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3D打印的工业化应用前景

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3D打印尽管有其缺陷,但仍将继续在设计、研发和工艺独特的小批量零件生产方面不断发展。

来源:TechTarget中国 2015年3月10日

关键字: 3D打印 自动化 工业化

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3D打印尽管有其缺陷,但仍将继续在设计、研发和工艺独特的小批量零件生产方面不断发展。叠层制造(工业版本的3D打印)提供了另一种制造策略,它已经被许多不同的场景和市场所采纳。像其它任何技术一样,它将给一些领域提供新的方案和能力,但并不是全部。

叠层制造与传统制造不同,它可以通过几种机制添加材料形成目标,最广为人知的就是它可以打印液体或凝胶形式组件材料的连续层,在此基础上形成三维固体的形 态。大部分传统制造都由材料移除加工、材料成型或组装这几部分组成。其它类型的制造还使用化学或者物理流程进行处理,而不是简单地对原材料进行添加或去 除,这不在本文的讨论范围之内。由于叠层制造几乎不会带来边角废料,它的设计材料利用效率非常高,因而非常“绿色”。

尽管研究人员在金属和其它材料方面取得了一定成功,但3D打印最初应用的领域主要是把塑料作为沉积材料使用,其可用的材料范围确实是有限的。此外,3D打 印速度不够快,也不适合量产规模。3D打印普通大小和复杂零件就需要很长时间。而且随着零件尺寸的增长,3D打印的成本将呈几何级数级上升。要大批量生产 零件需要一屋子打印机7x24地工作才行。

3D打印对传统批量制造不构成威胁

现代化自动生产流程可以高速制造大批量相同的零件。3D打印一次只生成一个零件,唯一可以批量处理的办法是同时安装多台打印机同步生产多个零件,但这样速度仍然会很慢。

3D打印尽管仍存在一定局限性,但它将继续变革,从而用来进行特定的小批量零件生产,尤其是那些几何形状复杂的零件。

CAD/CAM是工程和设计领域的重大进步。装配部件和它的组成零件可以在设计软件中进行制定,然后软件中的分析程序会测试其强度、导热性、应力和应变的 特性,以及移动和操作特性等等。3D打印把CAD/CAM向前推进了一步,可以制造物理原型,尽管原型所用材料可能不是产品最终使用的材料。不过,设计者 可以接触和感受这种原型,把它与现实世界的其它零件或者物体进行搭配体验,可以在投入正式生产所需的昂贵工具和设备之前了解该零件或产品的更多信息。等待 3D打印机花10小时到12小时生产一个原型,比等待数天甚至数周建模车间手工制作样品要靠谱的多。

3D打印对于生产单件或小批量对象是非常好的工具,例如:不再生产的过期备件,特色产品和艺术作品(例如定制珠宝)。

3D打印的用武之地

在医疗领域,定制替换人造髋关节和膝关节变得越来越普遍了,3D打印在这个领域似乎特别有前途。也有研究使用3D打印制造其它生物结构,这方面也很有前景。

打印复杂几何形状的大部件可以降低单个零部件的数量,也可以带来强度更大、重量更轻的特性。GE已经在使用3D打印机生产复杂喷气发动机零件,该零件是一 种3D火箭引擎喷射器,已经通过了NASA的一项主要测试。美国航天局官员认为,它可能预示着推进系统制造的新时代的到来。

远程打印服务部件也是非常有潜力的应用领域。试想我们在人力难以到达的位置(比如:矿山,钻井现场,或者遥远的勘探地点,甚至是国际空间站的轨道上)安置 一台3D打印机就可以工作了,这是多么方便的事啊。言归正传,3D打印机可能是设备制造商需要维护小批量备件库存的有效解决方案。有了3D打印,所需零件 的数字文件可以由经销商或者维修技术人员下载后打印,在打印机更加普及以后,客户可能自己就能打印零件了。将来会出现更多3D打印实体店,提供的服务就像 在海底捞打印上传的照片,或者像在任何快印店打印一份电子文档一样。

以上几个例子凸显了当今时代对3D打印的主要诉求,但毫无疑问,对于该项技术还会出现更多有创意的用途。当然,3D打印技术也会进一步提高,比如能使用更多的材料,更快速更精准地进行打印。但是,扩展性问题可能最终成为3D打印在量产方面的掣肘。

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