3D打印产业进入快速发展期

 tianxiadiyi   2019-07-11 12:51   34 人阅读  0 条评论

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对于大型金属结构部件,使用电线进行熔化和堆叠可能更好。能量源可以是激光,电子束或电弧,就像传统的电焊一样。目前,该技术可制成大于2米,5米甚至8米。陆秉衡的实验室团队目前是2米,正在尝试5米,6米的设备。
事实上,许多传统制造技术可以与3D打印技术相结合。例如,使用层堆叠概念的铸造技术使用薄的铸造层来形成新的3D打印技术。陆秉衡团队的一项专利是在每层铸件中使用锻造,以增加结构材料的强度和密度,从而提高性能。他们进行了大量的堆焊实验,并认为这是一种有效的大型结构件制造方法,每小时可达到5公斤甚至10公斤。
功能分级的材料很有价值
功能梯度材料和复合材料越来越受到3D打印行业的关注。陆秉衡介绍,功能梯度材料(FGM)是指材料的化学成分,微观结构和原子排列,从一侧到另一侧,具有连续的梯度,使材料的性质和功能在梯度上连续变化。分层材料,不同材料印刷在不同层上,可以实现表面耐磨,耐腐蚀,强度高,内部韧性好,内部是松散的蜂窝结构,像人体的骨骼,在刚性的同时减少重量。目前,这些技术已经在航空航天工业中发挥了重要作用。
复合材料的应用也是一个非常重要的方面。例如,汽车,飞机和航空航天设备需要高强度或高刚度,同时减轻重量,并且可获得复合材料。该纤维复合材料具有比强度高,比模量大,热稳定性好,设计性好,重量轻的特点。纤维复合材料包括长纤维复合材料和短纤维复合材料。长纤维复合材料在制造身体方面仍然存在许多技术难题。在具有更加发达的表面的一些表面上更容易制造,但是在具有大曲面的不平坦结构中更难以实现。此时,还可以用短纤维复合材料或树脂复合材料解决该问题,以获得良好的强度。
另外,当温度变化时,界面会发生什么样的变化;进行负载时接口之间的交互是什么;形成三维结构的过程不同于正常的工作条件,温度环境和其他物理环境,并会引起界面的内应力。增加影响性能..这些是需要进一步研究的问题。
应用场景呈现高端趋势
3D打印在各种高端制造领域得到了极大的发展。
在航空航天工业中,由于3D打印具有对复杂形状零件的适应性,因此可以将许多零件集成为一个零件。凭借这一优势,火箭发动机零件的数量可减少80%,并且许多焊缝可以3D打印。这是通过减少焊接引起的强度损坏和其他可能的故障来实现的。
在医疗领域,3D打印对于实现精准医疗具有广阔的应用前景,从影像诊断,三维数据设计,骨骼等结构打印到临床手术,3D打印能够实现个性化组织再生和修复。目前,3D打印在医疗器械制造和专业医疗辅助器械方面的应用发展较为成熟.3D打印技术较为典型的医疗应用包括构建手术规划模型,医疗培训教学,手术导板,3D打印植入物以及假肢,助听器等康复医疗器械。医疗器械领域可以充分发挥3D打印特性化的特点。2000年,卢秉恒团队做了3D打印用于下额骨特性化替换的试验,2018年2月,“个体化下颌骨重建假体”获得国内首张个体化定制骨科内植物器械注册证。
三维打印用于建筑领域也在探索阶段。目前打印低层建筑日渐成熟,应用越来越广泛。高层建筑还有一定的难度,有待于材料的改进和材料打印工艺的发展。
卢秉恒认为,目前,我国3D打印在应用领域进展良好,但是在原创的装备,原创的技术方面与发达国家相比仍有较大差距,希望能够通过多学科交叉,包括材料领域,信息领域,生物医疗领域的交叉来推动3D打印技术的创新。
3D打印未来发展趋势
卢秉恒指出,3D打印面临的挑战主要包括从控形到控形控性,从宏观到微纳,从制造到创造,从地球到太空以及如何多学科交叉推动技术创新等多方面。
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“微纳结构增材制造工艺和设备”已被科技部列为重点共通关键技术项目。目标是使用MEMS,传感器,微纳光学,精密医疗设备等作为应用目标来进行器件制造应用实验。形成了具有很好应用前景的新型功能器件原型,集成和制造了具有微纳特征的三维结构和功能。目前,智能制造需要大量传感器,并且在微电子制造领域可能需要数百万个部件。但是,在某些自定义领域中,只需要少量批量传感器,3D打印可以发挥重要作用。
3D打印的优点是能够制作复杂的形状,可以对其进行修改和重新设计,以将多个部件组合成一个部件。
陆秉衡认为,未来3D打印的发展趋势将集中在以下几个方面:
首先,3D打印行业将逐步成为各行各业产品开发的工具。在未来5到10年内,也许每个领域都将使用3D打印技术开发自己的产品和设备。
其次,从批量生产到个性化定制。制造业目前正在大规模生产,并且要发展个性化定制,增材制造将发挥非常重要的作用。目前,国家药品监督管理部门高度重视定制添加剂制造医疗器械的发展,并就《定制式增材制造医疗器械注册技术审查指导原则(征求意见稿)》进行了多次讨论。在消费品领域,海尔集团等公司也在努力通过设计师和用户之间的网络互动来设计个性化产品。
三是大企业跨境干预,促进行业发展。例如,GE通过3D打印技术彻底改变了汽车发动机部件。他们还成立了一家增材制造公司,并在研发活动上投入了大量资金。
第四,标准研究引领发展。目前,3D打印行业缺乏标准是制约发展的一个因素。目前,许多低端和高端产品混合在一起,用户不清楚。在发展中,“坏钱驱逐好钱”,同质化,低价竞争等现象。有关部门必须高度重视标准的提高。
陆秉衡绘制了增材制造发展的路线图:
在技术发展方面,从3D到4D,从4D到5D,所谓的5D是生命可降解组织和发育因素的结合,印刷设备可以实现器官再造技术,如人工心脏和人工肝;
在应用开发方面,我们逐渐从20世纪的产品原型转向3D打印开发,再到大规模生产;
在成型材料方面,从树脂开发到金属材料,复合材料,再到生物活性材料;
在工业发展方面,从设备开发到各个领域,再到先进技术;
在参与者方面,从科技界到企业界,金融机构也在尝试应用3D打印技术。未来,越来越多的制造商将使用3D打印技术来完成他们的奇思妙想。
附:3D打印主流技术
SLA(光固化技术)通过激光扫描固化液态光敏树脂。这是第一个发明的3D打印技术,并已广泛用于设计验证。
SLS(选择性激光烧结)是一种将非金属(或普通金属)粉末分层并选择激光以在程序控制下扫描并形成三维物体的过程。用于制造飞机,航空航天零件以及精密零件的制造,包括飞机格栅,牙科修复和颅骨修复。
SLM用于粉末进料中的激光熔化和烧结。与表面处理类似,零件更紧凑,强度达到锻造水平。它可用于制造大型结构件和轴承零件。
FDM(熔融堆叠方法)将热塑性长丝材料加热并从小孔中挤出以熔化并沉积金属丝。适合教育或制造商设计验证。大型FDM设备可用于制造汽车和无人机。

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