3D打印自誕生以來,就被視為(wei) 一項引領產(chan) 業(ye) 革命的技術,其使用範圍和被打印物品的形態一直在拓展。3D打印技術也是當今各國製造業(ye) 競相積極研究的前沿領域。2014年11月19日,澳大利亞(ya) 研究理事會(hui) 聯合多個(ge) 工業(ye) 合作夥(huo) 伴共同投資900萬(wan) 澳元成立了一個(ge) 專(zhuan) 注於(yu) 3D打印技術研發及應用的研究中心。該研究中心全稱是“澳大利亞(ya) 研究理事會(hui) 研究中心—通過高價(jia) 值增材製造轉化澳大利亞(ya) 製造業(ye) ”,由澳大利亞(ya) 莫納什大學增材製造中心主任吳鑫華教授領導。
航空、醫藥、汽車製造是應用熱點
3D打印技術目前主要應用於(yu) 航空航天、醫療製藥和汽車製造等行業(ye) ,這些行業(ye) 正在尋求創新技術以生產(chan) 高性能、結構複雜的工程部件。吳鑫華介紹:“目前應用3D打印技術的行業(ye) 普遍具有高附加值、對創新要求高等特點,其中最具代表性的是航空航天業(ye) 。去年,一些通過3D打印技術生產(chan) 的飛機發動機已通過試驗,達到國際適航標準,今年一些歐美航空發動機公司已準備開始批量訂購。”
醫療製藥這一關(guan) 係民生的領域也是3D打印技術的研究和應用熱點之一。今年10月,墨爾本聖文特森醫院的一名醫生使用3D打印技術幫助一名澳大利亞(ya) 男子製造出了其腳跟骨的複製物,以避免他因為(wei) 癌症而失去一條腿。
3D打印技術在醫療界的研究和應用不斷帶來令人振奮的消息,不過吳鑫華也指出,目前類似手術還僅(jin) 是個(ge) 案,距離成為(wei) 常規醫療手段還需時日。新藥物、新療法的審批通常需要建立在數年、大規模的臨(lin) 床試驗基礎上,目前這些工作都尚在進行中。
但3D打印在醫療界的應用也並非遙不可及,吳鑫華說:“莫納什大學目前已與(yu) 南京鼓樓醫院、江蘇省人民醫院簽約合作,莫納什大學通過3D打印技術把‘量身定製’醫療器械和植入構件變成現實,比如打印適合左利手醫生使用的醫療器械等。”
3D打印技術優(you) 勢不可替代
3D打印技術在產(chan) 業(ye) 化應用上具有不可替代的優(you) 勢。目前,3D打印技術的熱點研究領域是打印具有挑戰性且實用性強的是金屬材質。在過去的四五年裏,得益於(yu) 大功率纖維激光技術發展,較為(wei) 先進的粉末床打印技術飛速發展。粉末床打印技術通過激光熔化金屬,能夠精準製造出複雜部件,而且部件的組織結構和力學性能具有高度的重複性,這是工業(ye) 化生產(chan) 的一個(ge) 必要前提。莫納什大學去年從(cong) 德國引進了一台世界上尺寸最大的金屬打印機,打印尺寸可達600*400*500毫米,這台打印機目前全負荷使用。
談起這項技術的優(you) 勢,吳鑫華說:“首先,它提高了生產(chan) 效率。以往,一個(ge) 工業(ye) 部件從(cong) 設計到出成品通常需要一兩(liang) 年時間,3D打印技術可以把這個(ge) 過程縮短到幾天。其次,它提高了製造複雜構件的可行性。傳(chuan) 統的鑄造、鍛造等技術難以製造結構複雜的部件,而這恰恰是3D打印技術擅長的。”
吳鑫華認為(wei) ,3D打印之所以被稱為(wei) 具有世界性革命意義(yi) 的技術,比起工業(ye) 上的起步,更需要引起注意的是它打破了人們(men) 的傳(chuan) 統思維方式。“過去,設計人員在構思時會(hui) 有不確定產(chan) 品是否可以生產(chan) 的顧慮,現在他們(men) 大可以放開束縛自由設計。同時,這項技術為(wei) 未來的教育打開了一片新天地,促進對兒(er) 童想象力和思維的開發。”
熱技術需要冷思考
在吳鑫華看來,目前國內(nei) 對3D打印技術熱度過高,而理性不足。她說:“過去國內(nei) 對3D打印的研究主要集中在噴粉技術,粉末床打印主要是針對塑料材料,近兩(liang) 年才開始重視金屬粉末床3D打印,但目前仍過分注重打印形態而忽視了其實用性。”她認為(wei) ,實現3D技術工業(ye) 化發展不能盲目,用戶需要與(yu) 專(zhuan) 業(ye) 人士合作,而不能僅(jin) 僅(jin) 寄希望於(yu) 一台3D打印機,更不能僅(jin) 追求‘形似’,而忽略其實用性能。
她建議,利用3D打印技術製造產(chan) 品,特別是高附加值的產(chan) 品,如航空航天部件,用戶一定需要跟專(zhuan) 業(ye) 技術人員緊密合作。這些產(chan) 品對機械性能要求很高,在打印過程中要根據材料選用不同加工參數,如掃描速度、激光功率等,都需要材料工程專(zhuan) 家反複實驗和通過優(you) 化研究來調節。
3D打印的出現被看作是一項引領產(chan) 業(ye) 革命的技術,距離人們(men) 期待的產(chan) 業(ye) 化應用已經很接近。吳鑫華認為(wei) ,目前主要有兩(liang) 種情況阻礙了3D打印產(chan) 業(ye) 化的步伐——一是有資金、市場而沒有技術,二是有技術卻沒有市場和足夠資金。此外,她還指出,由於(yu) 尺寸限製,3D打印技術畢竟不可能替代所有生產(chan) 工藝,一些較大的構件和產(chan) 品數量大的構件仍需要傳(chuan) 統技術製造。
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