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3D打印增材制作的昨日、今日、明日

日期:2024-05-21 03:21:49 来源:贝博ballbet艾弗森 作者:ballbet贝博bb登录

  3D打印代表着未来制作业开展的方向之一,但受限于现有技能及资料缺少,现阶段3D打印技能试验性用处大于实用性。哥本哈根未来研讨学院(CIFS)声誉主任约翰·彼得·帕鲁坦说过,咱们的社会通常会高估新技能的或许性,一起却又轻视它们的长时间开展潜力。

  我国高度重视增材制作工业开展,《我国制作2025》、《“十三五”国家科技立异规划》、《智能制作工程施行攻略(2016—2020))》、《工业强基工程施行攻略(2016-2020)》等开展规划及施行方案将增材制作配备及工业作为重要开展方向之一,以期推进工业继续快速开展。跟着增材制作工艺配备、专用资料、要害部件的技能打破以及服务形式的老练,必将带动工业化运用程度的加深,推进智能制作、产品规划和生命科学范畴的新一轮立异。增材制作工业已迎来了严重开展机会期,仍将处于高速增加时间,开展潜力巨大。

  增材制作俗称3D打印,是以数字模型为根底,将专用的金属资料、非金属资料以及医用生物资料,依照揉捏、烧结、熔融、光固化、喷发等方法逐层堆积,制作出实体物品的制作活动。增材制作技动力于20世纪80年代美国科学家Charles Hull发明的光固化(SLA)技能,Charles Hull于1986年景立了3D Systems公司并在同年发布了全球榜首款商用3D打印机,敞开了增材制作技能的工业化进程。

  经过近30 年的开展,现在美国现已成为增材制作抢先的国家。3D打印技能不断融入人们的日子,催生出许多新的工业。人们能够用3D 打印技能自己规划物品,使得发明越来越简单。美国为坚持其技能抢先位置,最早测验将3D 打印技能运用于航空航天等范畴。1985 年,在五角大楼主导下,美国隐秘开端了钛合金激光成形技能研讨,直到1992 年这项技能才公之于众。2002 年,美国宇航局(NASA)就研制出3D打印机,能制作金属零件。

  我国增材制作技能开展起步于20世纪90年代初,经过多年的开展,现已具有了杰出的技能根底,在部分范畴构成了部分技能优势,打破了一批要害工艺技能和配备,工业化进程显着加速,职业运用不断拓宽和深化。

  一是工业化进程加速。据我国增材制作工业联盟不彻底统计,2016年上半年,我国增材制作工业规划已超30亿元,同比增加50%以上,工业规划完成了较快增加。

  二是工艺技能水平前进。2015年以来,我国增材制作的工艺技能水平加速前进,工艺配备、要害零部件等重要环节要害核心技能获得开展。熔融堆积成形、光固化成形、激光选区烧结/熔化等一大批工艺配备完成工业化,部分增材制作工艺配备现已到达世界水平。

  四是职业运用继续拓宽深化。在航空航天、轿车、机械配备等范畴零部件模具开发成效明显。在医学运用范畴的探究方兴未已,国内的3D打印牙齿、骨骼修正技能现已老练,并在各大骨科医院、口腔医院快速遍及。

  增材制作是交融了核算机辅助规划、资料加工与成形技能,以数字化模型文件为根底,经过软件与数控系统将特制资料逐层堆积固化,制作出实体产品的制作技能。它与传统的、对原资料进行切削、拼装的加工形式不同,是经过资料累加的原理,从无到有的。这使得曩昔遭到传统加工方法的束缚,而无法完成的杂乱结构制作变为或许。将大大简化产品规划,前进零部件的集成度,加速产品开发周期。

  榜首,新的出产形式。作为一种“无需东西”的数字化制作技能,增材制作将有或许改动某些产品的出产形式,给企业和顾客带来巨大的经济和社会效益。现在大型工厂的出产需求很多的机器、很多专业规划与加工技能人员才干完成。而关于增材制作来说,规划师将不需在工厂作业,在家中就能够把规划好的数字化文件发送到网络上,客户经过文件下载,运用3D打印机制作出契合需求的产品。这将完成出产形式的底子改造,从传统制作业的批量化、规划化、标准化制作改动为定制化、特性化、分布式制作。

  第二,新的规划理念。因为增材制作技能是经过层层堆积的方法来进行出产,能够制作出形状高度杂乱的产品。这使得曩昔遭到传统加工方法的束缚,而无法完成的杂乱结构制作变为或许。这将大大简化产品规划,前进零部件的集成度,加速产品开发周期。例如关于航空航天范畴来说,能够经过优化产品的几许形状来下降零部件分量,以此改善强度-分量比,下降燃料耗费。还能够经过多种资料部分区域的组分调理,完成单一零件的多功能化(即零件的不同部位完成不同的力学性能),以满意实践需求。一起,因为不触及熔炼、铸造、机加工等工序,增材制作能够使产品的研制周期缩短了30%~50%,显着缩短产品的开发本钱与周期。

  第三,新的商业形式。跟着数字技能的开展,增材制作与互联网结合起来还将使得顾客直接参加到产品生命周期傍边,从开始的规划进程、到出产制作、再到后期产品的修理,并凭借网络完成数字化文件的同享和买卖。这大大规避了传统制作业和零售业的价值链,影响了新的产品规划形式、出售商业形式和供给链管理形式的发生,使相关企业获益。顾客的参加一方面将大幅度前进企业的立异才干与研制实力,使立异鸿沟得以延伸,另一方面使产品更简单习惯商场需求,下降事务危险。

  第四,完成特性化产品制作。因为具有“自在规划”和“无需东西”的长处,增材制作将使得商业化特性制作成为或许,从运用X线电子核算机断层扫描(CT)和核磁共振成像(MRI)扫描数据打印出百分百契合患者需求的植入物,到特性化的消费品如鞋子、珠宝和家庭用品。跟着科技的进一步开展,运用增材制作技能还能够直接打印活体安排,制作出契合人体需求的人工器官,完成人工器官的再造将给现代医学带来一次革命性的改造。

  第五,适应绿色经济开展形式。相关于运用切削机床对毛坯进行加工的“减材制作”,增材制作削减了原资料的运用量,下降了对自然资源和环境的压力。此外,增材制作还可大大紧缩供给链,使得传统的离岸经济形式得以改动。它将答应在接近消费区域的地址进行同步出产,完成分布式制作。这将明显地削减将量产产品从出产地运送到消费地所耗费的很多动力,对当地经济、环境和顾客都颇具好处。

  榜首,增材制作可前进制作业开展水平,增强国家先进制作技能的世界竞争力。尽管我国制作业规划现已位居世界榜首,但总体上大而不强。跟着制作业逐渐完成数字化,特性化需求逐渐增多,新的改造正在悄然到来。这意味着一些传统工厂将逐渐消失,出产制作将从大型、杂乱、宝贵、冗长的工业进程中分离出来。部分高附加值产品的出产方法将像圆圈相同又绕回到了原点,从大规划出产转回到特性化出产。

  出产方针将不再是寻求规划经济,而是更快更灵敏的出产。这一改动将有或许导致新式商场的一些出产岗位从头回到发达国家手中。别的,增材制作和传统制作工艺的结合将可促进工业晋级。例如,机械零件制作所用的杂乱模具就能够经过增材制作技能出产。德国EOS经过此技能出产的一款产品,本钱下降了近85%,出产周期下降了50%,有力的促进了杂乱磨具和机械零件制作技能的前进。因而,面对发达国家实施的“制作业复兴方案”,活跃开展以增材制作为代表的先进制作业技能,带动传统制作业完成转型晋级,推进我国由制作大国向制作强国的改动,是稳固我国全球制作业榜首大国位置的战略需求。

  第二,增材制作能够下降宝贵资源的耗费,完成稀缺资料和其他资源的高效运用。因为增材制作选用堆积方法完成产品制作,超越90%的原资料能够收回再运用,此技能具有节料、节能、环保的特色。这关于一些很多运用于国民经济和国防工业的稀缺资源来说,具有重要的战略含义。例如在航空航天范畴,为完成零件的高性能,需求很多运用钛合金和镍基合金等宝贵的战略资料。而这些资料的加工好不容易,传统的铸造工艺会切削发生很多难以再运用的废屑,构成巨大的原资料糟蹋。如F22战机的钛合金框分量为144kg,但其原始锻件质量高到达2980kg,资料运用率仅为4.8%。运用增材制作技能,能够把高性能金属零件的资料运用率大幅度前进,节省2/3以上的宝贵原资料。

  第三,增材制作将在未来完成“活体”打印,催生生物医疗职业发生改造。增材制作技能最具开创性、革命性含义的运用是进行人体安排的“活体”打印。现在,全球的需求量巨大,仅美国就有11.4万人等候适宜的器官配对,每年有超越6600名患者在等候中过世。运用3D打印技能,则能够运用患者的细胞制作“活体安排”,用于处理此问题。尽管路途十分绵长,但前景十分令人等待。规划和制作有生命的人体安排,乃至是人体器官现已成为生命科学前沿研讨中的要点方向,其开展和运用正在催生一个新的学科——再生医学。未来20年内,再生医学的年产值将打破5000亿美元,替代惯例的生物资料成为生物医用资料工业的主体。因而,开展增材制作不只能够促进我国生物医药工业快速健康的开展,并且对前进国民健康水平也具有严重含义。

  第四,增材制作可激起的新式规划理念、出产方法和商业形式,将发明愈加杰出的价值链系统构成。增材制作不只是一种先进的制作技能,它还将对现有的规划理念、出产方法和商业形式发生冲击,使得制作和规划被整合成为“精益规划”形式。这不但会影响制作业自身,还将改动经济开展的形式和咱们的日子方法。增材制作将使得制作进程的杂乱性降至最低,而经过精益规划前进制作的灵敏度将成为工业开展趋势。面向制作的规划与面向安装的规划理念将逐渐为人承受,并成为职业领军企业完成立异之道的形式。这种改动恰恰投合了信息技能快速开展的趋势,如iTunes等数码产品的鼓起盘活了传统的音乐和影视工业,淘宝等电子商务的兴起激活了群众消费潜能开释相同,增材制作将有或许完成很多现有产品的数字化文件(3D模型文件)授权和买卖。

  关于不同的运用范畴来说,短期内增材制作技能还不足以替代传统的制作方法。但跟着打印资料价格的下降,打印尺度和速度的前进,增材制作技能在各运用范畴的浸透也将逐渐加深,人们会越来越多地运用到包括3D打印的零部件产品,乃至是彻底经过3D打印制作的产品。

  就航空航天和轿车范畴来说,增材制作将从部分零件制作开展到全体打印。相比较之下,生物医疗范畴则将从“非活体”打印逐渐进阶到“活体”打印。关于构思职业而言,增材制作技能所带来的冲击并非制作方法的改动,而是构思规划形式的逐渐改动。从愈加微观的视点来看,增材制作关于通用制作、供给链和商业的影响都可归于形式的改造,即出产形式、供给形式、商业形式的改造。这将意味着将有很多的新式中小企业将依托新构思蓬勃开展,他们将有才干以最小的资金投入完成出产的敏捷扩展。

  尽管现在增材制作工业在全球所占的比例还很小,但其开展速度和潜在的增值才干是惊人的。依据麦肯锡全球研讨院的研讨标明,到2025年,增材制作每年对全球经济的影响将到达2300亿~5500亿美元。

  其间,高附加值3D打印产品的直接消费对经济的冲击最大,规划将到达1000亿~3000亿美元。关于零部件出产和模具制作两个商场来说,其经济影响将别离到达1000亿~2000亿美元和300亿~500亿美元。在上述2个商场,估计经过运用增材制作技能,可削减产品制作进程中原资料的糟蹋和预处理工序,节省出产升本40%~55%,产品的商场比例也将增加到30%~50%。现在,全球制作业的GDP价值超越7万亿美元,触及全球12%的劳动力(3.2亿人)。久远来看,增材制作技能的运用推行将对全球经济带深远的影响,然而其影响程度,还取决于技能的未来开展方向。固然,增材制作的推行将使得劳动力要素在制作业中的重要性明显下降,削减出产本钱和劳动力本钱。

  因而,掌握增材制作开展的年代机会,活跃应对面对的应战与困运用规划3D打印产品直接消费直接用于出产制作东西及模具制作其他潜在运用(未核算规划)总计潜在经济影响规划1000~30001000~2000300~5002300~5500 2025年潜在经济影响规划2025年前景估计4万亿美元特性化产品或许经过3D打印制作杂乱医用植入体和模具零部件消费3000亿美元运输东西杂乱零部件消费4700亿美元3600亿美元全球打针成型塑料磨具商场相关产品中,3D打印产品替换率到达30%~50%30%~50%打针成型塑料模具产品选用3D打印对顾客来说,3D打印产品价格下降40%~55%经过运用高档3D打印模具下降出产本钱30%假定顾客介入,5%~10%的相关产品(如玩具)可完成3D打印每个3D打印产品60%~80%的增值产品价格下降35%~60%个人化产品增值10%估计2025年潜在影响2025年潜在规划化出产才干或收益/亿美元难,理性评价技能和工业开展的程度,才干推进这种先进技能的快速健康开展,使其前景变为实际。回来搜狐,检查更多

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