可能改变世界工业格局的打印

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  最近,“三维(3D)打印”一词持续升温,不断涌向各大IT门户网站,欧美国家更有专家认为这项技术代表着制造业发展的新趋势。美国《时代》周刊已将3D打印产业列为“美国十大增长最快的工业”,英国《经济学人》杂志则认为它将与其他数字化生产模式一起推动实现新的工业革命。从实际应用上来说,用3D打印技术进行机械制造已经成为激动人心的现实。实际上,16名比利时工程师近日就利用3D打印机制造了一辆全尺寸赛车,并完成测试。
  新型技术幻象成真
  美国科幻作家罗伯特·希克利曾经描写过关于“万能制造机”的场景。这是一台奇特的大机器,机身上杂乱地安装着刻度盘、小灯和各种指示表。故事的主角之一阿诺尔德站在机器前,按下按钮,对它响亮而清楚地说:“我要硬铝螺帽,直径为4英寸。”接到指令,机器发出低沉的轰鸣声,灯光闪烁,闸板缓缓打开,眼前赫然出现了一颗闪光发亮已经制好的螺帽。
  也许罗伯特没有想到如今一台3 D打印机已经将他书中的幻境变为现实,那么什么是3D打印机呢?我们日常生活中使用的普通打印机可以打印电脑设计的平面物品,而所谓的3D打印机与普通打印机工作原理基本相同,只是打印材料有些不同,普通打印机的打印材料是墨水和纸张,而3D打印机内装有金属、陶瓷、塑料、砂等不同的“打印材料”,是实实在在的原材料,打印机与电脑连接后,通过电脑控制可以把“打印材料”一层层叠加起来,最终把计算机上的蓝图变成实物。通俗地说,3D打印机是可以“打印”出真实的3D物体的一种设备,比如打印一个机器人、打印玩具车,打印各种模型,甚至是食物等等。之所以通俗地称其为“打印机”是参照了普通打印机的技术原理,因为分层加工的过程与喷墨打印十分相似。这项打印技术称为3D立体打印技术。
  这项立体打印技术出现于上世纪9O年代的美国,当时命名为快速制造技术。其实“3D打印”是通俗叫法,学术名称为快速成型技术,也称为增材制造技术,是一种不再需要传统的刀具、夹具和机床就可以打造出任意形状,根据零件或物体的三维模型数据,通过成型设备以材料累加的方式制成实物模型的技术。
  前景广阔 问题犹存
  在3D打印技术可以打印器官、汽车、飞机的今天,它还在创造无限的可能。著名的《经济学人》最近描述了3D打印技术的前景是一种新型的生产方式,能够促成新的工业革命。3D打印技术将来会促进传统的设计和制造模式,只是如今还没有大范围的推广和应用。随着3D打印技术的成熟和社会的发展,制造业的跨越式发展指日可待。
  首先3D打印技术可以加工传统方法难以制造的零件。过去传统的制造方法就是一个毛坯,把不需要的地方切除掉,是多维加工的,或者采用磨具,把金属和塑料融化灌进去得到这样的零件,这样对复杂的零部件来说加工起来非常困难。立体打印技术对于复杂零部件而言具有极大的优势,立体打印技术可以打印非常复杂的东西。其次实现了首件的净型成形,这样后期辅助加工量大大减小,避免了委外加工的数据泄密和时间跨度,尤其适合一些高保密性的行业,如军工、核电领域。再次由于制造准备和数据转换的时间大幅减少,使得单件试制、小批量出产的周期和成本降低,特别适合新产品的开发和单件小批量零件的出产。
  这些速度快、高易用性等优势使得3D打印成为一种潮流,并且在很多领域得到了应用。如今3D打印机已经在建筑设计、医疗辅助、工业模型、复杂结构、零配件、动漫模型等领域都已经有了一定程度的应用。尤其在飞机、核电和火电等使用重型机械、高端精密机械的行业,3D打印技术“打印”的产品是自然无缝连接的,结构之间的稳固性和连接强度要远远高于传统方法。
  伴随着3D打印技术繁荣的背后,其本身仍然存在一些问题。这种技术目前还局限于在试制阶段,目前的应用领域还不够广阔,要勇于尝试在高端的国防领域方面的应用。除此之外,其“打印材料”十分有限。
  成就显赫仍待发展
  美国的3D打印技术起步较早,目前这项技术在美国已经产业化,目前全球的两家3D打印机制造巨头,分别是Stratasys和3D Systems,均在美国纳斯达克上市。近日,美国国家增材制造创新学会开始投入了7000万美元,希望能把3D打印技术推广到过去未曾涉足的新领域。其他国家也加紧研究3D打印技术的步伐,并取得了巨大的成果。
  美国在科研方面仍然居于领先地位,但我国的西安交大、清华大学等也有着顶尖的实力,只是在商业化层面不如美国的公司做得那么强。
  目前为止我国虽然在3D打印的市场上已经有不少嗅觉敏锐的掘金者,并且这个群体正在不断扩大。但是我国仍然没有形成3D打印的产业链,也并非3D打印技术的主市场。2011年,以全球主要国家3D打印设备的装机比例来说,我国3D打印设备的装机量,仅占全球的9%。在我国,由于3D打印机昂贵的价格,所以企业成为主要购买目标。但即使对于企业来说,这个价格也足够昂贵。价格是制约国内企业的最主要因素之一,3D打印技术要成为主流的生产制造技术还尚需时日。
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