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3D打印:拓展人类制造的边界

文章来源:网络人气:508发表时间:2017-12-11 11:21:52

  早在2012年英国《经济学人》杂志发表专题文章,称3D打印(增材制造)将是第三次工业革命,随着3D打印技术的不断发展,如今产业界更多地思考如何将3D打印发挥出其独特的功效,而不仅仅是概念的炒作。

  在美国佛罗里达州迈阿密Nicklaus儿童医院,年幼的Mia长期承受着呼吸不畅的折磨。她是一个心脏罕见疾病患者,双层脉弓纠缠在一起,血管环缠绕在气管和食道的四周,抑制空气流动,并导致咳嗽和呼吸道反复感染。

  Nicklaus儿童医院参照Mia的CT扫描图,制作了3D打印心脏模型。有了这个模型,儿童心血管外科主任RedmondBurke医生和他的团队便能确定脉弓需要分离的部位,以达到最佳的治疗效果。

  借助于Stratasys3D打印解决方案,那些扭曲的血管可以采用不同的颜色分层打印出来,借助热成像技术最大程度地还原细节。短短两个月,Mia就从手术中恢复过来,回归正常生活,告别了四年因误诊而经历的痛苦生活。对于外科医生而言,一个精确的3D模型比单纯的先进成像技术更有价值。

3D打印:拓展人类制造的边界

  Stratasys企业是FDM打印技术发明者和全球最大的工业/专业级mg游戏送彩金38企业,其亚太及日本地区总裁OmerKrieger分享这些案例时说明说,3D打印在医疗模型领域大有可为。每个人的病灶都不一样,用CT扫描病灶部位后,再用不同的色彩,硬性或软性的材料把相关部位打印出来,将方便外科手术医生进行手术规划。

  3D打印,想说爱你不容易

  从1983年第一台mg游戏送彩金38问世以来,行业发展到今天,3D打印技术的价值和对传统制造的破坏性影响还没有发挥到极致。根据咨询企业安永的调研,只有4%的企业在战略层面运用到了3D打印的技术,还有76%的企业对此没有经验。但是根据全球知名研究和咨询企业Gartner发布的2017年3D打印行业的预测报告,到2020年,10%的工业运营商会将机器人、3D打印技术整合到制造业流程中;在医疗领域,30%的内部医疗植入物和设备将是3D打印的;此外,产品生产时间将因3D打印减少25%,全球75%的制造业务将整合3D打印工具、夹具用于生产成品。

  与大规模工业制造需要开模相比,3D打印技术的好处很明显,能迅速将设计创意转变为实物,尤其擅长复杂结构的制作,便于设计师和用户进行早期设计验证,帮助缩短研发周期,制作过程不用考虑生产工艺,可以直接从计算机图形数据中生成任何形状的物体等等。

  OmerKrieger说,“此前3D打印多是在第一阶段原型阶段使用,现在逐步进入工具制作的阶段,大家要达成的是第三阶段的目标,即实现直接数字制造(DDM),即用3D打印直接走向生产制造,做出最终使用的零件。”

  原材料的制约

  直接数字制造是根据3DCAD数据进行3D打印,直接制造最终产品的制作流程,包括制造产品原型、生产工具或最终零部件等。这种“智能制造”的方式能显著缩短交付时间和生产成本,并具有小批量生产优势,帮助企业快速响应客户需求及市场变化。

  医疗和航空航天领域恰好是对打印材料和技术要求极高,又需要采用个性化定制的领域,而在汽车和电子电气行业,3D打印技术已经开始用于超小规模量产和备件生产。“这是生产制造概念的革新,增材制造不会替代传统制造业,反而是在全新的领域进行开拓。”OmerKrieger说。

  但是要实现这一目标却对打印材料提出了极高的要求,不仅要满足强度等功能要求,还要满足对表面光滑程度、美观度的要求。为此,化工业巨头巴斯夫于2017年9月1日成立新企业——巴斯夫3D打印解决方案有限企业,主要致力于建立和拓展3D打印材料、系统解决方案、组件和服务等业务。

  在化工行业,巴斯夫拥有广泛的3D打印材料产品组合,包括各种热塑性工程塑料、聚氨酯、丙烯酸酯系统(如感光聚合物)、光敏材料、功能添加剂、稳定剂、颜料和金属系统等等。在独立成型部件的工业制造领域(如汽车制造),巴斯夫为激光烧结工艺开发的聚酰胺-6粉末比普遍使用的聚酰胺-12提高了成品的强度和热稳定性。巴斯夫亚太创新园(上海)的3D打印研发实验室里,研发人员正在开发面向高冲击强度3D打印功能件的先进油墨和树脂材料。“这是因为采用现有3D打印先进技术生产的塑料部件在机械和热力性质方面往往有局限性。大家需要有针对性地改善材料性质,满足塑料、陶瓷或金属部件生产的要求。”巴斯夫新业务企业3D打印高级业务发展经理MichaelTang说。“未来3D打印技术能否普及取决于打印产品的价格是否更加经济实惠。因此,重点在于降低材料和设备成本、增加产量和提高质量。”

  让飞机成为3D打印的产物

  与Stratasys主要从事塑料和复合材料打印不同的是,美国工业企业霍尼韦尔在航空航天领域首次尝试金属材料打印。塑料打印和金属打印是两个完全不同的概念,两者之间没有任何的共通性。

  2015年1月,霍尼韦尔成为第一家使用电子束熔炼(EBM)技术(即3D打印),利用铬镍铁合金718生产航空航天零部件的企业。铬镍铁合金作为“超合金”,是一种拥有若干关键特性的合金,耐氧化和耐腐蚀,在高温高压等极端条件下也适用,因此可用于飞机发动机。

  2015年1月28日,霍尼韦尔首次正式使用这种材料和技术生产航空航天组件,在HTF7000发动机上实验设计管腔。通过将8个不同零件号合并成一个限定的零件编号的设计,交付时间可从数月减少至数周。最终可获得一个质量更好的零件,同时实现轧制产量增加、减少库存、提升生产速度,降低生产成本。有了成功经验的支撑,霍尼韦尔开始用同样的技术和材料生产后轴承涡轮支架(RBTS),并且已经确定考虑运用3D打印技术生产多种零件。

  霍尼韦尔航空航天增材制造专家DonaldGodfrey说道,“3D打印开启了航空制造业的新篇章。下一个大的推动将是用该技术制造辅助工具,霍尼韦尔正在开发这项技术来帮助降低工具上的预算,并推动其投入生产,在减少零部件耗费成本的同时提高质量(轧制产量)。随着3D打印应用的普及,大家预计航空业将进入一个快速供应链管理阶段,因为企业们都可以在网上打印所需的部件了。”

  与此同时,Stratasys也成为了空客企业的供应商,专门为其生产A350型号飞机的零部件。虽然定单量很小,只有36个零部件,因为这些零部件在每架飞机上可能只会用到一个或者几个,但这些小小的进步里埋藏着前景广阔的未来。

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