原材料往往需要特定的形态,例如金属 3D 打印常使用金属粉末作为原材料,且对金属粉末的均匀度、含氧量、颗粒大小等都有所要求。相对于型材来说,粉末的加工难度更高,且相应的产业链尚不如传统材料那样广泛而庞大。

而对于利用ABS 塑料、光敏树脂等非金属进行的打印来说,目前市场上已经有比较多的原材料供应商,原材料的成本已经不是制约该技术发展的瓶颈。但对于金属、高端聚合物材料来说,由于供应产能的限制,价格仍然比较昂贵。

此外,3D打印的零部件力学性能以及金属 3D 打印在加工精度、表面粗糙度、加工效率等方面仍有空间精进。同时,成品是否坚固耐用,用户认知度是否提升,知识产权是否面临更多的侵权风险都是3D打印在发展过程中必经却未经之路。

陈根:从制造到智造,3D打印已经入场

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关键词: 打印 大众 制造

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