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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(xiàn)實中這一切不僅可以實現(xiàn)，而且還能在小范圍內(nèi)定制生產(chǎn)。這就是當前業(yè)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(fā)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(shù)據(jù)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(wǎng)格格式)轉(zhuǎn)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(tài)的線型成型材料加熱成半熔融狀態(tài)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(nèi)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(tǒng)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(chǎn)品模型，但現(xiàn)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(tài)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(chǎn)品和服務去年的銷售額是17億美元，而零部件生產(chǎn)占到近1/4。到2019年，該行業(yè)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(chǎn)方式變革的產(chǎn)物。《經(jīng)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(wǎng)絡的商業(yè)服務模式這5大要素正共同推動制造業(yè)向數(shù)字化方向發(fā)展，即我們正在經(jīng)歷的第三次工業(yè)革命。
工業(yè)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(chǎn)生革命性變化。傳統(tǒng)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(chǎn)品做出來。
同時節(jié)省材料和加工時間。從制造模式上看，過去是生產(chǎn)線規(guī)模化生產(chǎn)，今后則可能更多的是個性化的定制生產(chǎn)，產(chǎn)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(chǎn)。
3D打印的優(yōu)點表現(xiàn)在無需機械加工或任何模具，就能直接從計算機圖形數(shù)據(jù)中生成任何形狀的零件，從而極大地縮短產(chǎn)品的研制周期，大幅減少材料浪費，提高生產(chǎn)效率和降低生產(chǎn)成本。而且它還可以制造出傳統(tǒng)生產(chǎn)技術無法制造的外形。
北京中科輔龍計算機技術股份有限公司董事長兼總裁唐衛(wèi)清告訴《中國電子報》記者，在企業(yè)的具體應用中，3D打印通過快速成型來對產(chǎn)品進行前期功能測試，優(yōu)化生成工藝；其產(chǎn)生的真實模型能更好地讓設計師或工程師從視覺和觸覺兩方面對設計進行感知并反饋，從而以低成本嘗試更多的創(chuàng)意設計；企業(yè)還可以利用全彩的三維模型作為強大的營銷工具。目前，國內(nèi)3D打印快速成型技術主要應用在概念設計階段。
3D打印 國內(nèi)應用還在萌芽
總體上看，國內(nèi)3D打印技術無論在技術還是在應用上與國外比較都有一定差距。
PTC公司資深產(chǎn)品經(jīng)理錢偉勛告訴《中國電子報》記者，現(xiàn)在的3D打印是快速成型的一個部分，而國際上快速打印技術從軟件方面來說已非常成熟，難點還是在于硬件方面，比如材質(zhì)材料，既要滿足精細的要求，又要滿足強度的要求，還要滿足批量的要求（有時快速成型一個東西需要2個小時，因此無法達到批量）。他指出，從當初做快速成型到現(xiàn)在的3D打印，實際上都差不多，只不過改了一個名字，并不是新鮮事物。
廣州中望龍騰有限公司副總經(jīng)理劉玉峰告訴《中國電子報》記者，從產(chǎn)品角度來說，目前國內(nèi)3D打印技術與國外差距主要在于精度、速度和打印的尺寸。他解釋說，3D打印軟件主要是接收和處理三維CAD系統(tǒng)輸出的三維模型信息(主要是STL格式)，之后對模型進行分層，將處理好的層片文件輸入3D打印機，3D打印機對接收處理后的層片文件進行快速成型制造。STL格式的讀取轉(zhuǎn)換、分層技術、加工軌跡控制技術這3點是3D打印軟件的核心。在這些關鍵領域，國外3D打印廠商一般開發(fā)自己的軟件并發(fā)展多年，如3D SYSTEM。而國內(nèi)目前尚停留在實驗室階段，主要研發(fā)力量集中在高校，尚未有得到市場認可及獲得一定應用的軟件技術出現(xiàn)。
唐衛(wèi)清也指出，國內(nèi)3D打印技術還需要在幾何圖形優(yōu)化、描繪和材質(zhì)貼圖、對切割和中空部件做打印準備、支持任意三維軟件生成的數(shù)據(jù)和對超大模型的自動分段等方面進一步提升。
而在應用方面，劉玉峰認為，當前3D打印的相關產(chǎn)業(yè)成熟度還不足。短期看，3D打印的主要推廣障礙在于使用成本，除了機器的初始購置成本，還包括耗材、后續(xù)處理設備、安裝及使用培訓及后期維護保養(yǎng)等成本。同時，3D打印的速度和精度相較傳統(tǒng)機械加工尚有不足。但是從長期來看，隨著國際上眾多廠商及科研機構對3D打印各環(huán)節(jié)的深入研究，材料、打印精度、可靠性等逐步成熟，影響3D打印大規(guī)模應用的障礙有望被克服。
由此，劉玉峰指出，在3D打印普及前的這段時間，我國應抓緊研發(fā)相關技術。一是材料方面，應該在打印材料的多樣化，成型件的精度、表面質(zhì)量、物理性能等方面下工夫鉆研；二是軟件方面，應該進行針對性開發(fā)并加快產(chǎn)業(yè)化進程。
國內(nèi)主流的CAD公司紛紛表達了對3D打印技術的關注，但同時也表明該技術的應用在國內(nèi)還處在萌芽階段。北京數(shù)碼大方市場部總經(jīng)理楊維明告訴《中國電子報》記者，雖然3D打印是近年來出現(xiàn)的技術和應用，但是國外發(fā)展很快。國產(chǎn)三維CAD目前部分功能與國際同行業(yè)水平相似，并在適合國人操作習慣等方面具有自己的特色和優(yōu)勢，然而3D打印在國內(nèi)還沒有應用市場。 3D打印機的出現(xiàn)為數(shù)字制造提供了無限想象的空間，有人提出3D打印機將可能改變世界，中國航天科技集團總工程師楊海成認為，3D打印技術是一項非常有潛力的技術。要正確認識它所帶動的這一場技術變革、產(chǎn)業(yè)變革和工業(yè)體系的提升。信息技術，包括3D技術，給制造業(yè)帶來的是全方位的應用、滲透、融合、變革和創(chuàng)新。 |
