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    从无所为到有所为,3D打印承载未来制造想像

    点击次数:22 更新时间:2020-12-02

    来源:陈根——科技作家

    很难想像,作为近些年才被广泛认识的3D打印,早在1983年就已经诞生雨燕直播免费-雨燕直播免费直播-雨燕直播免费平台。

    2012年,英国《经济学人》杂志刊文,将3D打印技术视为“第三次工业革命”的重大标志之一,这引起了全球的广泛关注。然而,眼看着就可以造天造地、颠覆产业无所不能的3D打印在风靡一时之后,再一次遵循了令人无可奈何的技术成熟度曲线雨燕直播免费-雨燕直播免费直播-雨燕直播免费平台。近年来雨燕直播免费-雨燕直播免费直播-雨燕直播免费平台,3D打印一次次被热炒,也一次次考验着人们的耐心。

    事实上,世界上到处都是前途无量、却从未真正推广的技术。那些成功普及的技术,往往得益于外部事件。无疑,对于3D打印来说雨燕直播免费-雨燕直播免费直播-雨燕直播免费平台,新冠疫情正是那个外部事件雨燕直播免费-雨燕直播免费直播-雨燕直播免费平台。

    事实也确实如此雨燕直播免费-雨燕直播免费直播-雨燕直播免费平台,根据国内B2C跨境电商平台全球速卖通的数据显示,疫情以来该平台上3D打印机的销售额和去年相比已经翻了一番,尽管今年3D打印机的海外仓备货大幅增加,但疫情之下这些备货已被抢空。其中,4月份中国3D打印设备产量同比大幅增长344.7%雨燕直播免费-雨燕直播免费直播-雨燕直播免费平台。

    3D打印何以如此雨燕直播免费-雨燕直播免费直播-雨燕直播免费平台?随着技术的逐步成熟,3D打印又是否春天将至?从小众走向大众雨燕直播免费-雨燕直播免费直播-雨燕直播免费平台,3D打印还有什么未经之路?

    3D打印有所为

    3D打印,顾名思义雨燕直播免费-雨燕直播免费直播-雨燕直播免费平台,三维打印。相较于常见的二维平面打印雨燕直播免费-雨燕直播免费直播-雨燕直播免费平台,3D打印有所同,也有所不同。

    不论是二维平面打印还是三维立体打印雨燕直播免费-雨燕直播免费直播-雨燕直播免费平台,本质上都是一种打印技术雨燕直播免费-雨燕直播免费直播-雨燕直播免费平台。不同的是雨燕直播免费-雨燕直播免费直播-雨燕直播免费平台,平面打印最后以平面形状的方式将文件内容打印出来雨燕直播免费-雨燕直播免费直播-雨燕直播免费平台。除了传递信息,平面打印并不具备实际的功能雨燕直播免费-雨燕直播免费直播-雨燕直播免费平台。相比于平面打印的文件雨燕直播免费-雨燕直播免费直播-雨燕直播免费平台,3D打印却可以直接实现功能。

    3D打印需将想要打印的物品的三维形状信息写入到3D打印机可以解读的文件雨燕直播免费-雨燕直播免费直播-雨燕直播免费平台,再等3D打印机解读文件后,以材料逐层堆积的方式打印出立体形状?雨燕直播免费-雨燕直播免费直播-雨燕直播免费平台?梢运?雨燕直播免费-雨燕直播免费直播-雨燕直播免费平台,三维的形状就是功能的基础,打印出了形状,也就打印出了功能雨燕直播免费-雨燕直播免费直播-雨燕直播免费平台雨燕直播免费-雨燕直播免费直播-雨燕直播免费平台。

    此外,与“减材制造”相对雨燕直播免费-雨燕直播免费直播-雨燕直播免费平台,3D打印又称为“增材制造”雨燕直播免费-雨燕直播免费直播-雨燕直播免费平台。对于现阶段的制造业来说,目前通常所使用的材料加工技术多为“减材制造”技术,即对原材料进行去除雨燕直播免费-雨燕直播免费直播-雨燕直播免费平台、切削、组装等加工,使原材料具备特定的形状并可执行特定的功能。而“增材制造”则直接将原材料逐层堆积成特定的形状雨燕直播免费-雨燕直播免费直播-雨燕直播免费平台,以实现特定的功能雨燕直播免费-雨燕直播免费直播-雨燕直播免费平台。

    增材制造工作过程主要包括三维设计和逐层打印两个过程:先通过计算机建模软件建模,再将建成的三维模型分区成为逐层的截面雨燕直播免费-雨燕直播免费直播-雨燕直播免费平台,指导打印机逐层进行打印。相比于传统的减材制造方式,增材制造无疑具备很多优势。

    一是缩短生产制造的时间雨燕直播免费-雨燕直播免费直播-雨燕直播免费平台,提高效率雨燕直播免费-雨燕直播免费直播-雨燕直播免费平台。用传统方法制造出一个模型通常需要数天,这根据模型的尺寸以及复杂程度而定雨燕直播免费-雨燕直播免费直播-雨燕直播免费平台,而用三维打印的技术则可以将时间缩短为数小时。因此,相比减材制造而言,增材制造尤其适合制造形状复杂的零部件。当然,这也受其打印机的性能以及模型的尺寸和复杂程度的影响雨燕直播免费-雨燕直播免费直播-雨燕直播免费平台。

    二是提高原材料的利用效率雨燕直播免费-雨燕直播免费直播-雨燕直播免费平台。与传统的金属制造技术相比,增材制造机制造金属时只产生较少的副产品雨燕直播免费-雨燕直播免费直播-雨燕直播免费平台。随着打印材料的进步,“净成形”制造可能成为更环保的加工方式。

    三是完成复杂结构的实现以提升产品性能。传统减材制造方式在复杂外形和内部腹腔结构的加工上具有局限性雨燕直播免费-雨燕直播免费直播-雨燕直播免费平台,而增材制造可以通过进行复杂结构的制造来提升产品性能,在航空航天、模具加工等领域具备减材制造方式无可比拟的优势。

    比如雨燕直播免费-雨燕直播免费直播-雨燕直播免费平台,一台3D打印机可以打印出许多形状,它可以像工匠一样每次都做出不同的零件雨燕直播免费-雨燕直播免费直播-雨燕直播免费平台。对于传统的机床生产线来说雨燕直播免费-雨燕直播免费直播-雨燕直播免费平台,要加工不同形状的零件雨燕直播免费-雨燕直播免费直播-雨燕直播免费平台雨燕直播免费-雨燕直播免费直播-雨燕直播免费平台,需要对产线进行复杂的调整。因此雨燕直播免费-雨燕直播免费直播-雨燕直播免费平台雨燕直播免费-雨燕直播免费直播-雨燕直播免费平台,增材制造尤其适合定制化的雨燕直播免费-雨燕直播免费直播-雨燕直播免费平台、非批量生产的物品。

    事实上,一开始,3D打印主要是在模具制造、工业设计等领域被用于制造模型,后逐渐用于某些产品或零部件的直接生产制造,包括在航空航天、工程施工雨燕直播免费-雨燕直播免费直播-雨燕直播免费平台、医疗、教育、地理信息系统、汽车等垂直领域都有所应用。

    2015年,美国国家航空航天局(NASA)基于3D打印技术,打印出航空火箭发动机的头部。这使得零件大量减少,焊缝也随之减少雨燕直播免费-雨燕直播免费直播-雨燕直播免费平台,降低了火箭发动机出现故障概率的同时,使得迭代周期缩短、成本降低。

    在迪拜,政府选择用3D打印来建造政府大楼。3D打印建筑主要作业由机器完成,一体成型,建筑速度快,工人的作用多为操作和检验3D打印机的工作情况,因此对人力的需求比传统建筑行业少雨燕直播免费-雨燕直播免费直播-雨燕直播免费平台。

    2019年雨燕直播免费-雨燕直播免费直播-雨燕直播免费平台,以色列特拉维夫大学宣布该学校实验室3D打印出了一颗“心脏”,这不仅是一个外观打印的心脏,这是世界上第一个利用患者自己的细胞和生物材料3D打印出的三维血管化的工程心脏,也就是具有血管组织的三维人造心脏雨燕直播免费-雨燕直播免费直播-雨燕直播免费平台。

    而今年5月我国首飞成功的长征五号B运载火箭上,搭载着我国新一代载人飞船试验船,船上还搭载了一台“3D打印机”。这是我国首次太空3D打印实验,也是国际上第一次在太空中开展连续纤维增强复合材料的3D打印实验。

    显然,随着技术的逐步成熟,3D打印也不断展现着其商业价值,但在从小众走向大众前,3D打印仍然面对一些悬而未决的困境。

    3D打印的未经之路

    当3D打印逐渐地走进人们的生产生活中时,人们也在一步步在把万物皆可打印推向现实,巨大发展前景和广阔应用空间令行业期待。但是同时,作为一项快速发展的技术,要想发挥3D打印的积极影响雨燕直播免费-雨燕直播免费直播-雨燕直播免费平台,仍有很长的路要走。

    一方面,对于标准产品的加工,3D打印的规模效益不如传统的加工方式。相比传统的加工方式来说,3D打印制造过程中的固定成本更少,这导致在规?;曜疾肥?,3D打印制造的边际成本下降不如传统的加工方式。

    比如雨燕直播免费-雨燕直播免费直播-雨燕直播免费平台,使用传统的注塑方式加工一个橡胶零部件雨燕直播免费-雨燕直播免费直播-雨燕直播免费平台,所使用的模具属于固定成本雨燕直播免费-雨燕直播免费直播-雨燕直播免费平台。由于产品是标准化的,批量加工该零部件时,就使得每个零部件分摊的该项固定成本变小。因此,利用该模具加工的零件趋向于无限多,则每个零部件均摊的成本趋近于0;而如果利用3D打印加工该零部件,不需要用到任何模具,因此即使用该技术批量加工完全相同的零部件,也不存在均摊的固定成本降低的情况。

    另一方面,对于3D打印来说雨燕直播免费-雨燕直播免费直播-雨燕直播免费平台,当前可用的原材料种类仍然有限雨燕直播免费-雨燕直播免费直播-雨燕直播免费平台。从当前的情况来看,3D打印技术能加工的材料种类不如传统加工方式多,主要有两个原因:一是由于对于性质不同的原材料,往往使用的设备原理有所不同,因此可以使用的原材料种类的开发,受限于对应的设备研发进展。

    二是由于3D打印的原材料往往需要特定的形态,例如金属3D打印常使用金属粉末作为原材料,且对金属粉末的均匀度雨燕直播免费-雨燕直播免费直播-雨燕直播免费平台、含氧量、颗粒大小等都有所要求雨燕直播免费-雨燕直播免费直播-雨燕直播免费平台。相对于型材来说雨燕直播免费-雨燕直播免费直播-雨燕直播免费平台,粉末的加工难度更高雨燕直播免费-雨燕直播免费直播-雨燕直播免费平台,且相应的产业链尚不如传统材料那样广泛而庞大雨燕直播免费-雨燕直播免费直播-雨燕直播免费平台。

    而对于利用ABS塑料、光敏树脂等非金属进行的打印来说雨燕直播免费-雨燕直播免费直播-雨燕直播免费平台,目前市场上已经有比较多的原材料供应商,原材料的成本已经不是制约该技术发展的瓶颈雨燕直播免费-雨燕直播免费直播-雨燕直播免费平台。但对于金属雨燕直播免费-雨燕直播免费直播-雨燕直播免费平台、高端聚合物材料来说,由于供应产能的限制,价格仍然比较昂贵。

    此外,3D打印的零部件力学性能以及金属3D打印在加工精度雨燕直播免费-雨燕直播免费直播-雨燕直播免费平台、表面粗糙度雨燕直播免费-雨燕直播免费直播-雨燕直播免费平台、加工效率等方面仍有空间精进。同时雨燕直播免费-雨燕直播免费直播-雨燕直播免费平台,成品是否坚固耐用雨燕直播免费-雨燕直播免费直播-雨燕直播免费平台,用户认知度是否提升,知识产权是否面临更多的侵权风险都是3D打印在发展过程中必经却未经之路。

    3D打印承载未来制造想像

    从3D打印的商业应用和市场化来看,经过30多年的发展雨燕直播免费-雨燕直播免费直播-雨燕直播免费平台,3D打印行业已经形成一条比较完成的产业链。包括上游的制造3D打印设备所需的零部件雨燕直播免费-雨燕直播免费直播-雨燕直播免费平台、打印过程中所使用的各类原材料雨燕直播免费-雨燕直播免费直播-雨燕直播免费平台、设计和逆向工程所需要的软硬件;中游的3D打印设备及服务雨燕直播免费-雨燕直播免费直播-雨燕直播免费平台,下游的航空航天、汽车、医疗、教育等下游应用领域。

    事实上雨燕直播免费-雨燕直播免费直播-雨燕直播免费平台,无论在全球范围内还是我国市场内,3D打印的行业规模都呈现快速增长趋势。据咨询机构Wohlers Associates统计,2013年全球3D打印行业总产值为30.3亿美元,2018年达到了96.8亿美元,5年间的复合增速达26.1%。该机构同时预测,从2019年-2024年间雨燕直播免费-雨燕直播免费直播-雨燕直播免费平台,全球3D打印行业仍将保持着年均24%左右的复合增速。

    相比全球平均水平,我国3D行业的市场规模增速更高,2013年国内3D打印产业规模仅3.2亿美元,2018年规模达23.6亿美元,5年的复合增速达49.1%。预计2023年雨燕直播免费-雨燕直播免费直播-雨燕直播免费平台,我国3D打印行业总收入将超过100亿美元。

    显然,3D打印已逐渐从导入期步入成长期,而疫情无疑加速了这一进程雨燕直播免费-雨燕直播免费直播-雨燕直播免费平台。3D打印的不受空间的制约,能够缩短供应链流程,生产效率更高,并且制造门槛也更低,这就为摆脱供应链提供了可行方案。于是,受海外医疗防护物资紧缺影响,利用3D打印设备制作出的口罩、医用面罩雨燕直播免费-雨燕直播免费直播-雨燕直播免费平台、护目镜等一时间成了“救场奇兵”雨燕直播免费-雨燕直播免费直播-雨燕直播免费平台。

    其中,国内消费级3D打印机制造商创想三维,既是这一波3D打印风潮中的获益者,同时也是国内3D打印行业的主要参与力量。创想三维3月出货量达5万多台,4月初接到订单近16万台雨燕直播免费-雨燕直播免费直播-雨燕直播免费平台,4月销售额2.2亿元。此外,闪铸、爱用科技、光华伟业雨燕直播免费-雨燕直播免费直播-雨燕直播免费平台、潮阔电子等出口型3D企业也反馈了更多积极消息。

    事实上,许多技术创新站在取得突破的门槛上,但其中却少有几项技术有望逆转生产率增长的下降雨燕直播免费-雨燕直播免费直播-雨燕直播免费平台。但3D打印不同——它从设计上就是一种有助于提高生产率的工具。如果将3D打印和机器人结合起来,它的影响将会更大?;魅嗽?D空间中非常灵活,而3D打印机可以构建复杂的东西。将这两者结合起来,没有理由不能从零开始构建任何结构。

    过去四十年里,我国制造业经历了由复苏向崛起的快速发展,总量规模不断扩大,产业结构转型加快,综合头力和国际竞争力显著增强雨燕直播免费-雨燕直播免费直播-雨燕直播免费平台。在制造业飞速发展至工业4.0智能制造的今天雨燕直播免费-雨燕直播免费直播-雨燕直播免费平台雨燕直播免费-雨燕直播免费直播-雨燕直播免费平台,智能制造最大的挑战雨燕直播免费-雨燕直播免费直播-雨燕直播免费平台,也从数量过渡到了质量雨燕直播免费-雨燕直播免费直播-雨燕直播免费平台。大规模定制、开放式创新与智能化工厂,这些变化也将是3D打印智能制造最直接的体现。

    3D打印技术承载了人们对未来制造模式的无限想象雨燕直播免费-雨燕直播免费直播-雨燕直播免费平台雨燕直播免费-雨燕直播免费直播-雨燕直播免费平台,是数字时代人类技术积累到一定阶段所孕育出来的新技术雨燕直播免费-雨燕直播免费直播-雨燕直播免费平台,3D打印技术赋予了人类对未来的巨大想象。在未来,传统制造的物理限制和空间限制将不再那么重要,设计雨燕直播免费-雨燕直播免费直播-雨燕直播免费平台、生产将更加扁平化、更加开放雨燕直播免费-雨燕直播免费直播-雨燕直播免费平台。



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