3D打印开始进入高端制造 显著降低生产成本和时
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  在不久前举行的2013中关村论坛年会上,北京航空航天大学教授王华明表示,我国高性能大型金属构件增材制造/3D打印技术研究和应用走在国际前列,这一技术对于提升我国重大高端装备的研发、制造水平意义重大。未来,3D打印技术在高性能金属材料关键构件制造领域拥有广阔的发展空间。

  3D打印作为一种新的制造技术,不仅是新产品研发的重要手段,更可提高装备制造技术水平和性能。每种技术都有它的适用范围。高性能金属零件的3D打印,对重大高端装备制造具有重要价值,因为它可直接生产装备中的零件。

  新材料和制造业密切结合,是装备制造业的基础,其对未来的影响会越来越大。从大的领域说,高性能金属构件的增材制造,其核心就在于控制增材制造过程获得高性能高品质材料的构件。基于3D打印技术的高性能金属材料制造将为我国航空航天装备制造业带来比较大的价值。国家大飞机科技重大专项的实施,也为增材制造技术在航空工业的应用提供了发展机会。

  3D打印进入航空制造领域

  据国资委网站最新消息,中国航天科工六院41所携手国内3D打印设备商,首次利用3D打印技术生产出了固体火箭发动机环形点火药盒壳体,并顺利通过点火验证试验,标志着41所已具备将3D打印技术应用于发动机环形点火药盒壳体生产的能力。

  3D打印解决了点火装置复杂三维造型看得见、摸不着的问题,极大缩减了研制与生产周期,降低了成本,减少了材料浪费,最重要的是能够制造出一些传统生产技术无法制造出的点火装置壳体外形,有效推进了点火装置设计技术的发展。

3d打印火箭

  就在今年7月美国航空航天局(NASA)成功试验了有史以来第一个3D打印的火箭发动机部件。用3D打印技术制造配件耗时缩短,成本降低,优势明显。美国航空航天局表示,加利福尼亚州的航空喷气发动机-洛克达因公司(AerojetRocketdyne)采用选择性激光熔化技术实现这一壮举。首先,利用高能激光束将金属粉末熔化,再根据计算机设计的喷嘴三维模型将其打印出来。此次进行试验的喷嘴尺寸要比实用的喷嘴略小,但已经足够进行温度和压力的测试。

  和传统工艺相比,新技术耗时短,成本低。火箭喷嘴对尺寸的要求极为精确,过去需要一年才能完工。不过,采用选择型激光熔化技术,耗时不到4个月就成功打印出喷嘴,生产成本也降低超过七成。美国航空航天局表示这项技术或可更有效的生产火箭发动机,为美国公司节省时间和金钱。3D打印技术能显著降低零部件的生产时间和成本,可能带来重大变革。

  3D打印制造人体器官钱景无限

  3D打印机可以用于制作人工气管,因为3D打印机很容易生产可以组成器官管状结构的环。研究人员们使用了生物相容性塑料材料打印这种气管,并且在小猪身上做了测试。

  2012年的一月,英国外科医生们在一名病人卡伊巴的肺部植入了一个3D打印的气管,使他的呼吸道保持畅通。几年之后,这个人造气管会在体内自行溶解,到那时候卡伊巴自身的支气管就可以发育到能够维持正常呼吸的水平。

  密歇根大学的格伦格林(GlennGreen)医生和他的同事们认为3D打印机可以用于制作人工气管,因为3D打印机很容易生产可以组成器官管状结构的环。研究人员们使用了生物相容性塑料材料打印这种气管,并且在小猪身上做了测试。

3d打印器官

  研究团队先给卡伊巴的呼吸道做了CT扫描,用得到的数据打印出了一个模具。然后,他们利用这个模具制造了一个合适的、柔韧的套筒来固定呼吸道。最后一步就是将他的支气管组织缝在这个套筒内,该手术需要获得美国食品及药品管理局(U.S.FoodandDrugAdministration)的应急使用许可。装上这个套筒之后,我们第一次看到他的肺动了起来,格林说。3D打印的医疗设备以及人体部件的应用才刚刚起步,但是格林相信这项技术有着巨大的潜力。

  利用3D打印技术培育人体器官是再生医学领域的一大热门,目前正不断取得进步。借助于这项技术,科学家能够培育出仿真度极高的人造耳朵和鼻子等面部器官。随着研究的深入和技术的继续进步,他们将最终培育出可以进行移植的人造肺以及其他器官。现在,维克森林大学的3D打印机已经打印出肾脏原型。在其他一些实验室,科学家也在研究如何利用可降解支架培育人造心脏、肺部、肝脏和肾脏,让定制移植成为一种可能。

  3D打印机械手臂功能强大

  3D打印技术近年在受到防范关注的同时,其自身也在飞速发展。目前,科学家已经可以通过3D打印机制造出类似科幻电影《终结者》的透明机械手臂,这种最新假肢设计是采用透明塑料制造。

  据英国新科学家杂志报道,它看上去如同科幻电影道具,事实上是未来新款人体假肢。目前,3D打印机可以制作透明塑料质地的日常生活用品,因此我们能够十分详细地掌握其如何运行,这种精致的3D打印假肢就是一个典型的例子,它在伦敦科学博物馆3D打印展览会上展出,是此次展出600多件3D打印物品之一。

  下面这款终结者手臂是由英国诺丁汉大学附加制造和3D打印研究学会主管理查德海格(RichardHague)设计的,他和学生们展示了3D打印机如何制造这种结实的假肢,以及可移动关节和微妙传感器类似螺旋形状的金属触摸传感器。

  海格说:这是一个实物模型,其电路能够探测到温度,感触到物体,以及控制手臂运动。3D打印技术赋予我们任意制造复杂、最佳外型的设计,我们的研究旨在聚焦打印电子、光学以及实现生物学功能。

  3D打印技术将满足之前不能负担购买假肢的伤残群体,例如:南非设计师理查德-范(RichardVan)倡导的嵌入式机械手项目,旨在打印廉价、塑料定制化假肢,尤其适用于那些缺少手指,或者天生手指或脚趾残疾畸形的人群。

  3D打印对传统制造业有什么影响?

  随着3D打印逐步在全球掀起定制化商品的热潮,中国作为世界传统制造业巨头将何去何从成为人们争相讨论的话题。有3D打印之父之称的斯科特?克伦普(ScottCrump)认为,中国批量生产式的传统制造业不会受到3D打印的冲击,至少目前不会。在他看来,未来中国有可能成为美国在该领域的有力竞争者。

  3D打印是通过对可粘合打印材料的层层叠加,最后形成完整的立体物品。不论是航天工程师,还是普通业余爱好者,足不出户便可创造属于自己的个性化定制物品。目前3D打印已被运用生产玩具、假肢甚至是飞机发动机的零部件。

  然而对于3D打印技术,各方褒贬不一。据报道,鸿海董事长郭台铭6月时曾称,3D打印只是个噱头。有3D打印之父之称的美国Stratasys公司联合创始人和董事长斯科特?克伦普(ScottCrump)虽不认同郭台铭对3D打印的消极评价,但他并不认为中国批量生产式的传统制造业会受到3D打印的冲击,至少目前不会。

  美国Stratasys公司更是很有理由看好中国市场,该公司约四分之一销售额来自亚太地区,其中中国市场所占份额还在迅速攀升。据报道,2012年,Stratasys营业额达35.9亿美元(约合人民币219.7亿元),

  此前,在于美国加州举办的3D打印大会上,克伦普称,3D打印的发展并不意味着中国以及韩国等地区大宗制造业的衰退,相反可能全球各国都能从该项技术中分一杯羹,中国还很有可能成为美国的有力竞争者。

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