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3D打印開始進入高端制造 顯著降低生産成本和時間

未知 2019-07-16 10:53

  在不久前舉行的2013中關村論壇年會上,北京航空航天大學教授王華明表示,我國高性能大型金屬構件增材制造/3D打印技術研究和應用走在國際前列,這一技術對于提升我國重大高端裝備的研發、制造水平意義重大。未來,3D打印技術在高性能金屬材料關鍵構件制造領域擁有廣闊的發展空間。

  3D打印作為一種新的制造技術,不僅是新産品研發的重要手段,更可提高裝備制造技術水平和性能。每種技術都有它的适用範圍。高性能金屬零件的3D打印,對重大高端裝備制造具有重要價值,因為它可直接生産裝備中的零件。

  新材料和制造業密切結合,是裝備制造業的基礎,其對未來的影響會越來越大。從大的領域說,高性能金屬構件的增材制造,其核心就在于控制增材制造過程獲得高性能高品質材料的構件。基于3D打印技術的高性能金屬材料制造将為我國航空航天裝備制造業帶來比較大的價值。國家大飛機科技重大專項的實施,也為增材制造技術在航空工業的應用提供了發展機會。

  3D打印進入航空制造領域

  據國資委網站最新消息,中國航天科工六院41所攜手國内3D打印設備商,首次利用3D打印技術生産出了固體火箭發動機環形點火藥盒殼體,并順利通過點火驗證試驗,标志着41所已具備将3D打印技術應用于發動機環形點火藥盒殼體生産的能力。

  3D打印解決了點火裝置複雜三維造型看得見、摸不着的問題,極大縮減了研制與生産周期,降低了成本,減少了材料浪費,最重要的是能夠制造出一些傳統生産技術無法制造出的點火裝置殼體外形,有效推進了點火裝置設計技術的發展。

3d打印火箭

  就在今年7月美國航空航天局(NASA)成功試驗了有史以來第一個3D打印的火箭發動機部件。用3D打印技術制造配件耗時縮短,成本降低,優勢明顯。美國航空航天局表示,加利福尼亞州的航空噴氣發動機-洛克達因公司(AerojetRocketdyne)采用選擇性激光熔化技術實現這一壯舉。首先,利用高能激光束将金屬粉末熔化,再根據計算機設計的噴嘴三維模型将其打印出來。此次進行試驗的噴嘴尺寸要比實用的噴嘴略小,但已經足夠進行溫度和壓力的測試。

  和傳統工藝相比,新技術耗時短,成本低。火箭噴嘴對尺寸的要求極為精确,過去需要一年才能完工。不過,采用選擇型激光熔化技術,耗時不到4個月就成功打印出噴嘴,生産成本也降低超過七成。美國航空航天局表示這項技術或可更有效的生産火箭發動機,為美國公司節省時間和金錢。3D打印技術能顯著降低零部件的生産時間和成本,可能帶來重大變革。

  3D打印制造人體器官錢景無限

  3D打印機可以用于制作人工氣管,因為3D打印機很容易生産可以組成器官管狀結構的環。研究人員們使用了生物相容性塑料材料打印這種氣管,并且在小豬身上做了測試。

  2012年的一月,英國外科醫生們在一名病人卡伊巴的肺部植入了一個3D打印的氣管,使他的呼吸道保持暢通。幾年之後,這個人造氣管會在體内自行溶解,到那時候卡伊巴自身的支氣管就可以發育到能夠維持正常呼吸的水平。

  密歇根大學的格倫格林(GlennGreen)醫生和他的同事們認為3D打印機可以用于制作人工氣管,因為3D打印機很容易生産可以組成器官管狀結構的環。研究人員們使用了生物相容性塑料材料打印這種氣管,并且在小豬身上做了測試。

3d打印器官

  研究團隊先給卡伊巴的呼吸道做了CT掃描,用得到的數據打印出了一個模具。然後,他們利用這個模具制造了一個合适的、柔韌的套筒來固定呼吸道。最後一步就是将他的支氣管組織縫在這個套筒内,該手術需要獲得美國食品及藥品管理局(U.S.FoodandDrugAdministration)的應急使用許可。裝上這個套筒之後,我們第一次看到他的肺動了起來,格林說。3D打印的醫療設備以及人體部件的應用才剛剛起步,但是格林相信這項技術有着巨大的潛力。

  利用3D打印技術培育人體器官是再生醫學領域的一大熱門,目前正不斷取得進步。借助于這項技術,科學家能夠培育出仿真度極高的人造耳朵和鼻子等面部器官。随着研究的深入和技術的繼續進步,他們将最終培育出可以進行移植的人造肺以及其他器官。現在,維克森林大學的3D打印機已經打印出腎髒原型。在其他一些實驗室,科學家也在研究如何利用可降解支架培育人造心髒、肺部、肝髒和腎髒,讓定制移植成為一種可能。

  3D打印機械手臂功能強大

  3D打印技術近年在受到防範關注的同時,其自身也在飛速發展。目前,科學家已經可以通過3D打印機制造出類似科幻電影《終結者》的透明機械手臂,這種最新假肢設計是采用透明塑料制造。

  據英國新科學家雜志報道,它看上去如同科幻電影道具,事實上是未來新款人體假肢。目前,3D打印機可以制作透明塑料質地的日常生活用品,因此我們能夠十分詳細地掌握其如何運行,這種精緻的3D打印假肢就是一個典型的例子,它在倫敦科學博物館3D打印展覽會上展出,是此次展出600多件3D打印物品之一。

  下面這款終結者手臂是由英國諾丁漢大學附加制造和3D打印研究學會主管理查德海格(RichardHague)設計的,他和學生們展示了3D打印機如何制造這種結實的假肢,以及可移動關節和微妙傳感器類似螺旋形狀的金屬觸摸傳感器。

  海格說:這是一個實物模型,其電路能夠探測到溫度,感觸到物體,以及控制手臂運動。3D打印技術賦予我們任意制造複雜、最佳外型的設計,我們的研究旨在聚焦打印電子、光學以及實現生物學功能。

  3D打印技術将滿足之前不能負擔購買假肢的傷殘群體,例如:南非設計師理查德-範(RichardVan)倡導的嵌入式機械手項目,旨在打印廉價、塑料定制化假肢,尤其适用于那些缺少手指,或者天生手指或腳趾殘疾畸形的人群。

  3D打印對傳統制造業有什麼影響?

  随着3D打印逐步在全球掀起定制化商品的熱潮,中國作為世界傳統制造業巨頭将何去何從成為人們争相讨論的話題。有3D打印之父之稱的斯科特?克倫普(ScottCrump)認為,中國批量生産式的傳統制造業不會受到3D打印的沖擊,至少目前不會。在他看來,未來中國有可能成為美國在該領域的有力競争者。

  3D打印是通過對可粘合打印材料的層層疊加,最後形成完整的立體物品。不論是航天工程師,還是普通業餘愛好者,足不出戶便可創造屬于自己的個性化定制物品。目前3D打印已被運用生産玩具、假肢甚至是飛機發動機的零部件。

  然而對于3D打印技術,各方褒貶不一。據報道,鴻海董事長郭台銘6月時曾稱,3D打印隻是個噱頭。有3D打印之父之稱的美國Stratasys公司聯合創始人和董事長斯科特?克倫普(ScottCrump)雖不認同郭台銘對3D打印的消極評價,但他并不認為中國批量生産式的傳統制造業會受到3D打印的沖擊,至少目前不會。

  美國Stratasys公司更是很有理由看好中國市場,該公司約四分之一銷售額來自亞太地區,其中中國市場所占份額還在迅速攀升。據報道,2012年,Stratasys營業額達35.9億美元(約合人民币219.7億元),

  此前,在于美國加州舉辦的3D打印大會上,克倫普稱,3D打印的發展并不意味着中國以及韓國等地區大宗制造業的衰退,相反可能全球各國都能從該項技術中分一杯羹,中國還很有可能成為美國的有力競争者。

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