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3D打印技術日漸成型 未來有望引發制造業革命

放大字體??縮小字體 發布日期:2016-10-09??來源:互聯網??作者:紙引未來??瀏覽次數:244
核心提示:
隨著世界高科技革命風靡全球,越來越多的大型集團和企業開始從事3D打印領域,推動了整個產業的快速發展。3D打印技術成為其中最為受益的一大板塊,如今的3D打印技術日新月異,但許多都還未經市場的考驗,人們也并不熟知。今天,小編就來為大家科普下這些“新奇”的3D打印新技術及其發展。

  在非金屬3D打印成形領域,基于噴印原理(典型技術3DP)和光固化面成形(典型技術CLIP)的3D打印技術會成為絕對主流。原因很簡單,CLIP是最快的3D打印技術,而噴印成形是唯一可打印全彩色的3D打印技術,可打印大尺寸、速度快(接近于面成形)、強度高,且在同一層面可成形不同材料。

  金屬3D打印工業應用領域,結合數控加工的復合成形技術將逐漸主導市場。當然這有一個前提,就是Xjet技術沒能實現商品化。而一旦Xjet技術可打印高致密度金屬零件并實現商品化,3D打印對制造業的革命就開始了。

  在生物醫療領域,打印金屬植入物將逐步獲得認證并真實應用到臨床,可降解材料植入物的應用將緊隨其后,至于活性器官3D打印,我對自己一點信心都沒有,我不認為自己可以活到那一天。

  為了看得更清楚,現在讓我們簡要回顧一下3D打印技術的發展歷程。

  3D打印技術在過去被稱為快速原型技術,在經歷2012年行業的突然爆發之后,民間逐漸以“3D打印”這個名詞代表了這個行業,雖然學術領域的很多老一輩專家認為這個名詞不準確,所以一般在正式場合使用“增材制造”這個名詞。在其近30年的發展歷程中,前20年都是以傳統5類技術(FDM、SLS、SLA、LOM和3DP)為核心進行升級,隨后出現金屬3D打印機(SLM),到近5年,新技術層出不窮,整個行業也到達火熱的程度。雖然市場上媒體和投資機構對3D打印技術的認識逐漸理性,但新技術的開發力度卻達到了歷史最高點。

  最初的3D打印技術為快速原型技術,所以制造的零件都是原型件,就是“模型”,不具備產品真實的功能。所以原先在焊接技術領域的增材制造技術(典型技術LENS)不是“原型”打印機,也就不是快速原型技術。2005年前,在中國主要的快速原型技術研發團隊有三個高校(華中科技大學、清華大學和西安交通大學)團隊孵化的三個公司(武漢濱湖機電、陜西恒通和北京殷華)和少數幾個企業(北京隆源、上海聯泰等),進入中國的國外公司也就3Dsystems、stratasys和EOS少數幾家企業。

  從金屬3D打印機(SLM)出現之后,3D打印機就開始逐漸從“快速原型”向“快速制造”過渡。武漢濱湖機電當時也明確的提出了“直接制造功能件”的技術發展方向,加大SLS制造尼龍功能件研發力度和開發金屬成形SLM技術,也使得濱湖機電成為中國首批可制作尼龍件和金屬打印機的廠家。從2005年以色列objet公司開始進入中國,其快速、經濟的特點極大沖擊了中國以SLA技術為代表的“原型件”制造應用領域,這一狀況發展到2008年尤為明顯,有些企業業績受到顯著影響,甚至有人認為快速原型行業不行了。由于武漢濱湖機電的核心產品是SLS技術以及SLM技術,業績反而一直是穩步上升。

  2012年在歐美等國的促動下,3D打印行業突然爆發,政府、媒體、券商甚至普通老百姓都開始全面關注3D打印技術,更有人認為3D打印是萬能的制造技術,焊接領域的增材制造技術也加入到3D打印行業,中國的3D打印市場也成幾何倍數增長,幾乎所有的3D打印企業也重新爆發,任何一個與3D打印產業沾邊的企業也都獲利,造成了很多企業都想靠上3D打印,一些明顯的二維成形技術也都掛上3D打印的稱呼,整個行業處于“發燒”狀態。好的一面是,火熱的大環境促動了很多新興技術的誕生,新技術、新企業也是層出不窮,如普通紙張全彩3D打印機、復合金屬3D打印機、建筑3D打印機、巧克力3D打印機、CLIP技術、Xjet技術、液態金屬3D打印機等等。

  兩年前,在一些專家的呼吁下,很多人開始冷靜思考3D打印行業,人們開始發現,目前的3D打印技術有很多缺點,它們很難滿足制造業的要求。在接下來的兩三年,行業洗牌可能在所難免,一些舊的技術也必將逐漸淡出市場。

  下面來解釋一下前面我對行業技術發展預測的理由。

  先看看主要的塑料成形行業。傳統的成形方法主要是注塑成型和數控加工,對產品的要求主要體現在強度、速度和經濟性。

  CLIP技術最顯著的特點就是快,由于解決了固化面與玻璃剝離的核心問題,任何一種加法式成形技術不可能比它更快。俗話說天下武功唯快不破,幾分鐘即可得到零件的速度足夠讓工程師和設計師興奮。還有一點是該技術可采用普通投影技術,設備硬件成本較低,說明該技術產品有足夠的降價空間,就看企業愿不愿意了。當然CLIP技術也有缺點,就是不能成形全彩色零件,短期內成形尺寸也不大。

  而噴印成形3D打印技術(以下簡稱3DP),有幾個典型的特點:速度快、可打印全彩色、成形尺寸大等,早期的3DP技術主要打印石膏材料,給人造成了零件強度不高的缺點。但新的3DP技術不僅成形強度很高,且成形材料很多,如尼龍、陶瓷、覆膜砂等。3DP技術如果解決了表面質量問題,其應用前景將非常可觀。

  可以預見,新的3DP和CLIP技術一旦廣泛商用,傳統非金屬3D打印技術必將受到沖擊甚至被淘汰。

  對于金屬3D打印工業應用領域,如果金屬3D打印機不能解決表面質量低、成形效率低和成本高的缺點,它在工業應用領域就只能是復雜零件方面,而且很多復雜零件由于支撐無法去除也不能加工,所以傳統金屬3D打印技術在工業領域的應用必定受限。近幾年出現的結合數控加工的復合成形金屬3D打印機很好的解決了表面質量的問題,其應用領域擴大很多,甚至可以應用到模具加工領域成為一種模具加工設備。

  而Xjet技術的出現才是金屬成形3D打印機的革命性技術,我本人非常驚嘆該技術的成就,由于Xjet技術還沒有商品化,我不能確定的是該技術在成形零件的致密度方面會如何,但從介紹上來看它幾乎解決了金屬成形3D打印技術的所有缺點,如果該技術能夠解決致密度問題,3D打印對制造業就真能產生革命性影響了。

  生物醫療領域是一個特殊的領域,幾乎每一個“產品”都是個性化的,且不需要極高的表面質量和高致密度,是一個特別適合于3D打印技術的領域。比如金屬3D打印在工業領域的一些缺點在應用到生物醫療領域反而成了優點——如空間網格化和粗糙的表面更能符合生物組織生長的要求。因此,在通過醫療審批后3D打印技術在生物醫療領域將會有廣闊的空間。但在活性器官3D打印方面我始終持有慎重應用的觀點,理由很簡單,我認為人類對一些活性器官的研究還不夠徹底,還有很多未知的知識我們的科學家都還沒有掌握。在這種情況下,我們打印的活性器官一定只是具備某種功能的“產品”,而不是真實的器官。

  我們可以想象一下上述幾種技術實現普遍商業化之后的情景,可以分析哪些技術可能受到沖擊而衰退甚至消失。

  3D打印技術本身被委以“引發制造業革命”的重任,但傳統的3D打印技術顯然不能承擔如此重任。作為從事3D打印的企業來說,需要實事求是的分析市場,開發符合未來制造業要求的3D打印新技術,并結合新技術、新工藝開發新材料,擴大應用市場,才能保持企業的持續發展。

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