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3D打印带动变革 国内应用尚未起步

【发表时间:2020-06-27 19:51:41 来源:鸿发网】
通过特殊的打印机将一把立体的小提琴或一个生物肝脏打印出来,并且还能够使用……看起来似乎不可思议,但在现实中这一切不仅可以实现,而且还能在小范围内定制生产。这就是当前业界热烈讨论的3D打印技术。3D打印 从模型到成品3D打印技术在上世纪90年代就由美国科学家发明,但是普遍得到关注和实践是近两年的事情。3D打印技术又称三维打印技术,主要是由CAD(计算机辅助设计)数据通过成型设备以材料累加的方式制成实物。它通过对电脑中三维软件的识别,进行STL(三角网格格式)转换,再结合切层软件确定摆放方位和切层路径,并进行切层工作和相关支撑材料的构造。最后3D打印机使用喷头将固态的线型成型材料加热成半熔融状态之后挤出来,和支撑材料自下而上,一层一层地构铸成最终实体。简单地说,可以理解为软件把物体分成若干个横截面,而三维打印机将这些横截面一层一层地沉淀、堆积,最终形成所需要的实体。3D打印机与普通打印机工作原理基本相同,打印机内装有液体或粉末等“印材料”,与电脑连接后,通过电脑控制把打印材料一层一层叠加起来,最终把计算机上的蓝图变成实物。这一技术与传统的去除材料加工技术完全不同,起先主要是供工程师们快速而廉价地制造产品模型,但现在,随着3D打印机的处理能力不断提升,它开始在多个领域得到应用。人们用它来制造服装、汽车、巧克力甜品等。例如,如果用3D打印机来打印机械装配图,打印出的齿轮、轴承、拉杆等都可以正常活动,而腔体、沟槽等形态特征位置准确,甚至可以满足装配要求,打印出的实体还可通过打磨、钻孔、电镀等方式进一步加工。同时粉末材料不限于砂型材料,还有弹性伸缩、高性能复合、熔模铸造等其他材料。沃勒斯同仁咨询公司总裁特里·沃勒斯说,3D打印产品和服务去年的销售额是17亿美元,而零部件生产占到近1/4。到2019年,该行业的收入将达69亿美元,其中零部件制造预计将占80%。3D打印 先进制造方式的变革3D打印被认为是先进制造技术和生产方式变革的产物。《经济学家》编辑保罗·麦基里认为,智能软件、新材料、机器人、新制造方法(例如3D打印)及基于网络的商业服务模式这5大要素正共同推动制造业向数字化方向发展,即我们正在经历的第三次工业革命。工业和信息化部副部长苏波认为,3D打印将使我国甚至全球的制造工艺、制造模式产生革命性变化。传统的制造工艺是对原材料进行剪裁、拼接后连接而成,而3D打印是通过软件设计,一层一层堆积材料把产品做出来。同时节省材料和加工时间。从制造模式上看,过去是生产线规模化生产,今后则可能更多的是个性化的定制生产,产品上市时间缩短,同时不再需要库存大量零部件,也不需要大量生产。3D打印的优点表现在无需机械加工或任何模具,就能直接从计算机图形数据中生成任何形状的零件,从而极大地缩短产品的研制周期,大幅减少材料浪费,提高生产效率和降低生产成本。而且它还可以制造出传统生产技术无法制造的外形。北京中科辅龙计算机技术股份有限公司董事长兼总裁唐卫清告诉《中国电子报》记者,在企业的具体应用中,3D打印通过快速成型来对产品进行前期功能测试,优化生成工艺;其产生的真实模型能更好地让设计师或工程师从视觉和触觉两方面对设计进行感知并反馈,从而以低成本尝试更多的创意设计;企业还可以利用全彩的三维模型作为强大的营销工具。目前,国内3D打印快速成型技术主要应用在概念设计阶段。3D打印 国内应用还在萌芽总体上看,国内3D打印技术无论在技术还是在应用上与国外比较都有一定差距。PTC公司资深产品经理钱伟勋告诉《中国电子报》记者,现在的3D打印是快速成型的一个部分,而国际上快速打印技术从软件方面来说已非常成熟,难点还是在于硬件方面,比如材质材料,既要满足精细的要求,又要满足强度的要求,还要满足批量的要求(有时快速成型一个东西需要2个小时,因此无法达到批量)。他指出,从当初做快速成型到现在的3D打印,实际上都差不多,只不过改了一个名字,并不是新鲜事物。广州中望龙腾有限公司副总经理刘玉峰告诉《中国电子报》记者,从产品角度来说,目前国内3D打印技术与国外差距主要在于精度、速度和打印的尺寸。他解释说,3D打印软件主要是接收和处理三维CAD系统输出的三维模型信息(主要是STL格式),之后对模型进行分层,将处理好的层片文件输入3D打印机,3D打印机对接收处理后的层片文件进行快速成型制造。STL格式的读取转换、分层技术、加工轨迹控制技术这3点是3D打印软件的核心。在这些关键领域,国外3D打印厂商一般开发自己的软件并发展多年,如3D SYSTEM。而国内目前尚停留在实验室阶段,主要研发力量集中在高校,尚未有得到市场认可及获得一定应用的软件技术出现。唐卫清也指出,国内3D打印技术还需要在几何图形优化、描绘和材质贴图、对切割和中空部件做打印准备、支持任意三维软件生成的数据和对超大模型的自动分段等方面进一步提升。而在应用方面,刘玉峰认为,当前3D打印的相关产业成熟度还不足。短期看,3D打印的主要推广障碍在于使用成本,除了机器的初始购置成本,还包括耗材、后续处理设备、安装及使用培训及后期维护保养等成本。同时,3D打印的速度和精度相较传统机械加工尚有不足。但是从长期来看,随着国际上众多厂商及科研机构对3D打印各环节的深入研究,材料、打印精度、可靠性等逐步成熟,影响3D打印大规模应用的障碍有望被克服。由此,刘玉峰指出,在3D打印普及前的这段时间,我国应抓紧研发相关技术。一是材料方面,应该在打印材料的多样化,成型件的精度、表面质量、物理性能等方面下工夫钻研;二是软件方面,应该进行针对性开发并加快产业化进程。国内主流的CAD公司纷纷表达了对3D打印技术的关注,但同时也表明该技术的应用在国内还处在萌芽阶段。北京数码大方市场部总经理杨维明告诉《中国电子报》记者,虽然3D打印是近年来出现的技术和应用,但是国外发展很快。国产三维CAD目前部分功能与国际同行业水平相似,并在适合国人操作习惯等方面具有自己的特色和优势,然而3D打印在国内还没有应用市场。3D打印机的出现为数字制造提供了无限想象的空间,有人提出3D打印机将可能改变世界,中国航天科技集团总工程师杨海成认为,3D打印技术是一项非常有潜力的技术。要正确认识它所带动的这一场技术变革、产业变革和工业体系的提升。信息技术,包括3D技术,给制造业带来的是全方位的应用、渗透、融合、变革和创新。[!empirenews.page]
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