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對話齊歡博士:“3D打印不是變魔術(shù)”

時間:2013-05-27 11:10 來源:未知 作者:中國3d打印網(wǎng) 閱讀:

  “3D打印”這個概念幾乎一夜之間流行起來,媒體上充斥了近乎天方夜譚似的報道,無論是日用品、工業(yè)品,小到茶杯,大到飛機(jī)、建筑,甚至空間站,都可以“打印”出來!“第四次工業(yè)革命”就要開始了……

  聽起來怎么不大像是一項技術(shù),而像是魔術(shù)呢?“3D打印”也仿佛就是傳說中的那盞阿拉丁神燈。可惜,魔術(shù)都是假的,阿拉丁神燈也并不存在,“3D打印”被神話了,和當(dāng)年被神話了的“納米科技”一樣。

  “我們打印不出飛機(jī),也打印不出汽車,‘3D打印’替代不了傳統(tǒng)制造業(yè),當(dāng)然,它可以改善傳統(tǒng)制造業(yè)的某些流程,提升某些環(huán)節(jié)的效率。”上海交通大學(xué)密西根聯(lián)合學(xué)院從事激光“3D打印”研究多年的齊歡博士告訴記者。

  記者:請首先簡單介紹一下3D打印這個概念。

  齊歡:3D打印并不神秘,也不新鮮,在工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域已經(jīng)有近三十年的歷史。所謂“3D打印”,是現(xiàn)有的多種“增材制造技術(shù)”的統(tǒng)稱。物體成型的方式主要有四類:減材成型、受壓成型、增材成型、生長成型,車銑刨磨鉗以及沖壓等傳統(tǒng)機(jī)加工方法是減材成型,3D打印則是增材成型。根據(jù)不同技術(shù)原理、所采用的材料不同,目前3D打印技術(shù)有數(shù)十種,我主要研究的是激光熔覆金屬粉末快速成型技術(shù),這也是目前在工業(yè)領(lǐng)域最有應(yīng)用前景、最尖端的一種3D打印技術(shù)。

  記者:我開門見山,3D打印可以直接打印出一部汽車么?

  齊歡:理論上講,只要能設(shè)計出來,就能打印出來,不光是單個零件,甚至包括裝配好的運(yùn)動總成都能一體打印出來。但實際上受材料的限制——目前能打印的材料還很有限,主要有樹脂、石蠟、石膏、尼龍絲、鈦合金、陶瓷、金屬粉末等十幾種。原理上,雖然可以用金屬粉末打印出白車身,但是那樣造出來的汽車估計誰也買不起,成本和效率都不能想象。

  記者:有報道說3D打印比傳統(tǒng)制造業(yè)更高效啊!

  齊歡:那看打印什么了。如果打印的是單件、單一材料的小玩意兒,比如用石膏材料打印一個小花瓶,效率的確比傳統(tǒng)制法更高,可是就金屬材料而言,目前的3D打印效率非常低。舉個例子吧,用我們的送粉激光熔覆技術(shù)“打印”一個直徑1厘米的金屬螺栓,一層一層“打印”,每層20微米,1厘米需要打印500層,每層需要10秒,總共要5000秒,也就是要將近一個半小時!

  記者:那成本呢?

  齊歡:就金屬激光3D打印而言,目前設(shè)備成本很高,其次,打印用的金屬粉末也比傳統(tǒng)機(jī)加工用的材料貴多了,目前我們打印這樣一條金屬螺栓,成本大概得上百元一個吧。

  記者:效率這么低,成本又這么高,看來3D打印并不神奇啊!

  齊歡:現(xiàn)在3D打印這個概念的確是被神話了。3D打印不能取代傳統(tǒng)制造業(yè),它只是傳統(tǒng)制造業(yè)的一個很好的補(bǔ)充,適用于個性化和定制生產(chǎn),適用于那些造型復(fù)雜、批量不大的特殊產(chǎn)品,對于可以大批量規(guī)模生產(chǎn)的產(chǎn)品,3D打印并不合適。除了成本和效率外,3D打印還有一個制約,就是適合打印的材料目前還很有限,而且一次成型,只能打印單一材料。不久前,世界第一支3D打印的手槍,槍體是塑料,撞針是金屬,就要分別打印,然后組裝。像汽車這樣涉及那么多零件、多種不同材料,是不太可能直接打印出來的。

  記者:那3D打印目前主要能做些什么?

  齊歡:3D打印目前主要應(yīng)用在三個領(lǐng)域:一是桌面打印機(jī),主要是制作工藝品和模型,使用非金屬材料;二是工業(yè)級金屬材料3D打印機(jī),主要用來做一些非功能性零件和產(chǎn)品原型;三是醫(yī)藥生物領(lǐng)域使用的3D打印機(jī),使用的是生物材料,可以打印細(xì)胞、仿生結(jié)構(gòu)等。就汽車行業(yè)而言,3D打印在造型、制模等領(lǐng)域,都有很好的應(yīng)用前景。比如,造型階段,用3D打印的模型取代傳統(tǒng)的手工油泥模型,不僅精度更高,而且可以加快開發(fā)進(jìn)度。

  (汪云青)

  “打印整架飛機(jī)是胡說”

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  3D打印技術(shù)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟副理事長羅軍也認(rèn)為目前的3D打印有點被神話了,他說,目前的3D打印并不適合批量生產(chǎn),說可以打印出整架飛機(jī)更是胡說。“一架飛機(jī)由成千上萬個不同材質(zhì)的零部件組成,不可能在一臺打印機(jī)上實現(xiàn)。”羅軍解釋說,3D打印的核心技術(shù)有兩個,一個是激光噴嘴,另一個就是材料,前者關(guān)系產(chǎn)品的精度和硬度,后者關(guān)系產(chǎn)品的實用性。在他看來,目前材料是3D打印發(fā)展亟待突破的瓶頸。受材料限制,現(xiàn)在還只能打印一雙像鞋子的“鞋子”,而不是能穿的鞋子。并不是什么都適合3D打印,這也是為什么目前全球3D打印市場一年的總規(guī)模還不到20億美元的原因。

  國內(nèi)3D打印領(lǐng)域的權(quán)威,清華大學(xué)教授顏永年也表示,3D打印在效率、成本、性能等方面還不能與傳統(tǒng)制造業(yè)相比,打印一個大的零件通常要好幾天,而傳統(tǒng)制造方法可能只需要幾分甚至幾秒鐘。

  背景知識:

  3D打印技術(shù)是一種“增材成型技術(shù)”,采用分層加工、迭加成形的方式逐層增加材料來生成3D實體。它首先將物品轉(zhuǎn)化為3D數(shù)據(jù),然后運(yùn)用粉末狀金屬或塑料等可黏合材料逐層打印。3D打印技術(shù)最突出的優(yōu)點是無需模具,也不需要機(jī)械加工,就能直接從設(shè)計好的計算機(jī)圖形數(shù)據(jù)中生成任何形狀的物體。而傳統(tǒng)的制造業(yè)最核心的一個環(huán)節(jié)就是要開模,這個環(huán)節(jié)往往耗時很長。

  齊歡

  人物簡介

  美國密歇根大學(xué)機(jī)械工程博士,2005年加入美國通用電氣公司(GE)全球研發(fā)中心,任研究員、研發(fā)項目負(fù)責(zé)人。2010年回國加入上海交大密歇根聯(lián)合學(xué)院。先后參與了美國國家科學(xué)基金(NSF)、美國國家標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)學(xué)會(NIST)的多項研究項目。在GE工作期間,負(fù)責(zé)主持研發(fā)激光快速制造技術(shù)在飛機(jī)發(fā)動機(jī)、渦輪發(fā)動機(jī)等關(guān)鍵部件的制造與維修應(yīng)用。近年來的研究重點是:利用激光熔覆技術(shù)修補(bǔ)渦輪發(fā)動機(jī)單晶結(jié)構(gòu)葉片、激光快速制造的自動閉環(huán)控制系統(tǒng)、新型復(fù)合材料的制備等。

(責(zé)任編輯:admin)

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