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新时代颠覆性技术 且看3D打印如何改造世界

3D打印曾被西方赋予“与其他数字化生产模式一起推动实现第三次工业革命”的重要使命。纵观历史,18世纪瓦特发明的蒸汽机掀起了工业的第一次革命,19世纪电力广泛应用诱发第二次工业革命。但前两次工业革命的实质,都是能源动力源的深刻变革从而引发整个工业制造业甚至整个时代的大跃进。而被誉为将推动第三次工业革命进程的3D打印技术,却并非是来自能源动力源的变革,而是对制造模式的颠覆...[详细]

定义

3D打印,快速成型技术的一种,以数字模型文件为基础,运用粉末状金属或塑料等可粘合材料,通过逐层打印的方式来构造物体的技术。3D打印技术常在模具制造、工业设计等领域被用于制造模型,后逐渐用于一些产品的直接制造,已经有使用这种技术打印而成的零部件。该技术在珠宝、鞋类、工业设计、建筑、工程和施工、汽车,航空航天、医疗等多领域都有所应用。

日常生活中使用的普通打印机可以打印电脑设计的平面物品,而所谓的3D打印机与普通打印机工作原理基本相同,只是打印材料有些不同,普通打印机的打印材料是墨水和纸张,而3D打印机内装有金属、陶瓷、塑料、砂等不同的“打印材料”,是实实在在的原材料,打印机与电脑连接后,通过电脑控制可以把“打印材料”一层层叠加起来,最终把计算机上的蓝图变成实物。

助推第三次工业革命   优化传统制造业

在设备搭建及生产过程方面,传统工业都是以工厂为单位、以流水线及规模化为基础的制造模式。即先要有厂房,再建造生产流水线,通过人工的参与规模化生产产品,最后还要建立仓库来储存成品。而3D打印技术,只需要一台电脑、一个创意设计和一台3D打印机——通过操控一下电脑,便可生产出所需要的产品。

在制造链条中,传统工业制造生产一个最终产品,需要经过诸多中间环节,例如一部手机,因其零部件众多,因而需要不同中间件厂商供货,最后再对这些零件进行组装,才能最终生产出成品。而3D打印则可省略中间环节,从设计直接跨越到制造,生产出最终产品。

在进行规模生产之前,传统工业制造需要通过不断对样品的试验来矫正设计缺陷,而3D打印技术则高度统一了设计、制造样品、分析改进的环节,因而可以显著缩短产品开发定型的周期。

在成品仓储方面,传统工业制造需要建立一个庞大的仓库来堆积产品,再通过销售去库存。倘若市场反响不好,厂商将面临因产品积压而引发的巨大亏损。而3D打印因整个生产环节步骤少,生产时间快、效率高、可操作性强等优势,甚至可以不需库存而做到即需即产。另外,在传统工业制造中,由于会受到许多生产工艺条件的限制,很多创意设计无法成为现实而被无奈抛弃。而3D打印技术可以让设计者充分发挥想象力,而无需担心产品的生产制造过程...[详细]

 

推动制造业向个性服务转型。现有大规模生产方式以厂商为主体,追求生产成本最低化,通过细化的劳动分工与规范化作业流程生产大量标准化产品。3D打印技术将改变这种模式。只有想不到,没有做不到,一方面,3D打印技术将允许设计人员拥有最大化想象空间;另一方面,用户需求多元化对标准化生产线提出挑战。如此一来,大规模标准化生产方式将逐渐向大规模定制转变,厂商对产品的控制权也会转移到客户手中来。

优化制造业产业结构。当机器取代人工后,集约式生产模式将向着分布式生产方向发展,劳动密集型产业优势不再,更少的人力成本开支,有助于企业成本控制。但对发展中国家来讲,这种优化未必是好事,如我国长期以来借助廉价劳动力装备制造业,在塑造中国经济的同时创造了大量工作岗位,而像3D打印这样的新型技术使劳动力成本占总成本的比例不断减小,我国劳动力成本的优势将急剧萎缩,大量制造型企业或面临生存危机。

提高生产效率,节约成产资料。通过目前的一些实践来看,使用相同数量的耗材制造零件,3D打印机的生产效率是传统方法的3倍,因此很多业内人士将该技术视为制造业发展新趋势。此外,3D打印机既不需要用纸,也不需要用墨,而是通过电子制图、远程数据传输、激光扫描、材料熔化等一系列技术,使特定金属粉或者记忆材料熔化,并按照电子模型图的指示一层层重新叠加起来...[详细]

建筑

从技术角度讲,用3D打印技术制造一栋实体房屋有两种方式:一是打印出各房屋部件再进行后期组装;二是直接打印出成型房屋,后期仅需按要求安装门窗等即可。总体而言,由于3D打印结构是一层一层建立起来的,因此,无论上述哪种方式,都允许工程师在建筑材料、建筑结构改造等方面有更多的发挥余地。如目前国内已实现的3D打印零能耗建筑墙板,其主要材料是聚苯颗粒与C型钢,与传统人工砌墙相比,具有不扬尘、无噪音、不排废水、抗震功能强...[详细]

汽车

最近,一辆名为Strati,由Local Motors、辛辛那提股份有限公司以及橡树岭国家实验室打印并组装完成的3D打印汽车的亮相,引发了人们对其极大的关注。于是,这样的问题出现了,3D打印可以改变传统制造业吗?未来,3D打印汽车真的可以在马路上跑起来吗?来自车企的人士表达,“3D打印汽车以后是一个方向,我们目前有很多零件在做前期快速成型件的时候,已经采取了3D打印技术,主机厂都会使用。整车全部采用3D打印有难度,可能性不大,部分零件采用3D打印还是非常有可能的...[详细]

医疗

早在上世纪80年代,我国就针对病患器官移植提出了“优先区定制”概念,将3D打印技术推广到膝、肩、踝、肘、腕、骨盆等各部位,属世界首创。在此基础上,该技术又延伸至整形外科、口腔科、眼科,在给患者修复颅骨、修整下巴、重塑颧骨等部位时提供帮助。难能可贵的是,3D打印在医学中的应用不止于单纯打印身体部件,还在于对设计假体、模拟安装、定向导引等辅助技术的突破。但即便国内外关于生物3D打印的技术突破成就卓著,真正将打印器官移植应用于人体,还是近两年的事...[详细]

航空航天

对比传统制造方式,3D打印在航空航天装备制造方面优势颇多。首先,航空航天装备关键零部件的外形和内部结构通常较为复杂,铸造、锻造等传统制造工艺难以精准加工,而3D打印的加工过程则不受零件复杂程度所限;其次,航空航天装备对材料的性能和成分要求十分严苛,3D打印技术可以轻松地加工高熔点、高硬度的高温合金、钛合金等难加工材料,且3D打印加工过程中对材料的利用相对充分,可以显著降低制造成本;再次,3D打印成型后的近件已十分接近成品要求...[详细]

 

硬件 3D打印机价格是企业首先考虑的因素。市场调查表明,当前国内市场桌面级3D打印机价格分为3个层次:面向企业消费群体的国外品牌,一般在万元级以上;国内品牌大多为万元级别;开源硬件DIY设备,价格在3千左右。毫无疑问,3D打印若想达到大规模产业化并进入大众消费市场,硬件价格的压缩是非常必要的。其次,3D打印物体的质量很大程度上由3D打印机的质量决定,而当前各种主流设备...[详细]

软件 3D打印产品最重要的生产依据是基于软件的数字模型,随着技术发展和用户需求变化,单一的三维设计软件已不能满足企业需求。观察近期流行市场的3D打印软件类型,多数是基于CAD软件制作得到精度不高的STL文件,且需专业人员开发使用,普罗大众较难掌握。此外,诸如生物医药等对产品精准度要求极高的产业,更需精度高、专业性强的设计软件辅以配合。总体来看,3D打印软件开发...[详细]

 
 

政策 目前制约3D技术产业化的因素主要有两个方面。一是成本较高。二是应用市场还没有打开,在一些领域的应用非常有限。可以说,将来谁先打开应用市场,谁就有话语权。据悉,国家对3D打印的发展目标包括:到2017年初步建立增材制造技术创新体系,培育5至10家年产值超过5亿元、具有较强研发和应用能力的增材制造企业,并在全国形成一批研发及产业化示范基地等。另外,在政策措施上...[详细]

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