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3D打印技术是快速成型技术的一种,它是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打印技术在成长发展时期一直只被少数人关注和使用,但随着技术的改变,已经成为工业4.0时代最具发展前景的制造技术之一,甚至有人称3D打印将会是第四次工业革命的起点。
3D打印为什么如此热门?它又到底是项什么样的技术呢?从事3D打印DLP技术硬件开发工作两年,我确实有很多感悟,也获得了不少宝贵经验。接下来我就个人掌握的技术内幕和了解到的客户应用,来做些总结,先来看看3D打印的应用——
1、工艺品
工艺品是我拜访每家客户都能看到的3D打印展品。包含生活中常用的各种桌上型工艺品、小孩玩具、3D艺术照等。
2、金银首饰
3D打印金银首饰在每家客户都能看到展品。据我了解,3D打印贵重金属有间接3D打印和直接3D打印。
间接3D打印通过project技术3D打印蜡模,或者DLP/SLA技术3D打印树脂模,熔模母模,然后通过石膏倒模,最后注入金属铸造成型。这种失蜡铸造法已经被市场广泛接受。
直接3D打印顾名思义是直接打印金属(采用SLM/SLS技术)。直接3D打印贵重金属具有广泛的应用潜力,但因为制造工艺的原因,目前在市场的应用还未全面打开。直接3D打印黄金饰品适合那些非常复杂的带中空结构的设计(这些设计通过铸造的方式难以加工出来)。国际上能够成熟掌握黄金3D打印的制造工艺的“玩家”当属材料厂商Cooksongold.
3、食品产业
没错,就是“打印”食品。比利时巧克力商店Miam Factory用3D打印机制作巧克力,每单层巧克力的厚度仅为0.2毫米,可精确制作任何形状的巧克力。或许在不久的将来,很多看起来一模一样的食品就是用食品3D打印机“打印”出来的。
4、建筑产业
在建筑业里,工程师和设计师们已经接受了用3D打印机打印的建筑模型,这种方法快速、成本低、环保,同时制作精美。完全合乎设计者的要求,同时又能节省大量材料。
阿联酋曾经建造首栋3D打印办公楼,并且室内所有的家具全部都是采用3D打印完成。
不少3D打印公司用FDM机器打印发光字,而我熟悉的迅实科技却用建筑3D打印机打印景区文化字体标识建筑,并在这条路上不断做出成果,最近又为“兰亭文化旅游度假区”打印了长12m、高1.4m的混凝土文字标识,是建筑3D打印技术一个非常落地的应用。
5、雕塑景观
街道、公园或景区的各类雕塑和景观装饰,以后也可以3D打印。今年年初我参观浙江省博物馆,在一楼大厅就见到了3D打印的七尊佛像,如果不是导游讲解,谁能看出它们是3D打印出来的呢?
6、文物修复
3D打印(即增材制造),其在文物保护等领域的潜在价值正逐渐被挖掘出来,一些考古工作者开始尝试着将3D打印技术用于文物复制、残缺文物修复以及文物碎片的拼接等。在巴黎圣母院被大火损毁不到一天的时间里,世界各地的人纷纷使用3D打印机成功复原了巴黎圣母院。巴黎圣母院作为世界的文化遗产与艺术瑰宝,模型的细节展现对圣母院今后的修复与还原工作意义重大。
在我国,很多博物馆与文物修复工作者已经开始利用3D打印技术让破损的文物重现光彩。例如,云冈石窟使用3D打印技术实现了云冈石窟第三窟1∶1的还原。2014年,重庆大足石刻景区使用3D打印技术进行千手观音像的修复,利用3D激光扫描获得雕像的相关数据后,按1:3的比例打印出雕像的模型。
与传统方式修复文物相比,3D打印的优势在于不用与文物接触即可扫描获取三维数据,完全地避免了文物的再次损害。3D打印的模型一旦获得,是独立于文物之外的,可以像我们复印文件一样,获得完全相同的打印品,甚至连细微纹饰的形貌都能在模型中获得。不可否认,未来随着3D打印技术地不断发展与进步,3D打印技术将会成为文物修复中最为有利的工具。
7、工业
工业制造也需要很多3D打印产品,因为3D打印无论是在成本、速度和精确度上都要比传统制造好很多。而3D打印技术本身非常适合大规模生产,所以制造业利用3D技术能带来很多好处,甚至连质量控制都不再是个问题。
很多工业器件、磨具、结构件甚至产品都可以3D打印。我们在研发过程中,测试工程师用的一些测试治具和结构工程师验证的一些设计样件,经常就是3D打印出来的。
据悉,德国工业巨头西门子斥巨资在瑞典打造了一家大规模制造金属3D打印部件的工厂。其主要用于快速成型、快速制造和本公司的工业燃气涡轮机系列部件的快速修复。
8、汽车行业
2013年2月,世界首款3D打印汽车Urbee 2面世,它是一款混合动力汽车,绝大多数零部件来自3D打印。而Local Motors汽车公司已建成了据称是世界上第一个全功能的3D打印汽车系统,打印出来的汽车Strati,由49个零部件构成。
如今3D技术对于汽车行业来说,并不陌生,在一些汽车企业,3D扫描、3D打印已经应用在前瞻的研发环节,并且大幅加快了新车开发。制作零部件用几个小时,制造一辆概念车也只需要一两天。因此一旦3D打印技术大量使用,汽车生产环节传统的制作模具的环节可以被完全替代,生产周期和成本有望大幅下降。
宝马集团增材制造中心每年处理大约3万个原型设计项目,生产超过14万个组件。福特投资4500万美元开设先进制造中心,与包括HP、EOS、Stratasys在内的10家增材制造公司展开合作,探索和利用新技术来重振汽车生产。而大众汽车在沃尔夫斯堡的生产工厂开设了先进的3D打印中心,开始转向大规模定制,每年的目标是制造超过10万个3D打印零部件。
9、医药行业
3D打印在医药行业的应用也颠覆了人们的想象。除了在客户那里看到的牙齿、假肢,3D打印技术制作的支架、骨骼和人造组织已经变为现实,据说科学家最近还利用3D打印技术打印了第一份真实人类的心脏。该心脏样本是由塑料制成,是患有不寻常并发症病人的心脏的精确解剖副本。尤其是未来结合3D打印技术,人体所有的组织器官都可以像零部件一样实现重建和制造。
10、航天国防
空客旗下Stelia航宇公司的工程人员日前创造出了世界首个自加强机身壁板,他们以增材制造集成加筋结构以提供结构加强。
作为世界领先的飞机喷气及涡浆发动机、部件和集成系统制造商GE航空集团。自2015年起,开始了 3D 打印燃料喷嘴的制造,截止目前已经打印了数万个。
2018年5月,载有众多3D打印零部件的嫦娥四号中继卫星发射成功,其中包含中国航天科技集团五院529厂采用3D打印技术研制的多个复杂形状铝合金结构件。嫦娥四号中继星的成功发射和入轨运行,标志着我国3D打印技术和产品首次实现飞行验证,首次获得在轨应用。
还有消费类,游戏类,科研类,等等。可以这么说,3D打印的应用对象可以是任何行业,只要这些行业需要模型和原型。它极大地缩短了产品的研制周期和加工周期,使得设计师想要的模型图纸可以快速地变成现实,继而进行规模化量产。
3D打印应用如此广泛能不热门吗?它极大地解放了生产力,能不吸引商家的眼球吗?3D打印技术是否会催生个人设计师及工作室接轨轻奢+轻定制化需求?3D定制打印是否会入驻到电商平台?……3D打印改变了我们的思维模式和生产方式,它的到来给了我们无限可能。似乎谁抓住了它,谁就有了实现弯道超车的秘钥。