3D打印：深入探析3D打印產(chǎn)業(yè) 5問題待解
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近日，主題為“我國3D打印技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)”的西苑沙龍?jiān)诰┡e行。國內(nèi)外著名大學(xué)、研究機(jī)構(gòu)及產(chǎn)業(yè)界的院士、專家、學(xué)者與企業(yè)家代表，各陳所學(xué)，互動(dòng)交流。
一幅針對(duì)3D發(fā)展現(xiàn)狀和應(yīng)用需求的立體圖景被還原出來。
解讀3D打印身份
3D打印“材料疊加”的
英國科學(xué)家打印出了“終結(jié)者機(jī)械手臂”；日本年度預(yù)算申請(qǐng)支持3D打印金屬產(chǎn)品的技術(shù)研發(fā)；3D打印讓法國病人重獲鼻子……以上是記者15日發(fā)稿時(shí)搜到的信息。如果你與人聊天談?wù)?D打印，請(qǐng)注意及時(shí)儲(chǔ)備談資，因?yàn)榫W(wǎng)上有關(guān)此話題的更新，以小時(shí)為單位。
近日，主題為“我國3D打印技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)”的西苑沙龍?jiān)诰┡e行。國內(nèi)外著名大學(xué)、研究機(jī)構(gòu)及產(chǎn)業(yè)界的院士、專家、學(xué)者與企業(yè)家代表，各陳所學(xué)，互動(dòng)交流。
一幅針對(duì)3D發(fā)展現(xiàn)狀和應(yīng)用需求的立體圖景被還原出來。
解讀3D打印身份
3D打印“材料疊加”的核心制造思想起源于美國。一個(gè)名叫Carlo Baese的人，在其研究專利提出，用光敏聚合物制造塑料件。這是很早以前的事了，早到1902年。
你聽說過“增材制造”嗎？
就像你可能不知阿爾茨海默病就是老年癡呆一樣，3D打印其實(shí)是一個(gè)通俗、形象的概念，在學(xué)術(shù)界一般被稱為増材制造、堆積制造、增量制造或快速原型制造。現(xiàn)在，這一技術(shù)是指基于離散材料逐層堆積的成形原理，依據(jù)產(chǎn)品三維CAD模型，通過軟件與數(shù)控系統(tǒng)將特制材料逐層堆積固化，制造出實(shí)體產(chǎn)品的數(shù)字化制造技術(shù)。
這是一項(xiàng)融合了計(jì)算機(jī)軟件、材料、機(jī)械、控制、網(wǎng)絡(luò)信息等多學(xué)科知識(shí)的綜合性系統(tǒng)性的技術(shù)。從原理上來講，整個(gè)過程一般包括五個(gè)環(huán)節(jié)：一是產(chǎn)品三維建模，二是層片數(shù)據(jù)生成與傳輸，三是能束逐層掃描材料，四是材料熔化，五是材料逐層疊加。
根據(jù)采用工藝裝備和材料的不同，3D打印技術(shù)大致可以分為粉末材料能束燒結(jié)或熔化成形、絲狀材料熔融沉積（FDM）、液態(tài)樹脂固化成形、液體噴墨打印成形幾類。
3D打印的三大“舞臺(tái)”
“如果真的是（有用），那我的‘郭’字倒過來寫。”制造業(yè)大佬、鴻海董事長(zhǎng)郭臺(tái)銘在今年6月底如是評(píng)價(jià)3D打印技術(shù)。當(dāng)然此言本質(zhì)上并不是否定該技術(shù)，其企業(yè)30年前就在使用3D打印機(jī)，只是至今這項(xiàng)技術(shù)都無法幫助其大量生產(chǎn)工業(yè)產(chǎn)品——現(xiàn)代汽車或家電都是在流水線上誕生，目前我們還不能指望打印機(jī)取代流水線。
3D打印當(dāng)然有著大顯身手的舞臺(tái)，首先是復(fù)雜結(jié)構(gòu)的快速制造，理論上只要能設(shè)計(jì)出三維結(jié)構(gòu)模型，我們就可以在無需刀具、模具及復(fù)雜工藝條件下快速地將設(shè)計(jì)變?yōu)閷?shí)物；二是個(gè)性化定制，3D打印非常適合個(gè)性化定制生產(chǎn)、小批量生產(chǎn)以及產(chǎn)品定型之前的驗(yàn)證性產(chǎn)品制造；三是3D打印技術(shù)目前主要適用于附加值產(chǎn)品制造、個(gè)性化產(chǎn)品以及產(chǎn)品大規(guī)模生產(chǎn)前的研發(fā)與設(shè)計(jì)驗(yàn)證等環(huán)節(jié)的制造。
應(yīng)用領(lǐng)域擴(kuò)大 從端走向普及
上世紀(jì)90年代是3D打印技術(shù)蓬勃發(fā)展時(shí)期，至少有十幾種新工藝和新系統(tǒng)設(shè)備先后面世，但其大紅大紫還是在奧巴馬提出振興制造業(yè)的戰(zhàn)略之后。
這一速度的發(fā)展之快，受關(guān)注之，從頻頻見諸媒體就可感受到。它的發(fā)展也是體現(xiàn)在這一行業(yè)的各個(gè)環(huán)節(jié)和層面。
首先是從快速原型、工藝輔助等間接制造向零部件直接制造轉(zhuǎn)變。近年來，利用粉末材料的3D打印技術(shù)成為零部件直接制造領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)和前沿。其中，利用小功率激光器和粉床工藝的選擇性激光熔化技術(shù)（SLM技術(shù)）設(shè)備才出現(xiàn)兩三年，但已經(jīng)在鈦合金、鎳基溫合金等特種合金零件的快速制造方面顯示出了強(qiáng)大的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。美國AeroMet公司使用LENS技術(shù)制造的次承力結(jié)構(gòu)件在F-18戰(zhàn)斗機(jī)上實(shí)現(xiàn)了裝機(jī)應(yīng)用。
接下來是多學(xué)科交叉融合發(fā)展，3D打印應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大。3D打印與生物學(xué)科、信息學(xué)科、材料學(xué)科交叉融合為3D打印技術(shù)提供了更為廣闊的發(fā)展空間。3D打印技術(shù)與生物工程的結(jié)合已成功應(yīng)用于人體器官的再制造。
三是3D打印裝備向產(chǎn)品化、系列化和專業(yè)化方向發(fā)展。制件成形精度和效率提是產(chǎn)品化、系列化和專業(yè)化發(fā)展的目標(biāo)。
第四是形成了相對(duì)完整的3D打印制造產(chǎn)業(yè)鏈，并形成了一定的產(chǎn)業(yè)規(guī)模和市場(chǎng)銷售。歐美國家已經(jīng)形成了包含材料制備、相關(guān)軟件、工藝、裝備、管理、創(chuàng)意服務(wù)和應(yīng)用等相對(duì)完整的產(chǎn)業(yè)鏈。據(jù)《Wohlers Report 2010》統(tǒng)計(jì)，3D打印應(yīng)用領(lǐng)域包括消費(fèi)產(chǎn)品/電子產(chǎn)品行業(yè)、汽車行業(yè)、醫(yī)療/牙科行業(yè)以及航空航天、建筑等行業(yè)。據(jù)預(yù)測(cè)，到2025年，3D打印技術(shù)潛在的經(jīng)濟(jì)影響將達(dá)到2300—2500億美元。
與我們生活相關(guān)的是，3D打印裝備從端型走向普及型。低端3D打印裝備銷量的急劇增加促使了3D打印裝備總銷量的快速增長(zhǎng)，也說明了3D打印制造裝備從端型向普及型快速轉(zhuǎn)變。現(xiàn)在在淘寶網(wǎng)上，便宜幾千元就可以買到一部3D打印機(jī)。如果你迫不及待想試試打印出自己設(shè)計(jì)的模型，可以考慮購買一臺(tái)。
我國與國外基本同步
我國自上世紀(jì)90年代初，便在國家自然科學(xué)基金委和國家科技部的支持下開始研究該項(xiàng)技術(shù)，相比較其他制造領(lǐng)域，我國3D打印技術(shù)與國外基本上同步啟動(dòng)、同步發(fā)展。
特別是在科技部多個(gè)五年計(jì)劃的持續(xù)支持下，華中科技大學(xué)、西安交通大學(xué)、清華大學(xué)、北京航空航天大學(xué)、西北工業(yè)大學(xué)等一批科研院所開展了幾乎所有主流的3D打印技術(shù)研究，研發(fā)出一批3D打印裝備，建立了兩個(gè)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、1個(gè)國家工程中心，以及若干生產(chǎn)力促進(jìn)中心，在航空、汽車、生物、電子等行業(yè)進(jìn)行應(yīng)用驗(yàn)證，為持續(xù)研究與應(yīng)用推廣打下了良好的基礎(chǔ)。
另外，神龍汽車、長(zhǎng)安福特、奇瑞汽車、廣西玉柴機(jī)器有限公司、東風(fēng)汽車公司等一批企業(yè)則利用3D打印技術(shù)于多種零部件和產(chǎn)品的設(shè)計(jì)開發(fā)和生產(chǎn)應(yīng)用中。
未來5年，我國可重點(diǎn)圍繞端工業(yè)產(chǎn)品和大眾個(gè)性化消費(fèi)產(chǎn)品兩大類對(duì)象，加強(qiáng)3D打印有關(guān)的基礎(chǔ)理論與成形微觀機(jī)理、設(shè)計(jì)方法、關(guān)鍵工藝技術(shù)研究，性能精度效率工藝裝備研制，以及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范制定。
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