3D打印，如何讓設(shè)計(jì)制造更環(huán)保？
圖片說(shuō)明：3D打印
全國(guó)兩會(huì)前夕，工信部正式發(fā)布《國(guó)家增材制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展推進(jìn)計(jì)劃（2015-2016年）》（以下簡(jiǎn)稱《推進(jìn)計(jì)劃》）。該計(jì)劃提出，3D打印的發(fā)展目標(biāo)為：到2016年，我國(guó)將初步建立較為完善的增材制造（俗稱“3D打印”）產(chǎn)業(yè)體系，整體技術(shù)水平保持與國(guó)際同步。
首份“國(guó)家計(jì)劃”，令國(guó)內(nèi)3D打印行業(yè)歡欣鼓舞，同樣“笑”了的還有環(huán)保行業(yè)。日前，TCT亞洲峰會(huì)首次在上海舉行，會(huì)上所展出的3D打印技術(shù)，也預(yù)示著這項(xiàng)高新技術(shù)與環(huán)保產(chǎn)業(yè)的融合愈加密切。
國(guó)家計(jì)劃對(duì)標(biāo)國(guó)際水平
《推進(jìn)計(jì)劃》要求，在產(chǎn)業(yè)化方面，3D打印產(chǎn)業(yè)銷(xiāo)售收入要實(shí)現(xiàn)年均增速30%以上的快速增長(zhǎng)，形成兩三家具有較強(qiáng)國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力的3D打印企業(yè)。在行業(yè)應(yīng)用上，3D打印要成為航空航天等高端裝備制造及修復(fù)領(lǐng)域的重要技術(shù)手段，初步成為產(chǎn)品研發(fā)設(shè)計(jì)、創(chuàng)新創(chuàng)意及個(gè)性化產(chǎn)品的實(shí)現(xiàn)手段，以及新藥研發(fā)、臨床診斷與治療的工具，在全國(guó)形成一批應(yīng)用示范中心或基地。
在世界3D打印技術(shù)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟秘書(shū)長(zhǎng)羅軍看來(lái)：“該《推進(jìn)計(jì)劃》對(duì)3D打印行業(yè)最主要的影響是增加了大家的信心，之前3D打印都是民間自發(fā)推動(dòng)，現(xiàn)在上升到了政府層面，表達(dá)了政府高層及產(chǎn)業(yè)主管部門(mén)對(duì)3D打印行業(yè)的認(rèn)可和重視。”
一直以來(lái)，3D打印材料被視為產(chǎn)業(yè)瓶頸之一。為此，《推進(jìn)計(jì)劃》鼓勵(lì)優(yōu)勢(shì)材料生產(chǎn)企業(yè)從事3D打印專用材料研發(fā)和生產(chǎn)，針對(duì)航空航天、汽車(chē)、文化創(chuàng)意、生物醫(yī)療等領(lǐng)域的重大需求，突破一批3D打印專用材料。到2016年，基本實(shí)現(xiàn)鈦合金、高強(qiáng)鋼、部分耐高溫高強(qiáng)度工程塑料等專用材料的自主生產(chǎn)，滿足產(chǎn)業(yè)發(fā)展和應(yīng)用的需求。
羅軍表示，在材料領(lǐng)域，將有更多企業(yè)介入，材料種類將顯著增加，成本在未來(lái)三五年可能大幅下降。
同時(shí)，《推進(jìn)計(jì)劃》提出將大力推進(jìn)應(yīng)用示范，包括著重解決金屬材料3D打印在航空航天領(lǐng)域應(yīng)用問(wèn)題，在具備條件的情況下，在國(guó)防軍工其他領(lǐng)域予以擴(kuò)展； 以及完善個(gè)性化3D打印醫(yī)療器械在產(chǎn)品分類、臨床驗(yàn)證、產(chǎn)品注冊(cè)、市場(chǎng)準(zhǔn)入等方面的政策法規(guī)。
對(duì)行業(yè)企業(yè)而言，這份國(guó)家計(jì)劃期盼已久。“這份政策層面的指導(dǎo)性文件，超出我們的預(yù)期，足以看到了國(guó)家對(duì)3D行業(yè)的重視。雖然具體怎么落實(shí)，如何推進(jìn)等細(xì)節(jié)問(wèn)題還看不出，但有一點(diǎn)很明顯：3D行業(yè)在未來(lái)制造行業(yè)具有不可取代的作用。”國(guó)際3D打印巨頭 Stratasys 大中華區(qū)總經(jīng)理汪祥艮先生表示，在制造領(lǐng)域的價(jià)值未來(lái)潛力很明確，尤其提到航空航天、軍工、汽車(chē)制造、醫(yī)療等領(lǐng)域，符合行業(yè)應(yīng)用的未來(lái)趨勢(shì)。
3D打印減少碳排放
傳統(tǒng)制造業(yè)往往是污染和浪費(fèi)的代名詞，而3D打印則能有效地減少制作過(guò)程中所產(chǎn)生的垃圾和二氧化碳，從而給環(huán)境帶來(lái)積極的影響。
3D打印，如何讓制造領(lǐng)域更加環(huán)保？美國(guó)密歇根教授約書(shū)亞·皮爾斯日前發(fā)布的一份報(bào)告稱，3D打印直接應(yīng)用于制造領(lǐng)域不僅便宜，也更環(huán)保。他發(fā)現(xiàn)，一個(gè)基本的3D打印機(jī)制作的項(xiàng)目比用傳統(tǒng)工藝生產(chǎn)要減少41％-64％的能量，同時(shí)還可以節(jié)省原材料的使用，比如有些模具用傳統(tǒng)工藝生產(chǎn)通常是實(shí)心的，而3D打印可以制造出部分甚至完全中空的模具。
“這種生產(chǎn)方式使用的材料幾乎沒(méi)有浪費(fèi)，既節(jié)省成本，又帶來(lái)環(huán)境效益；還能夠?qū)崿F(xiàn)產(chǎn)品生產(chǎn)本土化，減少運(yùn)輸需求，客戶只需為‘制圖’付費(fèi)，并在當(dāng)?shù)卮蛴〕鲂枰漠a(chǎn)品，這樣便減少了長(zhǎng)途運(yùn)輸需求及溫室氣體排放。”在TMT展覽會(huì)上，Stratasys展臺(tái)前的技術(shù)人員向觀眾演示說(shuō)。
記者看到，Stratasys的工作人員演示將計(jì)算機(jī)上的三維圖像數(shù)據(jù)發(fā)送至3D打印機(jī)：把計(jì)算機(jī)里的三維圖像直接“打印”制作成實(shí)物，這就是3D打印機(jī)的功能。它與普通打印機(jī)工作原理基本相同，打印機(jī)內(nèi)裝有液體或粉末等“打印材料”，與電腦連接后，通過(guò)電腦控制把“打印材料”一層層疊加起來(lái)，最終把計(jì)算機(jī)上的藍(lán)圖變成實(shí)物。整個(gè)生產(chǎn)制作過(guò)程有點(diǎn)像搭積木：材料逐層添加，直至最終成型。
據(jù)介紹，Stratasys現(xiàn)在生產(chǎn)的3D打印機(jī)主要應(yīng)用于設(shè)計(jì)研發(fā)與快速制造。“很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)，3D打印機(jī)主要應(yīng)用于設(shè)計(jì)研發(fā)，但隨著技術(shù)的成熟、成本的降低，越來(lái)越多的領(lǐng)域開(kāi)始應(yīng)用3D打印技術(shù)直接進(jìn)行終端產(chǎn)品的制造。”目前，Stratasys 為各行各業(yè)提供3D 打印解決方案、優(yōu)化傳統(tǒng)制造流程，客戶包括航空航天、汽車(chē)、醫(yī)療與牙科，到教育、日用消費(fèi)品與消費(fèi)類電子等領(lǐng)域。此次展會(huì)上，Stratasys展出了其全系列3D打印機(jī)產(chǎn)品——靈感系列、創(chuàng)造系列、制造系列和牙科系列，以及業(yè)內(nèi)最廣泛的3D 打印材料。
能否引領(lǐng)建筑環(huán)保風(fēng)
當(dāng)3D打印迎來(lái)大發(fā)展，廢舊行業(yè)也已蓄勢(shì)待發(fā)。
2014年4月，上海盈創(chuàng)裝飾公司，在位于上海的張江高新青浦園區(qū)內(nèi)打印了10幢一至兩層的毛坯新房。整個(gè)打印過(guò)程，只需要一張圖紙、一臺(tái)電腦、就地取材制造的足夠“油墨”，就可以在24小時(shí)內(nèi)打印出10幢200平方米建筑。
時(shí)隔不到一年，上海盈創(chuàng)裝飾公司的這項(xiàng)技術(shù)更加成熟，并且有了新的作品。近期，在江蘇省一個(gè)工業(yè)園區(qū)內(nèi)展出一幢五層高樓，這是該公司使用3D打印機(jī)建造出的世界首套3D 打印別墅，也是迄今為止最高的3D打印樓房。打印出這些樓房的打印機(jī)高21英尺(約6.4米)，寬32英尺(約9.8米)，長(zhǎng)500英尺(約152.4米)。
值得關(guān)注的是，打印耗材主要是可回收建筑垃圾、玻璃、鋼筋以及水泥等。“3D打印房屋的優(yōu)勢(shì)，首先就是成本大幅降低。”盈創(chuàng)裝飾董事長(zhǎng)馬義介紹稱，目前打印一套房子成本要10萬(wàn)英鎊(近100萬(wàn)元人民幣)，雖然不菲，但比同樣的普通建造的房子便宜了很多。
另外在環(huán)保方面，建筑行業(yè)普遍存在碳排放量過(guò)高的情況，但是使用3D打印技術(shù)，廢料、垃圾等都可以循環(huán)再利用。另外，3D打印建筑還減少了建筑工人接觸有害材料的危險(xiǎn)。
業(yè)內(nèi)認(rèn)為，3D打印建筑的環(huán)保意義不小，因?yàn)檫^(guò)程中不產(chǎn)生任何揚(yáng)塵和建筑垃圾，可節(jié)約建筑材料30%至60%，工期縮短50%至70%，建筑成本可至少節(jié)省50%以上，還可以將城市所有建筑垃圾經(jīng)過(guò)處理回收到建筑中去，使建筑更加環(huán)保、節(jié)能、耐久。
“未來(lái)這項(xiàng)新的3D打印建筑技術(shù)還將繼續(xù)優(yōu)化，朝著更干凈、更簡(jiǎn)單、噪音更小的方向發(fā)展。”馬義表示。
廢舊塑料攀上高新技術(shù)
當(dāng)下，塑料是最普及的打印材料，隨著3D 打印高新技術(shù)的普及，廢舊塑料迎來(lái)新的發(fā)展空間。
“相較于其他原料來(lái)說(shuō)，塑料的各項(xiàng)參數(shù)較為符合三維打印技術(shù)，同時(shí)塑料的可塑性較高，比其他類型的原料更容易操作，所以現(xiàn)在很多采用3D打印的模型都是用的這種原料。”羅軍分析認(rèn)為，就目前情況來(lái)說(shuō)，3D打印技術(shù)如果采取專業(yè)生產(chǎn)的塑料，可能將會(huì)耗費(fèi)較多費(fèi)用。而來(lái)自世界各國(guó)的專家研究發(fā)現(xiàn)，將廢舊塑料重新利用也可以達(dá)到同樣的打印效果。
攀上現(xiàn)代化的3D打印技術(shù)，廢塑料有望在高新技術(shù)行業(yè)發(fā)揮巨大作用。廢舊塑料成為打印材料，不僅為我國(guó)印刷行業(yè)提供了新的材料，還避免了原來(lái)處理塑料的金錢(qián)。對(duì)于那些生產(chǎn)型企業(yè)來(lái)說(shuō)，也能從廢舊塑料獲取一些額外的利潤(rùn)，可謂一舉多得。
由于3D印刷基本都是按需取材，使用的材料主要有塑料長(zhǎng)絲、金屬粉末或碳纖維等，甚至還有一些采用熔融沉積造型技術(shù)的打印機(jī)可利用可降解塑料來(lái)進(jìn)行生產(chǎn)，因此大大減少了材料浪費(fèi)。除此之外，3D印刷技術(shù)可以讓人們更方便地生產(chǎn)出替代零件，從而延長(zhǎng)整個(gè)產(chǎn)品的使用壽命，避免其在出現(xiàn)零件故障的時(shí)候就被扔掉。
“以前很多產(chǎn)品都需要跨越千山萬(wàn)水才能到達(dá)最終目的地。而有了3D印刷技術(shù)之后，這些產(chǎn)品的生產(chǎn)和裝備工作都可以在當(dāng)?shù)赝瓿伞Ｈ藗冎恍枰\(yùn)輸原材料就可以了，而且這些原材料所占的空間要遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于成品。”羅軍指出。
但也有研究表明，3D打印機(jī)本身也存在著一些不夠環(huán)保的因素。比如一臺(tái)3D打印機(jī)，通常會(huì)浪費(fèi)40%-45%的墨水。如果打印機(jī)用完后沒(méi)有及時(shí)關(guān)閉，也會(huì)耗掉比平時(shí)更多的電。隨著3D打印機(jī)的普及，打印機(jī)制造商也應(yīng)該想辦法如何解決這些問(wèn)題。
有專家認(rèn)為，3D打印環(huán)保便捷、利國(guó)利民，國(guó)家出臺(tái)《推進(jìn)計(jì)劃》預(yù)示著3D產(chǎn)業(yè)將迎來(lái)高速發(fā)展，但行業(yè)內(nèi)的實(shí)施細(xì)則還需研究，同時(shí)還需要加強(qiáng)人才培養(yǎng)和引進(jìn)，加大資源利用的研究力度，讓更多的原材料加入進(jìn)來(lái)，變廢為寶，實(shí)現(xiàn)再生資源的循環(huán)利用。
(責(zé)任編輯：admin)
3D打印黃金吊墜讓人們銘記
令人驚艷的3D打印噴氣飛行
看3D打印自動(dòng)化單元如何在
大型高精度電子結(jié)構(gòu)件產(chǎn)品
新型防偽技術(shù)：同一束光照
用于細(xì)胞3D打印的
