您现在的位置:中国机床商务网>新闻首页>投稿专栏

畅想3D打印的未来世界

2014年11月18日 17:10中国机床商务网点击:4329

  【中国机床商务网 投稿专栏】未来的制造业一定是数字世界和物理世界的智能对接,而我们现在还更多停留在物理世界里。
  
  2014年年初,GE公司的研究人员宣布,未来50年内,3D打印技术将能够成功“打印”出一台航空发动机。要知道,航空发动机是当今装备制造业的皇冠,它对材料技术和制造工艺的要求极高,其制造过程又非常的复杂。GE的这一宣称,无疑又一次激起了人们的极大兴趣:3D打印真的将颠覆传统的制造业吗?
  
  从2012年以来,关于“3D打印”的话题井喷式的出现在互联网和媒体上,很多人会误以为3D打印是横空出世的新技术,其实3D打印技术已经悄然发展了一个多世纪。2012年,国际模协秘书长罗百辉认为,最受投资者瞩目的新技术当属3D打印无疑。
  
  预言内容:罗百辉评价说,“3D打印机”尤其适合动力装备、航空航天、汽车等高端产品上关键零部件的制造,企业采用后竞争力可以显著提高。
  
  预言实现:3D打印技术目前在食品、人体器官、家庭用具上使用较多,走进家庭市场。使用在汽车、航空航天等高端产品技术上,见诸报道并不多。
  
  近20年的高速发展,是因为插上了互联网的翅膀,使得3D打印的“软件核心”——“数字模型”得以高速发展,再加上劳动生产力的进步和技术的革新,使得3D打印机的成本不断下降,3D打印的“硬件基础”也已成型。
  
  食品行业
  
  很难想象,3D食物打印机将是完美的厨师。我们设想把食物的材料和配料预先放入容器内,再输入食谱,余下的烹制程序会由它去做,输出来的不是一张又一张的文件,而是真正可以吃下肚的食物。
  
  3D食物打印机所使用的材料可以有很多种,有饮用水、植物油、蛋白质、碳水化合物、维生素剂和巧克力,这些材料经过混合之后加入到挤压设备中,混合好的食物通过喷嘴直接打印成任何形状。
  
  2014年8月6日美国军方对外发布了一款食品3D打印机,这台打印机所打印出来的东西可以直接让士兵们吃掉,这台军用后勤3D打印机所使用的打印材料是营养含量极高的物质,能够为训练、战斗了一天的士兵提供充足的热量,恢复身体机能,补充维生素。
  
  建筑行业
  

  3D打印将彻底颠覆传统的建筑行业。2013年1月,荷兰建筑师JanjaapRuijssenaars与意大利发明家EnricoDini一同合作,他们计划打印出一些包含沙子和无机粘合剂的6×9(米)的建筑框架,然后用纤维强化混凝土进行填充。最终的成品建筑会采用单流设计,由上下两层构成。该工程预计在2014年年底完成。
  
  美国南加州大学工业与系统工程教授比洛克?霍什内维斯一直在研究一种新工艺——不到20小时的时间内建造一幢面积为2500平方英尺的建筑。该项目获得美国宇航局和美国军方的支持和资助。霍什内维斯相信他的项目可以帮助全世界大约10亿急需改善住房条件的人提供足够住房。他把该工艺称为“轮廊工艺”,并且很希望在将来某天看到成为现实。
  
  “轮廊工艺”的概念在设计上很简单,但是实施起来相当复杂。该工艺由一个巨型的三维挤出机械构成。它的操作很像我们见到的打印机操作原理,不过有一个明显不同的地方:它挤出的是混凝土。
  
  医疗行业
  
  在医疗界,3D打印技术也正显现出它的独特与便利。体外医疗器械包括医疗模型、医疗器械——如假肢、助听器、齿科手术模板等。根据美国组织AmputeeCoalition的统计,目前美国有约200万人使用3D打印假肢。
  
  3D技术打印一颗牙只需10分钟搞定。相对于传统的种牙技术,患者需要往返医院多次的情况将会得到明显改善。不过最后装进患者嘴巴,至少需要3天。
  
  对于助听器,3D打印把传统的9个工序缩短到了3个步骤,即扫描、制模和打印。扫描过程利用数字照相机创造了大约10万到15万个参照点,然后发送给技术人员或模型师,他们把模板和几何形状应用到耳朵印模上。在这个步骤中,技术人员会试验多种组合和几何模型,以便订做出适合特定客户群的助听器,外壳用树脂打印出来,再装配上必要的通气孔和电子器件。
  
  另外,3D打印已经进入到人体活器官的“按需打印”领域。器官移植可以拯救很多人体器官功能衰竭或损坏的患者生命,但这项技术也存在器官来源不足、排异反应难以避免等弊端。不过,随着未来“生物打印机”的问世,这些问题将迎刃而解。
  
  汽车行业
  
  2014年9月15日,世界上第一辆3D打印汽车面世。这辆汽车只有40个零部件,建造它花费了44个小时,最低售价1.1万英镑(约合人民币11万元)。这辆由美国LocalMotors公司设计制造、名叫“Strati”的小巧两座家用汽车开启了汽车行业新篇章。
  
  “Strati”轿车整个车身上靠3D打印出的部件总数为40个,相较传统汽车20000多个零件来说可谓十分简洁。充满曲线的车身由黑色塑料制造,再层层包裹碳纤维以增加强度,这一制造设计尚属首创。汽车由电池提供动力,最高时速约64公里/小时,车内电池可供行驶190~240公里。
  
  尽管汽车的座椅、轮胎等可更换部件仍以传统方式制造,但用3D制造这些零件的计划已经提上日程。制造该轿车的车间里有一架超大的3D打印机,能打印长3米、宽1.5米、高1米的大型零件,而普通的3D打印机只能打印25立方厘米大小的东西。
  
  推动创客化浪潮
  
  互联网让有电脑的人都有机会成为企业家,如今,新科技催生了DIY(自助式)微制造运动,这样一来,任何人都可以同时成为投资者和制造商。
  
  3D打印结合互联网,正在重塑传统的制造产业,这是新趋势,甚至是具有革命意义的趋势。下面让我们看看3D打印和互联网结合的几个新玩法:
  
  线上设计与线下生产
  
  3D打印所引发的创客运动是网民和现实世界交集的开始,基于那些在电脑屏幕上玩创意的网民,只需要在网上购买3D打印机,就可以很容易将他们的想法付诸现实。你不需要懂技术,因为机器会完成所有工作。事情变得越来越简单,只要按下按钮,结果就出来了。
  
  传统制造中,越复杂的产品如果需要改动的地方越多,意味着越高的成本。但在数字化制造中,这一切都在改变。制作个性化的产品并不会花费更多额外的成本,因为只需要改动模型参数,最重要的是互联网让有电脑和3D打印机的人,都有机会成为创业家,任何人都可以同时成为投资者和制造商。也许只需点击鼠标,创意先在电脑里生成,然后上传至云端,并投入任何规模的生产,可以只生产一件,也可以生产一万件。随之而来的,必将是一波庞大的创业机会。
  
  创业生产轻量化
  
  在互联网时代的人们越来越容易获得各种生产资源,工厂和规模化生产可以转化为各种互联网服务。互联网创业的吸引力在于它的低门槛及长尾市场的广泛存在,各类细分业务总能找到自己生存的空间。而传统制造业限于场地及设备,过高的启动门槛将大部分人拒之门外。3D打印机则大幅降低了进入门槛,理论上使人人都具备开展制造业务的能力。
  
  借助于网络平台,产品制造的成本问题解决了,于是小型工厂将会大量出现,甚至家庭也将成为一个制造车间。制造业的长尾市场被前所未有地开发与覆盖,每种个性化的需求都能找到制造者和消费者。围绕这些设备与工厂,又将诞生一系列的周边服务商业链条。
  
  生产分包

  
  互联网上存在很多小公司,它们比大公司更快速、更灵活,现在创客运动将把这种趋势延展到制造领域。创客运动不会马上摧毁旧有的制造业模式,而是创造出一种全新的制造模式,就像互联网至今仍没有摧毁所有传统媒体,而只是增加了一种媒介一样。
  
  创客运动能开发出越来越多的长尾市场,而大公司的业务会发生转变,部分产品依旧面向大众,还有一部分产品属于小众。在大规模制造中,传统制造业依旧占据优势,但小批量、个性化的生产则不是它们熟悉和擅长的,如果它们想和新兴的小型公司在这个市场进行竞争,就需要吸取创客运动的经验,加快自己的创新速度,比如建立一个开源平台,让小公司进来参与项目的分包。
  
  尽管仍有待完善,但3D打印技术势必成为引领未来制造业趋势的众多突破口之一。这些突破口将使工厂彻底告别车床钻头、冲压机、制模机等传统工具,改由更加灵巧的电脑软件主宰。
  
  2012年4月,《经济学人》杂志再登封面文章《第三次工业革命》,再次强调了3D打印技术的重要性。在此前后,《福布斯》、《纽约时报》、《连线》等诸多西方主流媒体都先后在头版刊文,集体看好3D打印。就连担任《连线》杂志主编11年的克里斯?安德森也选择辞职,投身到3D打印领域。
  
  根据美国消费者电子协会发布的年度报告,2011年全球3D打印的市场规模为17亿美元,其中消费品和电子领域约占20.3%,机动车领域占19.5%,医疗和牙科领域占15.1%。随着汽车、航空航天、医疗保健等市场需求的持续增长,预计其市场规模到2017年可达50亿美元,虽然看起来仍然是很小的规模,但预示着未来有无限大的可能。
  
  3D打印在实体制造中的优势显而易见,省去了冗长而昂贵的模具制造过程,且成本很低,并能够制造出传统方法无法企及的形状。但是3D打印由于技术与材料发展的限制,它目前的作用还主要集中于模型制作与修改,待模型确定后,依旧离不开量产的传统制造方法。
  
  局限与未来
  
  制造业的革新与升级是一项漫长且复杂的工程,如果认为单靠3D打印就能带来第三次工业革命,显然有些过于乐观了。但是3D打印一定是推动第三次工业革命发生与前进的技术之一。
  
  工艺制造
  
  除了市场的发育需要时间和外力的推动之外,现阶段3D打印技术本身也存在新的挑战。比如3D打印不适合直接制造高精度的东西。由于3D打印材质是一层一层堆积成形,无论如何,每一层都有它的厚度,这决定了它的精度难以企及传统的减材制造方法。若追求更高精度,则需不断降低每一层的厚度,这又意味着制造时间的大幅延长。同时由于难以克服的问题,它很难生产类似于轴承、滚珠类的产品。
  
  用3D打印技术制造可直接装配的零件,只适用于难加工的贵重材料,或用传统方法制作浪费大、甚至根本制作不出来的精度要求的复杂形状,比如飞机或F1赛车上某些抗压强度大、质量轻的部件。
  
  材料领域
  
  3D打印还未形成广泛的工业应用,最主要原因是各类适用材料不能满足设计要求。
  
  3D打印材料是用于逐层堆积制作零部件的基础原材料,也是此项应用的技术核心。由于3D打印技术采用在水平面内逐行成型、在三维结构内逐层堆积的技术原理,致使打印材料性能直接决定了成品的强度、刚度等力学性能,粗糙度等表面质量,以及防潮性、热稳定性、生物相容性等其他特殊性能,而材料性能又能进一步影响热处理、表面理化处理、精加工、抛光镀膜等后续工艺,直接影响生产成本和成型效率。
  
  目前可应用于3D打印的材料种类较少,大量材料的应用潜能也未开发出来,但这恰恰意味着3D打印将迎来新一轮的技术创新和商业模式创新,众多巨头企业的进入,以及政府主导下的产业布局都预示着3D打印将迎来新的发展阶段。
  
  幕后推手
  
  3D打印真正的潜力还有赖企业界发掘——比如像空客公司这样的企业就会探索如何用3D打印技术制造飞机零部件。随着大企业对3D制造的兴趣日益浓厚,新的原材料会不断突破现有技术瓶颈以及原材料成本的随之下降,同时打印机技术本身也会不断迭代,而普通消费者能买到用更多种类材料打印的物品。就像今天我们还只能买到打印的iPhone手机壳,但是未来就会买到打印的手机了。
  
  3D打印可以说是制造业向智能化的物联网时代迈进的重要一步。当前我国制造业正面临转型升级的挑战,信息化和工业化的深度融合是各产业领域的应有之义,3D打印的阶段性成功为我国智能制造业的推进指明了方向。
  
  在北京、西安、成都和武汉等城市,我国政府已经陆续开始着手对3D打印相关产业进行布局和规划,从设备研发、软件设计、材料制备和技术服务等众多环节全面鼓励发展3D打印产品,我们有理由相信3D打印将颠覆更多的产业和影响我们的生活。
(来源:金模网)

机床网官方微信
@中国机床商务网
已推荐
0
  • 凡本网注明"来源:中国机床商务网"的所有作品,版权均属于中国机床商务网,转载请必须注明中国机床商务网,http://www.jc35.com/。违反者本网将追究相关法律责任。
  • 本网转载并注明自其它来源的作品,目的在于传递更多信息,并不代表本网赞同其观点或证实其内容的真实性,不承担此类作品侵权行为的直接责任及连带责任。其他媒体、网站或个人从本网转载时,必须保留本网注明的作品来源,并自负版权等法律责任。
  • 如涉及作品内容、版权等问题,请在作品发表之日起一周内与本网联系,否则视为放弃相关权利。

  • 广告位
  • 浙江震环数控机床有限公司



图说机床

更多>>

旗下子站

玉环机床网温岭机床网泰州机床网滕州机床网宁波机床网沧州机床网温州机床网工量刃具网加工中心网电加工机床网锻压机床网机床附件配件网
车床网铣床网钻床网雕刻机网锯床网磨床网数控车床平面磨床数控铣床摇臂钻床数控冲床立式锯床剪板机折弯机


咨询中心

编辑部QQ交谈

展会部QQ交谈

市场部QQ交谈

返回首页
CME中国机床展
关闭