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打印技術的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢”的西苑沙龍在京舉行。國內(nèi)外著名大學、研究機構及產(chǎn)業(yè)界的院士、專家、學者與企業(yè)家代表，各陳所學，互動交流。
一幅針對3D發(fā)展現(xiàn)狀和應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
英國科學家打印出了“終結者機械手臂”；日本年度預算申請支持3D打印金屬產(chǎn)品的技術研發(fā)；3D打印讓法國病人重獲鼻子……以上是記者15日發(fā)稿時搜到的信息。如果你與人聊天談論3D打印，請注意及時儲備談資，因為網(wǎng)上有關此話題的更新，以小時為單位。
近日，主題為“我國3D打印技術的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢”的西苑沙龍在京舉行。國內(nèi)外著名大學、研究機構及產(chǎn)業(yè)界的院士、專家、學者與企業(yè)家代表，各陳所學，互動交流。
一幅針對3D發(fā)展現(xiàn)狀和應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打印其實是一個通俗、形象的概念，在學術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，制造出實體產(chǎn)品的數(shù)字化制造技術。
這是一項融合了計算機軟件、材料、機械、控制、網(wǎng)絡信息等多學科知識的綜合性系統(tǒng)性的技術。從原理上來講，整個過程一般包括五個環(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打印技術大致可以分為粉末材料能束燒結或熔化成形、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”
“如果真的是（有用），那我的‘郭’字倒過來寫。”制造業(yè)大佬、鴻海董事長郭臺銘在今年6月底如是評價3D打印技術。當然此言本質(zhì)上并不是否定該技術，其企業(yè)30年前就在使用3D打印機，只是至今這項技術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取代流水線。
3D打印當然有著大顯身手的舞臺，首先是復雜結構的快速制造，理論上只要能設計出三維結構模型，我們就可以在無需刀具、模具及復雜工藝條件下快速地將設計變?yōu)閷嵨铮欢莻�性化定制，3D打印非常適合個性化定制生產(chǎn)、小批量生產(chǎn)以及產(chǎn)品定型之前的驗證性產(chǎn)品制造；三是3D打印技術目前主要適用于附加值產(chǎn)品制造、個性化產(chǎn)品以及產(chǎn)品大規(guī)模生產(chǎn)前的研發(fā)與設計驗證等環(huán)節(jié)的制造。
應用領域擴大 從端走向普及
上世紀90年代是3D打印技術蓬勃發(fā)展時期，至少有十幾種新工藝和新系統(tǒng)設備先后面世，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打印技術成為零部件直接制造領域的研究熱點和前沿。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（SLM技術）設備才出現(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大的技術優(yōu)勢。美國AeroMet公司使用LENS技術制造的次承力結構件在F-18戰(zhàn)斗機上實現(xiàn)了裝機應用。
接下來是多學科交叉融合發(fā)展，3D打印應用領域不斷擴大。3D打印與生物學科、信息學科、材料學科交叉融合為3D打印技術提供了更為廣闊的發(fā)展空間。3D打印技術與生物工程的結合已成功應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。
第四是形成了相對完整的3D打印制造產(chǎn)業(yè)鏈，并形成了一定的產(chǎn)業(yè)規(guī)模和市場銷售。歐美國家已經(jīng)形成了包含材料制備、相關軟件、工藝、裝備、管理、創(chuàng)意服務和應用等相對完整的產(chǎn)業(yè)鏈。據(jù)《Wohlers Report 2010》統(tǒng)計，3D打印應用領域包括消費產(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)預測，到2025年，3D打印技術潛在的經(jīng)濟影響將達到2300—2500億美元。
與我們生活相關的是，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，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。如果你迫不及待想試試打印出自己設計的模型，可以考慮購買一臺。
我國與國外基本同步
我國自上世紀90年代初，便在國家自然科學基金委和國家科技部的支持下開始研究該項技術，相比較其他制造領域，我國3D打印技術與國外基本上同步啟動、同步發(fā)展。
特別是在科技部多個五年計劃的持續(xù)支持下，華中科技大學、西安交通大學、清華大學、北京航空航天大學、西北工業(yè)大學等一批科研院所開展了幾乎所有主流的3D打印技術研究，研發(fā)出一批3D打印裝備，建立了兩個國家重點實驗室、1個國家工程中心，以及若干生產(chǎn)力促進中心，在航空、汽車、生物、電子等行業(yè)進行應用驗證，為持續(xù)研究與應用推廣打下了良好的基礎。
另外，神龍汽車、長安福特、奇瑞汽車、廣西玉柴機器有限公司、東風汽車公司等一批企業(yè)則利用3D打印技術于多種零部件和產(chǎn)品的設計開發(fā)和生產(chǎn)應用中。
未來5年，我國可重點圍繞端工業(yè)產(chǎn)品和大眾個性化消費產(chǎn)品兩大類對象，加強3D打印有關的基礎理論與成形微觀機理、設計方法、關鍵工藝技術研究，性能精度效率工藝裝備研制，以及相關標準規(guī)范制定。
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