3D打印技术激发了制造业的创新梦想

作者: admin 分类: 新闻 发布时间: 2019-06-06 14:11

  通过三维数据设计图就能打印出实物的情节不仅仅存在在电影中,现在,这样的场景就出现在记者眼前。

  这是本土企业尤尼科技有限公司8历时年中研发出家用桌面3D打印机。在一个只有微波炉大小的机器中,一枚铅笔头模样的打印头不停喷射出已经融化的ABS塑料,在打印头快速移动的过程中,材料层层叠加固化,3个小时后,一个掌心大小的玩具小椅子,就栩栩如生地呈现在了记者的面前。

  3D打印技术,这个《经济学人》杂志曾评价可能颠覆传统制造业,实现推动第三次工业革命的神奇科技,目前依然面临原材料较为单一、市场培育不足等众多瓶颈,但正如杂志中所言:伟大发明所能带来的影响,在当时那个年代都是难以预测的,1750年的蒸汽机如此,1450年的印刷术如此,1950年的晶体管也是如此。而今,我们仍然无法预测,3D打印将在漫长的时光里如何改变这个世界。但毋庸置疑的是,它为制造业的持续发展,提供了无限可能。

3D打印

  在希迈科自动成型系统公司内,掌门人宋修明正在介绍激光烧结快速成型机以及制作的工艺品模型。

  神奇的立体打印

  8年的时间,王红带领尤尼科技有限公司的核心团队研制出了本土的第一台家用桌面打印机。

  3D打印按需定制、以相对低廉的成本制造产品,一度被认为是科幻想象,而现在已经变成现实。3月底,尤尼科技的家用桌面3D打印机正式规模化生产,意味着3D技术距离我们不再遥远。在王红的计划中,只要生产实现规模,这种单色的桌面3D打印机将进入寻常百姓家,2000元人民币的低价也可能实现。

  3D打印,又被称为快速成型技术,其核心是数字化、智能化制造与材料科学的结合。与传统的对原材料进行切削的减材制造方法正相反,3D打印的过程好比用砖头砌墙,逐层增加材料,最终形成物件。

  王红的企业在国内曾经实现首家在鲜花上打印图案,而在一次展会中,有客户要求她在圆形的蜡烛面上打印出图案,这促使她开始思考如何将打印技术从平面转向立体。3D打印的出现,将平面变成立体的过程简单了很多,只要有图纸,任何实物都可以在几个小时打印出来,而无需花几周的时间等待工厂制作模型,这样可以大大降低制作成本,而随着科技的不断进步,将有更多的东西以成品的形式打印出来。

  王红告诉记者,这种家用的桌面3D打印机目前仅用于个性物品的打造,但3D打印的应用远远超越眼前的呈现范围,它可以应用在医疗、文物复制、个性创意产品、首饰加工等行业当中,尤尼科技还将在2014年上市国内首个彩色工业机,可以打出形状各异的牙齿。

  衍生的工业化的力量

  从3D打印的技术来看,大致分为堆叠和烧结两种,目前家用打印机采取堆叠技术,只能成型塑料、硅之类的材质,而烧结则可以利用激光的高温对金属粉末进行处理,加工金属材质的实物。理论上来讲,这些金属部件可以直接应用于工业当中,从这个角度来说,3D打印技术,已远远不局限于制造产品的原型以及个性玩具,更有可能的是,它将衍生成为工业化的力量。

3D打印

  以3D打印为代表的数字化制造技术,被《经济学人》杂志认为是引发第三次工业革命的关键因素,杂志称,其将改写制造业的生产方式,进而改变产业链的运作模式。

  曾在日本多年从事计算机软件研发设计的宋修明坚信这一点,2012年,他成立了青岛希迈科自动成型系统有限公司,主攻快速成型铸造加工服务。

  我们的3D打印主要用于制造蜡模,一个蜡模的打印时间需要5个小时左右。宋修明的3D打印机约有一个面包车大小,是采用激光烧结的快速成型机,主要材料应用为聚苯乙烯或树脂砂,目前,产品已经应用为工业制造,如机车零件,变速箱的箱体以及一些个性化的外贸订单。

  宋修明拿起一个刚刚成型的叶轮为记者介绍,制作这个形状复杂的器具,如果采用传统制造方法,需要首先开模,做一个模具的周期至少要15到30天,但如果利用3D打印机,仅需要两个小时,生产率提高了近360倍。

  以发展的眼光来看,3D打印技术的成熟,首先会影响的是模具行业,技术的高要求以及市场需求,要求产品在大规模生产之前,必须要进行多次打样和修改,这需要大量的时间和资金成本。而3D打印可以直接进行样品原型制造,从而大大缩短了从图纸到实物的时间。任何形状复杂的零件,都可以被分解为一系列二维制造的叠加。3D打印机的出现,能直接从计算机图形数据中生成任何形状的零件,极大地缩短产品的研制周期,大幅减少成本投入,对于一些复杂而精细的造型更具优势。在3D打印刚刚初展萌芽时,华世基集团董事长贾建青已经敏锐地感受到了这场科技浪潮的来袭,基于综合考虑,华世基的3D计划已经在今年提上日程。

  而宋修明认为,3D打印技术在制造业的应用中还将大有可为,运用3D打印的快速原型制造技术,能够缩短把产品概念转化为成熟产品的设计时间,设计人员如果能够成熟使用3D打印就能够在早期阶段就打印出原型产机,品、进行修改以及重新打印等等,从而加速创新,其结果将是更好的产品以及更快的设计速度。在产品的开发环节,3D打印如果进入实验室,将会改变传统工业的更新速度。宋修明说。

3D打印

  传统制造业的有益补充

  今年以来,业内人士将3D打印机视同1977年个人计算机和1990年网页浏览器一样,是一个崭新的市场从萌芽期进入成长期的转折点。事实上,3D打印技术并不是件新鲜事,这项技术于上世纪80年代在美国就已经诞生。快速成型技术从90年代进入市场做初级产品,市场提出了各种要求,但当时受到软硬件以及激光技术的限制,未能形成发展高潮。但这么多年里,快速成型已经累积了比较成熟的工艺。

  宋修明认为,目前国内外较为成熟的科技已经为快速成型的二次发展提供了条件,从产业的角度来看,3D打印技术此时大有发展前景。青岛有比较完善的家电电子和机车行业,对3D打印技术有很大的潜在需求。宋修明计划在两年之内导入金属粉的设备,金属粉直接成型,产品的品质更加具有可控性。

  但让宋修明困惑的是,目前的技术还是无法提供品类众多、能满足各种功能需求的材料。举个例子来说,青岛的家电产业比较完善,如果我们生产的零部件能够和家电中所运用的材料完全相同,才有可能实现对传统工业的颠覆。无疑,打印机墨水的区别,决定了打印的材质,也隐形决定了产业的发展速度和方向。

  目前看来,3D打印技术还仅仅停留在传统制造业的有益补充。在工业级应用上,这项技术生产出的产品仍欠缺强度和精度,这是3D打印市场徘徊多年的原因。青岛科技大学副校长刘光烨表示,简洁、高效、不受复杂外形的限制,是3D打印不可取代的优势,但精度和密度达不到精密零部件的要求,3D打印机最大的瓶颈,是如果可达到金属材料以及模具压制的高精度,3D打印才能称得上是真正的革命,而目前只能称之为一种革新。现在看来,3D打印技术只是一种方法的成功,而实现产品性能的成功还需要有二代创新。刘光烨表示,除了工业精细度不够,工业级设备和原材料比较昂贵,因此在产业化初期,这项技术更为适合新产品的开发和小批量零件的生产。但毋庸置疑的是,3D打印技术为制造业的发展提供了无限可能。

  期冀建立产业联盟

  事实上,就3D打印的理论研究而言,中国与国际水平相差不远,但将整个产业所涉及的材料、数控、软件等诸领域集成起来做出一个商品时,差距的鸿沟就直面而来。王红在从事这个朝阳产业时,提出了自己的疑虑。

  3D打印技术未来的发展空间,很大程度上取决于是否有完整的产业链支撑,包括设备制造、材料、模型软件,以及服务商。而实现这些资源的整合,对于中小企业来说并不现实。3D打印,硬件的门槛不高,但行业门槛的关键在软件工艺设计上。宋修明表示,他拥有软件的工艺水平可以说是国内领先,但他目前需要找到有实力的合作伙伴共同开发整机以及相关应用。

  王红认为,3D打印行业是一个全价值链的发展过程。目前,尤尼科技已经建了一个网上商城,主要销售公司其它的打印设备。王红强调打印机的生产只是企业发展的一部分,在王红的设想中,这一网上商城将随着公司3D打印机的销售而彻底改变。平台上要有设计人员提供各种各样的产品模型、各类应用,用户们可以根据自己的喜好进行选择,下载数据进行打印。产业的发展是任重而道远的事情,我们期待实现政、产、学、研四位一体,除了需要政策在研发方面给予扶持外,高校的人才输送也至关重要。王红表示。

  针对这一点,刘光烨则表示,目前青岛的高校力量,完全有可能实现对3D打印技术的材料研究支撑,对3D打印材料的研发也将会是青岛科技大学高性能聚合物研究院的一个方向。而2月18日,随着西安交通大学青岛研究院项目的签约,落户胶州市滨海新区的西安交通大学青岛研究院,将在胶州设立分中心的快速制造国家工程研究中心,主要从事快速成型制造项目成果的合作转化,逐步实现批量生产,意味着我市3D打印技术的产学研结合已经起步。

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