通過特殊的打印機將一把立體的小提琴或一個生物肝臟打印出來,并且還能夠使用……看起來似乎不可思議,但在現實中這一切不僅可以實現,而且還能在小范圍內定制生產。這就是當前業界熱烈討論的3d打印技術。
3d打印 從模型到成品
3d打印技術在上世紀90年代就由美國科學家發明,但是普遍得到關注和實踐是近兩年的事情。
3d打印技術又稱三維打印技術,主要是由cad(計算機輔助設計)數據通過成型設備以材料累加的方式制成實物。它通過對電腦中三維軟件的識別,進行stl(三角網格格式)轉換,再結合切層軟件確定擺放方位和切層路徑,并進行切層工作和相關支撐材料的構造。最后3d打印機使用噴頭將固態的線型成型材料加熱成半熔融狀態之后擠出來,和支撐材料自下而上,一層一層地構鑄成最終實體。簡單地說,可以理解為軟件把物體分成若干個橫截面,而三維打印機將這些橫截面一層一層地沉淀、堆積,最終形成所需要的實體。
3d打印機與普通打印機工作原理基本相同,打印機內裝有液體或粉末等“印材料”,與電腦連接后,通過電腦控制把打印材料一層一層疊加起來,最終把計算機上的藍圖變成實物。這一技術與傳統的去除材料加工技術完全不同,起先主要是供工程師們快速而廉價地制造產品模型,但現在,隨著3d打印機的處理能力不斷提升,它開始在多個領域得到應用。人們用它來制造服裝、汽車、巧克力甜品等。
例如,如果用3d打印機來打印機械裝配圖,打印出的齒輪、軸承、拉桿等都可以正常活動,而腔體、溝槽等形態特征位置準確,甚至可以滿足裝配要求,打印出的實體還可通過打磨、鉆孔、電鍍等方式進一步加工。同時粉末材料不限于砂型材料,還有彈性伸縮、高性能復合、熔模鑄造等其他材料。
沃勒斯同仁咨詢公司總裁特里·沃勒斯說,3d打印產品和服務去年的銷售額是17億美元,而零部件生產占到近1/4。到2019年,該行業的收入將達69億美元,其中零部件制造預計將占80%。
3d打印 先進制造方式的變革
3d打印被認為是先進制造技術和生產方式變革的產物。《經濟學家》編輯保羅·麥基里認為,智能軟件、新材料、機器人、新制造方法(例如3d打印)及基于網絡的商業服務模式這5大要素正共同推動制造業向數字化方向發展,即我們正在經歷的第三次工業革命。
工業和信息化部副部長蘇波認為,3d打印將使我國甚至全球的制造工藝、制造模式產生革命性變化。傳統的制造工藝是對原材料進行剪裁、拼接后連接而成,而3d打印是通過軟件設計,一層一層堆積材料把產品做出來。
同時節省材料和加工時間。從制造模式上看,過去是生產線規模化生產,今后則可能更多的是個性化的定制生產,產品上市時間縮短,同時不再需要庫存大量零部件,也不需要大量生產。
3d打印的優點表現在無需機械加工或任何模具,就能直接從計算機圖形數據中生成任何形狀的零件,從而極大地縮短產品的研制周期,大幅減少材料浪費,提高生產效率和降低生產成本。而且它還可以制造出傳統生產技術無法制造的外形。