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新一代“创业神器”:数字化3D打印设备

2019-07-24 10:53编辑:admin人气:


  据英国市场研究公司JuniperResearch预测,到2018年全球家用3D打印机的销售量将超过100万台。这个数字很让人吃惊,因为业内预计今年全球家用3D打印机的销量也就能达到4.4万台。

  3D打印通常是采用数字技术材料打印机来实现的。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(AEC)、汽车,航空航天、牙科和医疗产业、教育、地理信息系统、土木工程、枪支以及其他领域都有所应用。

  目前,我国3D打印行业整体上发展形势良好,设备、材料、软件等核心领域都能够不同程度实现自给,并在文化创意、工业、生物医学等领域得到应用。现在人们可以看到利用3D打印技术制造的吉他、电子琴、台灯等。3D打印是一个发展快速且市场潜力巨大的新兴行业。据世界3D打印技术产业联盟秘书长、中国3D打印技术产业联盟执行理事长罗军称,到2016年,国内3D打印市场规模有望达到100亿元。

  3D打印作为一种新的先进制造技术,具有智能快速制造商品的功能,随着相关技术的发展成熟将对未来制造业形成巨大的冲击,OFweek工控网特此推出了《3D打印与自动化制造专题》,目前3D打印已经开始渗透到各行各业中,并有望成为新一代创业神器,下面我们一起去看下3D打印未来的神功大法?

  模具行业的终结者

  模具是工业之母,目前超过90%的工业品由模具制造而来,但这种趋势正在被3D打印所改写。3D打印技术无需机械加工或任何模具,就能直接从计算机图形数据中生成任何形状的产品,从而极大地缩短产品的研制周期,提高生产率,实现低生产成本。

3D打印模具

  3D打印的优势在于,相对于传统制造业,它无需先制造出模具,而是设计出电子模型图后即可直接打印,制造周期大大缩短。业界尤其看好3D打印在小批量、高附加值制造领域的应用前景。

  3D打印技术在模具设计等方面的应用愈来愈广泛,而有关技术目前在汽车、航空、航天、工业和医疗领域的运用尤其显着。据专业机构的数据显示,预计至2021年,3D打印及应用行业产值将达667亿元人民币,推动模具行业进一步增长。

  在模具业中,3D打印、三维扫描及快速成型制造领域增长势头强劲。它涵盖3D打印技术、尖端产品开发软件及模具设计技术,其中汽车、航天、工业和医疗保健业对此工序的需求增幅尤甚。快速成型制造业每年需采购15,000套工业系统以应对持续增长的强大需求。

  3D打印机打印而出的模具在某种程度上能够完全替代手板,现在很多的厂商已经开始用3D打印而成的模具进行工程验证。而快速的打印能力让产品设计与制造间衔接的周期缩短。打印成本的优势则让更多的创意设计能够在成型之后再给客户体验,以促成订单,免去了开模的风险。罗百辉指出,对于用户而言,3D打印机降低了厂商的制造成本,也许我们购买的产品价格也就更低。最重要的是成本的降低让厂商有了更多的资源去设计更好更具创意的产品,用户也就有了更多的产品可以选择。

  中研普华五金行业研究报告分析师表示,3D打印对于中国企业在金属模具的制作技术上有很大的帮助和提升,这也将促进中国企业在国际市场上的竞争力越来越强并追赶世界先进水平。

  3D打印有望重塑医疗行业

  目前美国Organovo公司已经用3D打印技术培养出人体肝脏组织,计划在今年年底正式商用。随着技术的日益成熟,3D打印将掀起医学界的产业革命。当前3D生物打印领域的先驱是美国Organovo公司。该公司商业运作执行副总裁MikeRenard表示,他们用3D打印技术培养的人体肝脏组织,已经被用于毒理预测学和疾病建模,第一个正式商用发布计划在今年年底进行。

3D打印生物

  康奈尔大学机械工程与计算机科学技术教授胡迪利普森提出了一个3D打印生命阶梯概念,即把身体各部位排列成一个阶梯。阶梯底层是无生命的假肢;中层是简单的活性组织如骨骼与软骨;再往上是静脉和皮肤;最靠近阶梯顶层的是复杂且关键的器官,如心脏、肝脏和大脑;生命阶梯的顶层将是完整的生命单位也许有一天将会是具备完整功能的人造生命形式。

  其实,从上世纪80年代后期,中国工程院院士、该院骨科主任戴尅戎教授的医学团队就开始在骨科应用3D打印技术即快速原型技术,已利用3D打印技术为九院和其他医院的数百例四肢和骨盆严重病变的病人制作了不同部位和形状的个体化骨关节修复假体,并取得成功。戴尅戎表示,3D打印技术在医疗领域的发展空间巨大。即因人制宜、就地制作、不限数量、节约成本,正好能满足个体化、精准化医疗的需求。

  数据显示,全世界每天共有18个人因为找不到合适的器官移植而导致死亡。但这种局面有望得到改变,今后我们或许将可以通过3D打印得到合适的器官。3D打印顶尖咨询机构Wohlers去年发布的一项报告预测,2019年3D打印市场规模将达到60亿美元。在医疗方面的应用市场份额占15.1%,位居第三位。2025年医疗市场达到19亿美元,折合人民币超百亿元。

  低成本3D打印建筑引爆楼市

  2006年3D打印技术问世,2013年西安交大扬州科技园出现3D打印五亭桥,并准备作为城市贵宾礼物。市科技局负责人说,3D打印五亭桥用现代最前沿的科学技术,复制并还原再现古代文化的经典建筑,是现代科技与古代文化的完美结合。科技园产学研办公室主任方翔介绍,用3D技术打印,是想表现扬州的科技水平。同时2014年3D打印技术进入楼市。

  与传统的建筑方式相比,首先可以节约60%的建材,节省80%的人工,而且工期会缩短70%;其次,打印房屋不产生建筑垃圾,同时杜绝了偷工减料的可能;此外,整个过程还能消化建筑垃圾。据测算,它每平方米的造价要比传统房屋便宜30%。

  日前一家名为Winsun的中国公司推出一个全新项目,利用目前最流行的3D打印技术建造房屋。根据目前3D打印技术的水平推算,24小时内几乎可以打印建造出出10幢房屋。但需要注意的是,打印出来的房屋无论从面积还是结构上都极其简单,并不是传统意义上的私家豪宅。

3D打印房子

  不过Winsun公司的初衷也并不是为了打造民用住宅,而是打算将该项技术应用到抗震救灾的临时性房屋工程中去。当台风、洪水以及地震等自然灾害来袭时,为民众及时提供临时居住之所。

  据悉,3D打印房屋的原材料主要为回收再利用材料,每幢房屋的售价不足5000美元(约合人民币31000元)。这样低廉的成本以及快速的建造速度,对发展中国家的诱惑力极大。

  Winsun公司在利用3D打印技术建造房屋时,需要分别打印出不同的房屋模块,例如水泥/玻璃以及钢筋等不同的模块。并且搭建时要充分考虑到房屋建成后各个模块之间热胀冷缩的特性,确保房屋的坚固程度。

  Winsun公司一旦接收到房屋建造订单,首先会在工厂集中打印出不同的模块,然后搬运到现场,随后根据当地的地形地势需要进行现场搭建。试想一下,24小时内就能平地而起10幢房屋,如果该技术能够引入市场,将会给抗震救灾以及灾后重建工作带来极大的便利。

  2014年万科作为3D打印房屋吃螃蟹者,并出现在上海市青浦镇,这也意味着3D打印技术进入楼市。数码相机诞生时,谁会想到胶片相机会有今天?马义和喜欢将3D打印房屋的技术与数码摄影相提并论,因为他觉得,前者的颠覆意义丝毫不逊于后者。现在3D打印作为新兴技术出现,虽然没有普及,但是可以坚信它的未来,进入房地产行业,也或将产生建筑革命。

  3D打印实现万能造车

  据英国《每日邮报》2011年9月23日报道,世界上第一辆打印汽车在加拿大亮相,这辆3D打印汽车名叫Urbee,是一辆三轮、双座混合动力车。它使用电池和汽油作为动力。虽然单缸发动机制动功率只有8马力,但由于其小巧轻便,最高时速可达112公里。

  3D打印汽车,是指应用3D立体打印技术生产的汽车,耐用又环保时尚。2013年2月,世界首款3D打印汽车Urbee2面世,它是一款混合动力汽车,绝大多数零部件来自3D打印。当3D打印正在改变制造业的流程时,现在又要改变汽车的生产方式了。世界上第一款3D打印汽车面世,这次不是玩具,而是真正能开上马路的汽车。

3D打印汽车

  在最近的北京车展上,科尼赛克One:1超级跑车正式发布,售价高达人民币1亿元,目前已被抢订一空。它的重量为1340公斤,而发动机产生的动力也可达1340马力,超过了布加迪威龙SuperSport的1184马力,超越曾经的吉尼斯纪录。这部科尼赛克One:1正是采用了3D打印技术来加快汽车设计开发,节省设计成本。

  设计师使用3D激光扫描技术扫描汽车座椅的原型模具,然后他们创建出座椅的外皮,并使用电脑将座椅的外皮与形状完美地结合。而且他们还通过3D打印ABS和钛合金直接生产汽车的某些零部件。

  科尼赛克公司采用了3D打印与传统结合的设计方式:他们首先用3D打印生成了最初的原型,再用传统方法手工修改它,然后通过3D扫描把修改后的模型生成最终结果。在汽车设计和制造上使用3D打印技术,科尼赛克公司有可能已经走在了诸多汽车厂商的前头。

  事实上,很多传统汽车企业已经有所涉足3D打印技术。凭借打印Urbee而名噪一时的美国最大的3D打印公司之一Stratasys,它的汽车客户就多来自于传统企业,像宝马、现代汽车。与Urbee要革命制造业不同,宝马和现代汽车是利用3D打印来改善制造环节,例如缩短生产时间、加速开发新型方向盘和仪表面板、定制概念车。

  由此看来,3D打印目前对汽车行业最大的颠覆不在于一辆3D打印汽车,而是在于它将汽车生产过程变得更快更准不仅缩短了从设计到产品交付的时间,也减少了产品缺陷的可能性。

  重写玩具制造业的神话

  3D打印出现后一直在迅速发展,打印个玩具、机械零件之类的已经不是什么难事了。近日,荷兰DusArchitects公司的建筑设计师更是计划使用3D打印组件出一套未来住宅,并且初见成效。

  据报道称,这个实验性项目从今年年初开始部署。设计师们通过一台名为KamerMaker的超大型专业建筑3D打印机来进行制作,历时三个星期后得到了第一块高约3米的房屋边角组建,目前已经完成了一小部分,并且阿姆斯特丹展示。而按照设计,完成所有房屋组件的打印大概需要3年时间。

3D打印玩具

  最近,玩具巨头乐高(LEGO)获得一项新的3D打印专利技术。目前,包括孩之宝(NASDAQ:HAS)、乐高在内的玩具厂商已经开始尝试使用3D打印技术满足客户玩具定制化需求。分析认为,FDM技术设备、材料价格均下降,在玩具产品等打印方面可用性增强。

  一位业内人士分析认为,在乐高积木上进一步进行3D打印预计会使用FDM等相关使用塑料材质的打印技术,而目前FDM打印机产品的价格及ABS材料价格都出现了较大的回落,打印成本大幅降低,且在打印速度和精度上也有所提升。

  在英国,麦当劳开心乐园餐的玩具日后可能实现用3D打印机打印完成。麦当劳英国IT总监马克法布斯表示,利用3D打印技术就可以在餐厅现场迅速生产出玩具。这样一来,孩子们就可以选择他们喜欢的开心乐园餐玩具,而且麦当劳也不用对这些玩具进行日常补货进货。

  套餐玩具的3D打印现在还处于设想阶段,而且麦当劳还没有对其进行测试。麦当劳必须确保这些使用塑料作为打印原料的打印机能够适合在餐厅环境中使用。

  革新电子器件制造业

  近几年,美国陆军一直在使用3D打印技术。2014年,五角大楼将更多地涉足3D打印行业。其最新的进展就是采用3D电子打印技术,允许将天线打印至头盔或将传感器打印至衣服中,以及在单个打印作业中打印无人机机翼。

  皮卡汀尼兵工厂材料工程和打印电子器件、能源、材料和传感器的联合主席詹姆斯苏尼诺表示,未来不必加工出多个传感器和天线,然后安装到设备中。我可以利用打印机将这些电子器件直接打印到设备上,他们就已经嵌入到设备中了。与传统工艺相比,打印的电子器件不用采用化学方法腐蚀掉所有材料,仅根据需要将其打印出来即可。这种方式更加环保,并更具成本效益,并且更能节省时间。

3D打印电路

  这些电子产品也可以配备响应型传感器,如探测到生化武器存在的情况下改变属性,并发出警告的传感器。

  从更大规模上来看,工程师还可将天线和打印的电子器件嵌入至采用3D打印技术制造的无人机机翼中。此前,人们无法在一张金属板中制造出无人机机翼,因为布线孔非常复杂。但有了3D打印,工程师可以在每片机翼制造时布置所有的线孔。

  在不远的未来,皮卡汀尼的研究者们希望他们能够实现在一个制造箱中完成整个武器系统的打印和组装。例如,整个克莱莫地雷能够在一台机器中,采用各种不同工具和打印工艺实现打印和组装。

  3D打印环保家具潜力无限

  3D打印技术在家具上的使用已经不是新鲜的事情。荷兰设计师Dirk由此获得灵感,自制了一台使用环保材料的3D打印机,再加入自己独特的流线设计,创造出属于自己独一无二的无尽3D家具。

  DirkVanderKooij是一名荷兰的设计师,他在做毕业作品的时候,偶然接触到一台3D打印机,让他萌生了利用3D打印技术和环保材料结合做家具的想法。

  当时,普通的3D打印机在材料、工艺方面有诸多的限制,不能满足设计师对家居设计和制作的要求,打印不出大块的物件。Dirk无意中发现,一台旧式机器可以满足他的要求。

3D打印家具

  这台旧机器回收自中国,是一台旧工业机器人。Dirk把它重组整修,变成了一台制造创意家具的三维立体打印机器人。他给机器人安装上一条机械手臂,这样3D打印机就比普通的XYZ三轴线性打印机更加灵活,能从不同角度进行打印。

  这位荷兰设计师使用的打印材料,是回收的工业、建筑废料或者是各类回收的塑料。他的系列代表作品,叫做无尽(Endless),这里有两重含义,第一是材料使用实现无限循环,制造过程中不产生剩余物料,回收-循环-再利用是他的家居环保模式;第二是设计线条就像循环的曲线一般,在空间中流淌出独一无二的造型美感。

  Dirk所设计的家具产品,都是采用可回收的环保材料。其中,最著名的系列叫做无限流淌(EndlessFlow),里面采用的全是废弃冰箱的内槽。这些塑料大多以白色为主,可以染上不同的颜色,有很好的效果。

  值得一提的是,Dirk自己改造的3D打印机不会造成材料浪费。由于设计师可以操纵整个打印过程,他可以在每一步完成的时候,停下来修改、检查、重塑,直到所有材料都合理运用和配置,做到零浪费。

  个性化制造无限可能

  3D打印的想象力已经从小配饰延伸到服装、医疗甚至是房屋建设。有些是实际的需求,有些还是概念的炒热,你有没有思考过,这种技术怎样运用才会红爆?日本一家创意公司TBWA\Hakuhodo的点子就很小却很赞,就是用了最先进的科技将冰块做成3D立体的小雕塑,让你可以边喝酒边欣赏。

  这些3D迷你冰雕十分精细,配上洋酒和玻璃杯之后,犹如一件新型的艺术品。那么怎么做成这么精致的3D冰雕?其实TBWA\Hakuhodo使用的是Autodesk123D来将普通的图片进行3D建模,然后使用电脑数控(ComputerNumericalControl)、3D打印机以及激光切割机协助冰雕的制作过程。为了保证冰块在制作过程中不会融化,电脑数控会将整个操作的温度控制在零下7度左右。

3D打印迷你冰雕

  近日,宝洁(PG)旗下全球知名的剃须刀品牌吉列(Gillette),正计划将采用3D打印技术来生产剃须刀产品。虽然公司没有确定马上采用于哪一款即将问世的新品,但确实为3D打印剃须刀技术申请了自己的专利。

  这种快速成型的3D打印技术目前全球仅有少数剃须刀公司在真正发展,吉列或许家将加入其中,不过之前3D打印的剃须刀架没有真正出现,主要由于材料问题导致精度不够高,尺寸不准确,打印速度其慢,成本太高。吉列似乎解决了这一问题,通过使用一种超强激光照射紫外线光敏树脂逐层固化来完成,目前打印的刀架至少已经可以用于原型产品。

  毫无疑问,这意味着,需要经过数月调整和修正的昂贵的传统模具将可以在原型测试阶段省去,大大降低了成本,同时3D打印还大幅提高了研发效率,刀架制造过程中的调整更加轻松,可以更快的提升性能完善产品。

  更多精彩3D打印技术与自动化制造的内容请留意《3D打印与自动化制造专题》!

(来源:未知)

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