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3D打印:让万千设计走进现实

发布者: solidedge | 发布时间: 2014-5-22 10:31| 查看数: 1048| 评论数: 0|帖子模式|复制链接



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3D打印:让万千设计走进现实

由于拥有传统制造业所不具备的优势,3d打印技术更有利于创意落地,从而被看成第三次工业革命的使者。到2017年,全球3D打印的市场份额将达到50亿美元,国内3D打印产业在近一两年内也进入了爆发式增长。
  在一台封闭式的大型机器盒中,激光将产品需要的粉末材料以每小时1厘米的厚度进行横断面烧结,层层烧结,叠加“打印”产品的各横截面,最终形成成型产品。这便是“神秘”的3D打印机的工作全流程。
  由于产品按照三维数据模型,由材料层层叠加“烧结”或“黏合”而成,整个产品生产不受任何复杂结构和生产工艺限制,任何空间结构复杂的产品在3D打印机面前都是同样的程序生产。
  凭借这样的突破,3D打印对工业研发、设计前端带来革命性改变,设计人员不再受以往“设计可实现性”局限,任何复杂“怪异”的设想、设计都能够通过3D打印变成现实。
  由于设想能够无限地走进产品现实,研发设计人员也不用耗费巨资开模,3D打印已陆续走进人们熟知的生产、生活领域:从手板制造到玩具、工艺品、汽车、航空航天、生物医疗领域,甚至普通的照相馆也能见到3D打印的应用。据不完整统计,全球3D打印市场产值每年正以30%的速度在增长。
  今年5月底,国际3D打印知名科学家、美国3Dsystem前技术总监、美籍华人许小曙博士,将带领3D打印团队在南沙成立广州南沙3D打印创新研究院。
  研发革命3D打印时代到来
  无拼接的传动轴、类似象牙雕刻的9层镂空套球、结构复杂的无人机机翼、发动机进气歧管、气缸盖样板、埃菲尔铁塔模型……这些琳琅满目的产品,都是广州南沙3D打印创新研究院院长许小曙设计的3D打印机生产出来的。
  广州南沙3D打印创新研究院院长助理刘一展表示:“这些产品的所有齿轮、旋钮都不是组装出来的,也没有焊接,全部是一次性打印出来。”令人叹为观止的是,类似象牙雕刻的9层镂空套球,是在最核心的小球之外连续套着一层又一层的大球,且每一层都是镂空的。“利用传统手工艺雕刻必须花几十年才能完成的一个产品,用3D打印仅需要3个小时就能完成。”刘一展说。
  事实上,不仅仅是降低时间成本,3D打印还突破了设计人员的思想“天花板”。从事3D打印的广州网能产品设计公司负责人邓以翔表示,3D打印的魅力在于让人们的创新能力大大提高,让个人的想法变成现实。“以前给洗衣机开模,要耗费上百万元。”许小曙举例说,由于开模耗费巨大,一旦开发出来不符合要求损失非常大,工业设计人员往往很谨慎。而他们用3D打印技术为国内家电制造龙头企业制作了一台洗衣机样机,仅仅花费了6万多元,设计人员的创意不用耗费巨资就可以进行测试使用,也就可以放开脑筋尝试各种不同的想法。
  不仅如此,对于内部结构复杂的产品,3D打印也有其优势。据介绍,进气歧管是发动机中结构最复杂的部件之一,该部件的传统开发流程大约需要经过4个月的时间。长沙理工大学方程式赛车利用许小曙研发的工业级3D打印机,制作出发动机进气歧管原型部件,耗时仅需48小时。测力试验证明,零件的力度、准确度和耐久性均未出现任何问题,而发动机效率增加了10%。
  “我们已经和许多医院在外科手术上进行了合作。”许小曙谈到了3D打印对医疗领域的影响,他们已经成功完成30余例外科手术,3D打印把CT扫描的二维影像转变成三维实体,外科医生在实体模型上设计手术方案,如固定支架的形状和位置,螺钉的位置、长短等一些关键的技术参数,并且可以利用打印出来的实体,模拟手术过程,并验证手术方案的实际效果。
  “采用3D打印技术可以将手术的时间缩短1/3以上,手术后的恢复时间减少一半,一些复杂的手术以前要数十年以上经验的外科医生才可以完成,而使用3D打印技术以后,年轻医生也能成功实施这类复杂的手术。”许小曙说。
  产业新军精密制造业新力量
  由于拥有传统制造业所不具备的优势,3D打印技术更有利于创意落地,从而被看成第三次工业革命的使者,加之其污染低、对劳动力依附程度低,欧美国家将其视为争取制造业回流的“法宝”。
  “一个以3D打印技术为核心,包含信息、材料、光电、控制等各个上游领域,以及航空航天、汽车、医疗、精密机械、创意文化等众多下游应用领域的新产业群快速萌生,成为世界经济中一个新的价值产生源。”许小曙表示,3D打印技术是从数据模型直接制造三维实体,省略了占据传统制造大部分成本的开模环节,具有便捷、柔性、快速等众多优点。其突出特点是,将大批量无差异化的生产转化为个性化、差异化的快速生产。这种变革让每个人都能参与其中,并快速获得自己的设计和构思实物,摆脱空间形状、加工手段、成本带来的限制。
  “因此,3D打印技术完全可能将私人定制服务带入一个新的发展阶段,因为它从技术、经济的角度为这个领域提供了可行的实现手段。”许小曙表示,由于一台3D打印机可以打印许多形状,它可以像工匠一样每次做出不同形状的物品。相较于传统制造业,3D打印省去了培训机械师或购置新设备的成本。这意味着,随着技术的发展,低成本定制服务将成为未来的发展趋势。
  按照这种发展趋势,许小曙预计,将来集中式的生产将逐步转变成为分布式制造,在网上购买个性化定制商品的设计文件后,人们就可以在附近的3D打印店打印出来。
  事实上,由于3D打印技术的加入,这种个性化、小批量生产已经在高精尖技术领域初现端倪。据介绍,航空航天等装备制造业零部件种类多、形状复杂且性能要求高,需要进行反复测试。3D打印在这样一些小批量、个性化的产品领域,除了在研制速度上具有优势外,还能直接加工出特殊、复杂的形状,简化装备的结构设计并进行使用。“像利用3D打印可以打印飞机的一些零部件,并且可以达到减重、省油的效果。”从事3D打印的大业激光公司负责人陈玹表示。
  广州探索布局3D打印产业园
  相关机构预测,到2017年,全球3D打印的市场份额将达到50亿美元。国内3D打印产业在近一两年内也进入了爆发式增长,广州一家企业今年第一季度售出的3D打印机已经和2013年全年一样多,产值近千万元。
  除了企业自发进军3D打印市场外,各地政府也跃跃欲试。在3D打印技术的发展热潮中,广州同国内不少城市一样,也逐步开启了自己的探索步伐。邓以翔表示,目前广州已经就3D打印产业发展进行了调研,并提出了打造3D打印产业园的设想。
  南沙新区也开始了这方面的探索。早在2013年9月,广州市南沙区经贸科技和信息化局已就南沙新区3D打印产业发展规划项目进行公开招标,借外脑邀请相关咨询公司,就3D打印技术、应用、产业及方向做论证,合理利用各种资源,将南沙打造成为3D产业发展的集聚地。

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