3D打印,學術一點叫增材製造,是20世紀80年代中期發展起來的一種技術。
(一)製造中的3D打印:解放設計的利器
相較於(yu) 傳(chuan) 統製造來說,3D打印技術的突破性在於(yu) 它從(cong) 成形原理上完全不同於(yu) 以往製造模式。
3D打印的出現讓製造過程簡化為(wei) 一層一層的堆積。一方麵再複雜的結構也不會(hui) 對製造成本造成太大的影響。
另一方麵,可以解放設計師,不再受形狀、材質等束縛,任意發揮。
(二)生產(chan) 中的3D打印:眾(zhong) 包一下
在美國,一家創意產(chan) 品電商就實現了基於(yu) 大量社會(hui) 3D打印機的製造網絡。用戶可以在網絡上提交自己的產(chan) 品創意,也可以對網站上其他人的創意進行投票或改進。
圖|眾(zhong) 包模式
利用這種方式,讓社區、大眾(zhong) 參與(yu) 產(chan) 品開發的整個(ge) 過程,包括提交創意、評估、虛擬設計、預售、生產(chan) 、銷售等多個(ge) 流程。同時大批3D打印機形成製造網絡,從(cong) 創意提交、虛擬設計到實物製造,構成了完整的眾(zhong) 包網絡。
3D打印機具有廣泛的製造適應性,可以加工任意形狀的產(chan) 品,這就提供了一種統一的製造手段,可以說3D打印的意義(yi) 不隻是一種新的製造手段,還激發了一種新的生產(chan) 模式。
(三)3D打印出來的東(dong) 西能用嗎?
3D打印的零件能不能用,關(guan) 鍵要解決(jue) 精度和強度兩(liang) 大關(guan) 鍵問題。
經過二十多年的發展,科學家已經開發出數十種成形方法,目前比較成熟、應用比較普遍的增材製造技術有以下幾種:
光敏材料選擇性光固化(SLA)增材製造(如下圖);
粉末材料選擇性激光燒結(SLS)增材製造(如下圖);
絲(si) 狀材料融化沉積成形(FDM)增材製造(如下圖);
薄型材料分層切割(LOM)增材製造。
其中激光燒結技術廣泛應用於(yu) 金屬材料的3D打印上,造出來的金屬零件相較於(yu) 常見的塑料3D打印零件有更好的強度。
國內(nei) 一些研究機構將激光成型技術用在C919大飛機結構件的快速成型上,使中國成為(wei) 迄今世界上唯一掌握大型整體(ti) 鈦合金關(guan) 鍵構件激光成型技術並成功實現裝機工程應用的國家。
圖|國產(chan) 3D打印的C919鈦合金翼梁
(四)科幻感十足的3D打印新方法
在2015年,科學雜誌報道了一種快速3D打印技術,它是利用光固化樹脂,氧氣作為(wei) 抑製劑,三維立體(ti) 物體(ti) 在液體(ti) 中成型,試驗中打印一個(ge) 迷你艾菲爾鐵塔隻需6分鍾就可以完成。
這項技術,使傳(chuan) 統3D打印機械技術變成了光化學過程,打印時間也大幅度縮短,打印精度得到了跨越式的提升,科幻感十足。
(五)中國3D打印:技術有突出,工業(ye) 化不足
相較於(yu) 世界領先3D打印水平,中國在產(chan) 業(ye) 化進程上雖存在一定的差距,但在部分核心技術和市場應用仍具有先進一麵。
技術上,中國增材製造技術的自主創新能力處於(yu) 世界領先地位,在利用選擇性激光燒結( SLS)技術製造大型零部件領域,中國走在美國之前。
材料上,國內(nei) 有些金屬材料與(yu) 國外差距較小,有希望實現進口替代;設備方麵,一些企業(ye) 正在研發3D打印設備,增強市場競爭(zheng) 力;應用上,中國的3D打印市場快速增長,增速遠超全球。
圖|國產(chan) 激光3D打印的鈦合金戰機結構件
隨著材料種類的增加、性能的改進,3D打印在全球的應用領域必將不斷擴大,用途也將越來越廣泛。
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