了解這十個問題，輕松讀懂3D打印技術(shù)
前不久，筆者參加了一場由e創(chuàng)客舉辦的“北京3D 打印研究院考察團-百人行”活動，匯集了醫(yī)院、汽車工業(yè)、食品生產(chǎn)、建筑設(shè)計、3D打印廠商、媒體等行業(yè)人士，并邀請了盧秉恒院士(中國3D打印領(lǐng)域唯一的院士)進行了分享。盧秉恒院士不僅闡述了3D打印的發(fā)展現(xiàn)狀，也描繪了未來的發(fā)展趨勢，更斷定3D打印未來潛力無限。
北京3D 打印研究院院長盧秉恒院士
現(xiàn)場出現(xiàn)了一個小插曲，盧院士打趣道：“未來3D產(chǎn)業(yè)大發(fā)展，某個企業(yè)家名字就倒過來寫�！绷髀冻鰧�3D打印技術(shù)發(fā)展的信心。說者無心，聽者有意，好事兒的筆者“人肉”了這位業(yè)界大佬——鴻海董事長郭臺銘。
兩年前，外媒盛贊3D打印技術(shù)為“第三次工業(yè)革命”，甚至連美國總統(tǒng)奧巴馬也看好該技術(shù)的發(fā)展空間。但鴻海董事長郭臺銘卻持相反的看法，并語出驚人的說：“如果真的是，那我的‘郭’字倒過來寫。”這一爭論伴隨著3D技術(shù)的發(fā)展，熱度持續(xù)走高。3D產(chǎn)業(yè)究竟發(fā)展如何?我們從10個基礎(chǔ)的問題入手，逐一揭開!
問題1、什么是3D打印?
3D打印，即快速成型技術(shù)的一種，它是一種以數(shù)字模型文件為基礎(chǔ)，運用粉末狀金屬或塑料等可粘合材料，通過逐層打印的方式來構(gòu)造物體的技術(shù)。通常是采用數(shù)字技術(shù)材料打印機來實現(xiàn)的。常在模具制造、工業(yè)設(shè)計等領(lǐng)域被用于制造模型，后逐漸用于一些產(chǎn)品的直接制造，已經(jīng)有使用這種技術(shù)打印而成的零部件。
問題2、3D打印是新技術(shù)嗎?
3D打印大約在2011年的時候正式進入了國內(nèi)媒體的視野，而且持續(xù)升溫，但是它的出現(xiàn)比較久遠。據(jù)郭臺銘講述，早在30年前，鴻海就已經(jīng)在使用3D打印技術(shù)。但這項技術(shù)的缺點是，其無法量產(chǎn)并商業(yè)化，不具備商業(yè)價值。以電話為例指出，3D打印機可以將電話打印出來，但只能看，不能用。因此，3D打印商品無法加上電子零件進行組裝，也無法成為電子產(chǎn)品量產(chǎn)。整體上看，國外技術(shù)比較先進，中國正在加速追趕，并在某些領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了趕超。
問題3、3D打印有哪些技術(shù)?
3D打印存在著許多不同的技術(shù)。它們的不同之處在于以可用的材料的方式，并以不同層構(gòu)建創(chuàng)建部件。3D打印常用材料有尼龍玻纖、耐用性尼龍材料、石膏材料、鋁材料、鈦合金、不銹鋼、鍍銀、鍍金、橡膠類材料。
有前瞻者預(yù)計，以激光金屬燒結(jié)為主要成型技術(shù)的3D打印設(shè)備，將會在未來工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用中，獲得相對較快的發(fā)展。
問題4、3D打印有哪些應(yīng)用?
關(guān)于3D打印的報道有很多，但是老百姓似乎很難感受到這個新科技的成果，大都是一些比較高端的領(lǐng)域，比如飛機關(guān)鍵部件制造。波音公司，目前估計已經(jīng)有超過20000件3D打印的零部件在波音公司的飛機上使用，不過這些部件都是塑料材質(zhì)的。如今，3D打印技術(shù)在民生領(lǐng)域應(yīng)用也非常廣泛，比如展會上一些小型工藝品的制作，電影道具的制作等。
▲如圖，正在掃描模型做數(shù)據(jù)采集
▲如圖，3D打印的工藝品，具有傳感功能
在醫(yī)療領(lǐng)域，生物3D打印的應(yīng)用主要包括：細胞打印、組織工程支架和植入物打印、假體打印和手術(shù)器械打印。比如，杭州電子科技大學的科學家自主研發(fā)出一臺生物材料3D打印機，該3D打印機使用生物醫(yī)用高分子材料、無機材料、水凝膠材料或活細胞，目前已成功打印出較小比例的人類耳朵軟骨組織、肝臟單元等，細胞存活率高達90%。
總的來講，3D打印技術(shù)在珠寶、鞋類、工業(yè)設(shè)計、建筑、工程和施工(AEC)、汽車，航空航天、牙科和醫(yī)療產(chǎn)業(yè)、教育、地理信息系統(tǒng)、土木工程、槍支以及其他領(lǐng)域都有所應(yīng)用。
問題5、3D打印改變了什么?
1、有觀點認為，3D打印主要是對機械加工環(huán)節(jié)中鑄造和切削等工藝帶來較大影響，而對沖壓等工藝影響不大。比如說，硬幣都是沖壓，用3D打印非常不劃算。
2、3D打印最大的特點快速建模，對制造業(yè)來講，從某種程度上提升了效率，以飛機制造為例，有了3D打印技術(shù)，波音公司可以不用設(shè)立多個庫存中心存放零件備件，然后再運輸?shù)叫枰奈恢�，這很容易導(dǎo)致時間的延誤;只需搭建其一個擁有零備件CAD設(shè)計文件的在線模型庫，任何地方只需一臺3d打印機就可以在幾分鐘或幾小時內(nèi)制造出他們想要的備件。
3、開啟了新的制造模式和產(chǎn)業(yè)合作模式。去工廠化，很多產(chǎn)品、零部件的生產(chǎn)不需要傳統(tǒng)的技術(shù)工人，而是需要構(gòu)建CAD文件庫，擁有一臺3D打印機即可完成生產(chǎn)。但是，現(xiàn)階段，對3D打印人才的需求較高。
問題6、3D打印的發(fā)展現(xiàn)狀?
如今已不同往昔，3D打印無論是從技術(shù)、材料、設(shè)備和應(yīng)用都逐步實現(xiàn)突破。從應(yīng)用的角度看，過去十年里，涉及到3D打印的專利申請數(shù)量已飆升超過800%，而專利授權(quán)數(shù)量也大幅上升。
但是整個市場份額還很低，據(jù)盧院士講僅有幾十億美元，與數(shù)萬億美元的制造市場相比，差距甚遠。同時，盧秉恒院士還提到，企業(yè)進入這個領(lǐng)域還是要慎重，畢竟市場還沒有成熟。中短期內(nèi)，這一領(lǐng)域的應(yīng)用仍會集中在產(chǎn)品設(shè)計和工具制造環(huán)節(jié)。
問題7、中國的3D打印發(fā)展現(xiàn)狀?
1、在科研領(lǐng)域已經(jīng)積極跟進，建立了北京3D 打印研究院，院長是盧秉恒(中國3D打印界唯一的院士)。該研究院由北京城市學院和西安交大快速制造國家工程研究中心共同組建，以快速制造技術(shù)開發(fā)，技術(shù)應(yīng)用，技術(shù)服務(wù)為主的公共服務(wù)平臺，里面有一大批3D打印相關(guān)設(shè)備，也是外界認識3D打印最重要的窗口。細心的朋友可以發(fā)現(xiàn)，在北京北四環(huán)邊上的一棟非常醒目的樓，掛著“3D打印研究院”的牌子，這里就是北京3D打印研究院駐地。
2、在工業(yè)和應(yīng)用領(lǐng)域，對于工業(yè)領(lǐng)域而言，國內(nèi)在激光熔覆方面的技術(shù)具有一定優(yōu)勢，這有助于在以激光燒結(jié)為成型技術(shù)的3D打印設(shè)備制造和打印服務(wù)領(lǐng)域進行發(fā)展。對于個人消費領(lǐng)域，應(yīng)用的推廣速度取決于對于3D打印這一技術(shù)認知的提高，以及相關(guān)輔助平臺，如軟件設(shè)計，制作文件庫的發(fā)展。目前認知度的普及和軟件、設(shè)備的發(fā)展都處于起步階段。
問題8、3D打印的東西不牢靠?
有人認為，3D打印的產(chǎn)品是一個一個的點堆積的，強度低不牢靠，不能用于核心部件。盧院士不同意這個觀點，他認為，每個點都是局部高溫高壓，形成的產(chǎn)品強度優(yōu)于鍛造技術(shù)。這不，中國西北工業(yè)大學用鈦合金激光3D打印技術(shù)生產(chǎn)了長度為5米的飛機主承力梁，在飛機制造中的應(yīng)用算是一個佐證了。
不過，也有一些關(guān)鍵的部件或者材料使用3D打印存在疑問，例如F-35B戰(zhàn)機可開閉的鈦合金發(fā)動機艙門以及機身鈦合金隔框，依然采用傳統(tǒng)的鍛造工藝進行制造。除了對3D打印新技術(shù)的謹慎，更可能的是美國目前的鈦合金3D打印產(chǎn)品的強度不過關(guān)或者尺寸不足。此前，美國鈦合金3D打印技術(shù)就一直被這一問題所困擾。
看來，對于這方面的爭論還會持續(xù)下去。
問題9、3D打印還有哪些困難要克服?
1、產(chǎn)品難以批量復(fù)制。3D在個性化乃至小規(guī)模生產(chǎn)中獨具特色，但是在批量生產(chǎn)方面無法實現(xiàn)。
2、制作時間較長，尤其是對于復(fù)雜結(jié)構(gòu)的產(chǎn)品，需要各種結(jié)構(gòu)信息的采集，打印設(shè)備的矯正，過程相對復(fù)雜。
3、材料的突破。3D打印可以應(yīng)用到很多場景，但是材料和打印工藝、技術(shù)與傳統(tǒng)制造工藝相比沒有優(yōu)勢，這些需要產(chǎn)業(yè)界更好的協(xié)作推進。
4、成本較高，不可復(fù)制性也是成本提升的重要原因之一，4、技術(shù)標準、政策體系不夠完善，教育和培訓制度急需加強，專業(yè)人才比較缺乏。
5、實用性不強，對于一些產(chǎn)品往往只能打印外殼或者樣機，無法像原型樣機那樣具有產(chǎn)品的全部功能。
問題10、3D打印十個發(fā)展趨勢
盧院士作為國內(nèi)唯一的3D打印院士，在3D打印行業(yè)積累了豐富的研究成果，并分析了未來3D打印的十個發(fā)展趨勢：
1、3D打印將可以用任何材料，在任何場所，在任何領(lǐng)域，打印出任何形狀的任何數(shù)量的產(chǎn)品。3D打印應(yīng)用將無所不在。
2、3D打印將引發(fā)個性化制造的大潮流，社會進入個性化生產(chǎn)時代。
3、3D打印從控形制到控形控性制造，也就是不但可以打印出來物體的形狀，而且這個物品還有優(yōu)良的性能。3D打印材料的成型過程控制是關(guān)鍵。
4、3D打印的裝備將融合工業(yè)4.0，變?yōu)楦鼮橹悄芑?/span>
5、用3D打印技術(shù)來改變某些產(chǎn)品和裝備的生產(chǎn)工藝，甚至重新設(shè)計，將是3D打印技術(shù)賺錢的重要途徑。例如GE飛機發(fā)動機的燃油噴嘴，用3D打印技術(shù)來制造之后，節(jié)省15%的燃油。
6、3D打印將在很多領(lǐng)域發(fā)揮核心優(yōu)勢，使得產(chǎn)品制造更為節(jié)省材料。
7、3D打印將從宏觀走向微觀。例如微型傳感器的制造。
8、3D打印將走向4D打印，甚至5D打印。4D打印是利用環(huán)境的不同(例如時間、溫度、電場等)，進行結(jié)構(gòu)變形。5D打印是打印出來的生命體，會進行生長，進而發(fā)展形狀和功能的變化�？偟膩碇v，3D打印是打印出一個形狀，4D打印是打印出的這個形狀之后還會變形，5D打印是打印出形狀之后不但會變形還會變功能，不斷多出一個維度。
9、3D打印技術(shù)將為科技領(lǐng)域帶來新的思維方式，有利于重大的科技創(chuàng)新。
10、未來3D打印將在制造業(yè)上與等材、減材三分天下。從制造業(yè)的原理結(jié)構(gòu)上，包括變形制造、減材制造、3D打印三大方面，未來3D打印產(chǎn)業(yè)將占制造業(yè)1/3比重，與其它兩種制造方式三國鼎立。
小結(jié)
通過與3D產(chǎn)業(yè)界人士的溝通和交流感受到：首先，這個產(chǎn)業(yè)的關(guān)注度正在日益升高，關(guān)注人群來自各行各業(yè)，這是產(chǎn)業(yè)發(fā)展的良好氛圍。其次，有不少專業(yè)領(lǐng)域的設(shè)備和技術(shù)應(yīng)用不斷被突破，推動3D打印更進一步。再次，科研結(jié)構(gòu)已經(jīng)邁開了人才培養(yǎng)、教育宣傳、產(chǎn)業(yè)對接的步伐，3D打印研究院的開放參觀就是例證。最后，政策指引，產(chǎn)業(yè)協(xié)作，市場完善才是推動整個產(chǎn)業(yè)進步的原動力，這些元素都已經(jīng)形成，等待更多市場串聯(lián)和迸發(fā)的機會。郭臺銘的“郭”能否倒過來寫，還需要假以時日，但是這個苗頭已經(jīng)看到了。
(責任編輯：admin)
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