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3D打印成第三次工业革命重大标志

  今年4月,英国《经济学人》刊文认为,3D打印技术将与其他数字化生产模式一起,推动第三次工业革命的实现。

  传统制造技术是减材制造技术,3D打印则是增材制造技术,它具有制造成本低、生产周期短等明显优势,被誉为第三次工业革命最具标志性的生产工具。

  3D打印技术的发展前景如何?中国能否抓住这一技术变革带来的机遇,在工业制造上赶超发达国家?记者对此进行了调查采访。

  3D打印最大优势在于拓展设计人员的想象空间

  只需在电脑中绘制一个三维鼠标图,按下确定键,一个实实在在的鼠标外壳就可打印出来

  按照传统的制造方法,制造一个普通的鼠标外壳,大约需要七八道工序:绘制草图、制作泥模、雕刻鼠标原型、生产出模具、用压力将熔融的塑料注进模具,再冷却成型

  如果借助3D打印,你只需要在电脑中绘制一个三维鼠标图,按下确定键,稍等一会儿,一个实实在在的鼠标外壳就可打印出来。

  从复杂的工业零件到日常生活中的锅碗瓢盆,只要有三维数据和相应的材料,无需借助模具或刀具,就可以被打印出来。

3D打印技术为何如此神奇?

  据专家介绍,3D打印参照的是打印机技术原理,分层加工:将计算机设计出的物体分解成若干层平面数据,然后把金属、陶瓷等粉末材料按平面数据烧结,形成一个平面形状,再通过层层累积叠加,生成一个立体物体。

  与传统的去除材料加工技术不同,3D打印将多维制造变为简单的由下至上的二维叠加,从而大大降低了设计与制造的复杂度。同时,3D打印还可以制造传统方式无法加工的奇异结构,尤其适合动力装备、航空航天、汽车等高端产品上关键零部件的制造。

  华中科技大学快速制造中心是我国最早研发3D打印技术的单位之一,该中心主任史玉升认为,3D打印技术最大的优势在于能拓展设计人员的想象空间:只要能在计算机上设计成三维图形的东西,无论是造型各异的服装、精美的工艺品,还是个性化的车子,如果材料问题解决了,都可以打印。

  史玉升甚至这样畅想:将来的某一天,准备出国的人在出门前觉得所穿鞋子太大众化了,可以自己设计并打印出一双独一无二的鞋子;然后开着早已打印好的个性化的轿车奔向机场;登上飞机得知,这是一架打印出来的飞机

  加工成本低、生产周期短、节省材料

  大到飞行器、赛车,小到服装、手机壳都可3D打印。美国小型家用3D打印机每4公里有一台。中国正开发一款1万元左右的3D打印机,将向学校推广

  与传统的制造技术相比,3D打印具有加工成本低、生产周期短、节省材料等明显优势,从航空、动力装备到医疗、体育、影视等诸多领域,均可大显身手。

  事实上,在美英等国,3D打印技术已有较为广泛的应用。

  大到飞行器、赛车,小到服装、手机壳,制造厂家借着3D打印的东风,焕发出新的生命力。由于3D打印制品能实现产品的自然无缝连接,从而达到传统制造方法远不可即的结构稳固性和连接强度,已成为国外研究空间飞行器的关键技术。据悉,美国国家航空航天局正在研究一项被称为未来3D打印宇宙飞船的技术,希望通过3D打印,制造出廉价的机器人(26.140,-0.83,-3.08%)宇宙飞船。

  在美国,价格低、操作简便的小型家用3D打印机已到了每4公里范围内有一台的普及程度,其购买量不断攀升。

  在我国,华中科技大学、西安交通大学、清华大学等高校和科研机构也相继研发出多种系列的3D打印机,部分技术已达到世界领先水平。

  史玉升介绍,一些铸造企业应用他们研发的选择性激光烧结3D打印机,将复杂铸件的交货期由传统的3个月缩短到10天左右;某发动机制造商采用他们的设备,把大型六缸柴油发动机缸盖砂芯的研制周期,由过去的5个月缩短至1周。

  目前,他们正在开发一款1万块钱左右的3D打印机,将来向学校推广。3D打印技术可以让孩子们迅速将自己的创新设计变成实物,有助于提高中小学生的创新、设计和动手能力。

  金属3D打印技术开辟了骨科植入技术的新纪元,使多孔生物学固定表面制造瓶颈迎刃而解。上海交通大学[微博]李祥教授说,他们正致力于将此技术运用到临床医学治疗中。北京航空制造所基于3D打印技术研发了国内第一台电子束熔丝沉积成型设备,大幅提升了材料的利用率,减少了铣切量,缩短了制造周期。

  有专家认为,3D打印作为一项颠覆性的制造技术,谁能够最大程度地研发、应用,就意味着掌握了制造业乃至工业发展的主动权。

  中国被认为有望成为最大3D打印业国家

  目前3D打印技术尚不具备取代传统制造业的条件,在大批量制造等方面,高效低成本的传统减材制造法更胜一筹

  《国际增材制造行业发展报告》显示,3D打印技术2011年全球直接产值为17.14亿美元,年增长达29.1%。随着我国3D打印技术的不断突破和全球市场份额的增加,美国得克萨斯州大学Davidlbourell教授预言:中国有望成为最大的增材制造业国家。

  不过,让梦想照进现实的3D打印技术,目前还有一些短板。

  由于增材制造的材料研发难度大,导致3D打印制造成本较高;金属材料成形的制造效率不高,每小时大约只有100到3000克。西安交通大学卢秉恒院士指出,目前增材制造技术在我国主要应用于产品研发,还面临制造精度不高等实际问题。

  据了解,增材制造技术在我国重工业零部件制造方面得到一定应用,但尚未进入大规模工业化,其工艺与装备都有待进一步开发。

  华中科技大学王运赣教授则认为:未来传统的减材制造法依然是主流,增材制造法是补充手段。他希望大家能理性看待3D打印,与长期使用的减材制造法进行比较,以便更好地发挥增材制造法的优势,克服增材制造的缺陷。

  就目前的形势来看,3D打印技术尚不具备取代传统制造业的条件;在大批量制造等方面,高效低成本的传统减材制造法更胜一筹。

  难以形成规模经济,是3D打印的软肋。如何迈过这道坎儿,是目前科技界和工业界的待解难题。

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