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抢占中国3D打印起跑线 各地掀起布局热潮

2019-07-12 10:53编辑:admin人气:


  全球工业正在经历第三次工业革命,与以往不同,本次革命对制造业的发展也会带来巨大影响,其中一类最重要的新技术就是快速成型技术,快速成型技术大致可分为7大类,包括立体印刷、叠层实体制造、选择性激光烧结、熔融沉积成型、三维焊接、三维打印、数码累积成型等。

  美国白宫发表了一份声明,宣布美国政府部门将联合私营部门共同出资建立制造业创新研究所,以扶持美国制造业和鼓励企业在本土投资。而研究所建立后的主要任务将是研发3D打印技术。

  美国国防部、能源部和商务部等5家政府部门将共同出资4500万美元,首笔资金为3000万美元;由俄亥俄州、宾夕法尼亚州和西弗吉尼亚州的企业、学校和非营利性组织组成的联合团体将出资4000万美元。

  据国际模协秘书长罗百辉介绍,快速制造思想产生于上世纪80年代。1992年,美国DTM公司(现已并入美国3DSystems公司)研制成功世界第一台采用粉末材料的激光快速制造装备。美国、德国、日本等国的制造企业将之用于蜡、砂型的快速制造,大大提升了传统铸造工艺的技术水平。

  3D打印技术源于上世纪

  当下发展中国家的劳动力成本正逐年上升,要在新一轮竞争中胜出,得靠技术创新优势3D打印又称增材制造技术,3D打印技术的核心制造思想最早起源于19世纪末的美国,到20世纪80年代后期3D打印技术发展成熟并被广泛应用。

3D打印照相馆

  100多年前美国研究照相雕塑和地貌成形技术,也就是发展到今天的快速成型。它的最早的3d打印机,把数据和原料放进3D打印机中,机器会按照程序把产品一层层造出来。打印出的产品,可以即时使用。美国科学家发明了一种可打印出三维效果的打印机,并已将其成功推向市场。普通打印机能打印一些报告等平面纸张资料。而这种最新发明的打印机,它不仅使立体物品的造价降低,且激发了人们的想象力。未来3D打印机的应用将会更加广泛。

  随着3D打印技术的发展和激光技术的进步,研究人员开始尝试用该技术将金属材料直接制造成零件。3D打印更适合制造快速成型的产品,如一些精巧的工艺品。在大批量生产方面,还须依靠传统制造。

  今年,中国首家3D打印照相体验馆也在西安面向公众开放了。之所以说是开放,不是开业,是因为目前并非商业行为,而是西安非凡士机器人科技有限公司(EliteRobotics)的3D打印体验馆的体验项目。非凡士是一家成立于2011年9月,位于西安高新区创业园内,致力于教育、科研与家用机器人的研究、开发和销售,并提供机器人相关集成技术服务和领先解决方案的公司。

  该公司使用的是MakerBotReplicator?3D打印机,非凡士的举动醉翁之意不于经营3D打印照相馆,而在于推广Makerbot公司的3D打印机。他们已成为美国MakerBot公司的中国代理商,将面向全国销售MakerBot3D打印机。

  用3D打印机打印人像先得拍照,顾客要站在白色布景前,摄影师通过三维扫描仪将真人进行360度扫描,得到全身数据后建立3D打印文件,打印机将按照数据,分毫不差地将人像还原。由于耗时长、材料贵,因此,3D打印人像价格不菲。尽管如此,每个月仍有三四十位顾客来体验这种新的打印技术。

3D打印机

  3D打印技术并非新兴产物,它被称为上上个世纪的思想,上个世纪的技术,这个世纪的市场。尽管3D打印技术早已产生,但在国内认知度的提升却是近一年的事。3D打印技术在全球的推广正以惊人速度在增长。在《环球科学》杂志2013年一月刊中评选出2012年最值得铭记、对人类社会产生影响最为深远的十大新闻,3D打印位列第九,理由是3D打印将在制造业和科研领域引发一场革命。

  3D打印简史

  1986年,CharlesHull开发了第一台商业3D印刷机。

  1993年,麻省理工学院获3D印刷技术专利。

  1995年,美国ZCorp公司从麻省理工学院获得唯一授权并开始开发3D打印机。

  2005年,市场上首个高清晰彩色3D打印机SpectrumZ510由ZCorp公司研制成功。

  2010年11月,世界上第一辆由3D打印机打印而成的汽车Urbee问世。

  2011年6月6日,发布了全球第一款3D打印的比基尼。

  2011年7月,英国研究人员开发出世界上第一台3D巧克力打印机。

  2011年8月,南安普敦大学的工程师们开发出世界上第一架3D打印的飞机。

  2012年11月,苏格兰科学家利用人体细胞首次用3D打印机打印出人造肝脏组织。

  3D打印有望成为新一轮工业革命的领导者

  利用3D打印技术改善艺术及生活的例子屡见不鲜。例如荷兰时尚设计师IrisvanHerpen展示了它的服装设计作品,这些服装作品全部使用3D打印机一次成型。通过3D打印技术制造的服装,突破了传统服装剪裁的限制,帮助设计师完整地展现其灵感。而在Cornell大学的一个项目中,研究团队制造了一台3D打印机用于打印食物,展现了烹调的独特方式。其优势在于能够精确控制食物内部材料分布和结构,将原本需要经验和技术的精细烹调转换为电子屏幕前的简单设计。

  3D打印的出现,让大家眼前一亮。衣服、汽车,甚至是飞机上的高端部件,都能打印。未来,只要能制造的东西,都能靠3D打印和4D打印,打印出来。3D打印,是挽救制造业的一把钥匙,让传统制造业插上了信息化的翅膀。

3D打印制造

  今天的3D技术,主要特指基于电脑和互联网的数字化立体技术。3D打印机出现在上世纪90年代中期,是利用光固化和纸层叠等技术的快速成型装置,把计算机上的蓝图变成实物,在成本、速度和精确度上都远胜于传统制造技术,其工作原理是将一项设计物品转化为3D数据,然后采用分层加工、叠加成形,即通过逐层增加材料来打印成3D实体。与传统的材料加工技术完全不同,3D打印具有仿真性强、速度快,价格便宜,高易用性等优点,是对传统制造业的颠覆性变革。有人甚至将3D打印机看成是第三次工业革命的影子,与蒸汽机和电力相提并论。

  从消费市场来说,传统的大批量制造生产几乎能提供任何人们最基本的吃穿住行玩等消费产品,但是这些产品都是标准化的,千篇一律,手工生产的个性化产品虽然地道,品质精良,内涵丰富,但耗时巨大。而3D打印技术既可满足人们越来越苛刻的对个性化产品的追求欲,还可大大提高生产效率。

  从人力成本来说,一个技术工人可看管数台3D打印机,就像纺织工人看管织布机一样,而劳动效率却有数倍甚至数十倍的提高。正因为如此,美国政府捷足先登,将3D打印揽入怀中,试图成为新一轮工业革命的领导者,继续占据全球工业的制高点。

  3D打印产业开始掀起布局热潮

  3D打印技术,可以在无需任何模具、刀具和工装的情况下,以ABS、PP、PLA等高分子树脂材料、光敏树脂、橡胶、尼龙、冶金粉末、钛合金等作为原材料,采用材料累加法,根据三维扫描并储存在电脑中的CAD数据,在计算机驱动控制下,用激光熔融的方法将材料逐层堆积,最终形成三维实体产品,实现无模制造。

  专家表示,化工行业既为3D打印提供主要的原材料,也是其应用的重点行业之一。与传统的制造模式相比,由于3D打印无需道具与加工模具等生产准备,即可实现任意复杂形状零件原型制造,具有速度快、精度高、性能稳定等优点。同时,该技术可使用多种耗材制作各种产品,使新产品设计开发周期缩短数倍甚至数十倍,费用节省30%~50%,加工效率提高3~5倍,新品成功率显著提高,产品开发成本和市场风险有效降低。

3D打印机展会

  据调查,成都高新机械工程学院和材料工程学院等,在数据分层软件、成型软件等领域已经积累了一定的研究开发和人才培养成果;四川大学和西南交大则在3D打印应用技术方面有实践经验,新材料产业则正是成都的优势主导产业。

  材料在3D打印技术产业链条中恰恰是最关键的环节。尽管3D打印技术实现产业化仍需时日,但成都已经具备了抢跑的产业基础,在材料和航空航天领域都有较大的突破空间。

  据悉,今年1月底,中国3D打印技术产业联盟已与成都双流县达成意向,拟共同出资5亿在双流建设3D打印技术产业创新中心,向成都及周边地区的电子、汽车、机械设备等企业推广3D打印技术。同时,四川大学也正积极与一家本土企业合作,准备利用3D技术研发打印水陆两用汽车。

  而随着成都首批重大产业技术路线图及相关产业研究报告的出路,成都无疑将刮起一股更为迅猛的3D打印产业布局热潮。

  在国内,北京已建立中国工业设计技术服务联盟,整合了国内外39家从事打印技术的机构,培育设备供应企业。其中一家企业已推出万元级3D打印机,2012年产品销量达3000台。

  在陕西,已成立了三维打印产业联盟,其发展重点为低价位3D打印设备及医疗3D技术,并面向航天、超高飞行器方面作陶瓷材料的超前研发。

  在南京,正在规划以企业为基础平台,聚集江苏省内的高校资源,筹建省级3D打印协同创新中心、3D打印技术研究院、3D打印服务体验中心等。

  3D打印改变未来制造模式

  在3D打印刚刚萌芽的时候,人们根本不会想到这种看似虚幻的想象力会有变成现实的一天。而如今,3D打印技术正在向着令人神往的方向发展,慢慢去一步步验证着这一神奇。当然在现阶段,3D打印技术还有很多局限性,但随着技术的不断完善,以及越来越多的人愿意去尝试并创作,相信在未来,3D打印前景会大有可观。

  对3D打印机而言,无论是生产一件产品还是生产机器能容纳的最大量的产品,开动机器的成本都是一样的。这就如同办公室里的二维打印机,无论打印一张信笺还是更多的文件,一直打印到墨盒需要更换、纸张需补充为止,其打印的单位成本总是一样的。

  越来越多的事实表明,3D打印机已不再是设计师和科学家的专属机器,它已经从实验室和工厂逐渐走出来,并且走进学校和家庭,与我们每个普通人的生活息息相关。3D打印的衣服和鞋子已经多次出现在全球各大时装展,3D打印的饼干和蛋糕已经成为一些家庭餐桌上最受欢迎的小点心,3D打印的咖啡桌和个性家具颇受年轻人的喜爱,而在自行车和汽车等交通工具的设计中也越来越多地体现出3D打印元素。从小朋友的喜羊羊牙刷和定制玩具,到父母的立体婚纱照,再到爷爷奶奶的助听器和义齿,3D打印让家庭中的每个成员都感到惊喜并从中受益。

3D打印机

  目前3D打印机制作3D产品需要提供3D制作图才能进行制作,对于普通用户来说可能比较困难,不过对于未来3D打印机来说,可能只需提供产品的多个角度的照片就可自行制作成3D制作图,或者可以像《十二生肖》电影中,通过专业手套来进行扫描产品,之后再通过3D打印机来制作即可。另外,未来3D打印机也会在家庭中必备的家电产品,制作DIY产品都可以使用3D打印机来进行制作,未来3D打印机可以为家庭添色不少。

  随着中国制造业劳动力成本上涨,基于3D打印技术和互联网平台的全球云制造模式将体现出更廉价、更快捷并且更绿色环保的优势,这将极有可能取代现有的中国制造模式。其次,3D打印的广泛应用使得整个产品研发过程都可以在企业内部进行,这将使研发周期缩短并且很好地保护了设计方案。然而,对于大量依靠模仿而生存且缺乏原创设计力量的中国微小企业来说,这无疑是一个沉重的打击。令人欣慰的是,在中国北京、西安、成都和武汉等城市,政府已经陆续开始着手对3D打印相关产业进行布局和规划,从设备研发、软件设计、材料制备和技术服务等众多环节全面鼓励发展3D打印产业。希望中国能够把握此次制造业转型改革机遇,成为世界3D打印产业强国。

  3D打印技术正在遵循三步走的发展路线,逐渐从打印物体外形过渡到打印物体内部构成,最终发展到可以打印物体的高级功能和行为的阶段,因此我们相信:在不远的将来,每个人都可以在家中打印可通话的手机、爬来爬去的迷你机器人,以及其他新奇好玩的电子产品。

(来源:未知)

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