相信大家对于3D打印都不会陌生,但是相信大多数人只停留在听过最基础概念上面3月24日14:00,
酷立方3D打印技术分享会如约而至,本次活动特邀精创汽车创始人孙总和扬州腾瑞三维打印总经理戴总担任此次分享嘉宾。
主要分享的内容包括四个方面,第一3D打印技术的定义;第二3D打印分类;第三3D打印应用行业;第四3D打印技术的发展和遇到的问题。
3D打印定义
3D打印(3Dprinting)也称为“增材制造(AdditiveManufacturing)”,它是新兴的一种快速成型技术。与传统的减材制造工艺不同,AM增材制造被定义为“一个与减材制造相反,利用3D模型数据,通常以逐层堆叠累积的方式将材料连接起来构造物体的过程。
现代意义上的3D打印技术于20世纪80年代中期诞生于美国。CharlesHull(3DSystems公司的创始人)3D打印技术的先驱人物。以3DSystems和DTM公司为代表的一批美国中小科技公司在20世纪80年代末-90年代初相继研发出立体光固成型(SLA)、选择性激光烧结(SLS)和熔丝沉积造型(F
DM)等主流技术路线,经过20多年的沉淀和不断完善已经日臻成熟。
3D打印与传统制造业的最大区别在于产品成型的过程上。在传统的制造业,整个制造流程一般需要经过开模具、铸造或锻造、切割、部件组装等过程成型。3D打印则免去了复杂的过程,无需模具,一次成型。因此,3D打印可以克服一些传统制造上无法达成的设计,制作出更复杂的结构。
3D打印技术的分类及原理
现在公认的3D打印技术大致可以分为四类:
1、SLA光固化成型(Stereo Lithography Appearance)
2、SLS粉末材料选择性烧结(Selected Laser Sintering)
3、LOM 薄片分层堆层成型法(Laminated O
bject Manufacturing)
4、FDM 热熔堆积固化成型法(Fused Deposition Modelin)3D打印技术的应用
3D打印应用行业
1、医疗应用
打印在生物医学领域的应用可归类为以下四个方面:
1.体外医疗模型和医疗器械个性化制造:基于CT、MRI等生物医学图像,生成增材制造CAD模型,应用于外科整形、手术规划和个性化假肢设计等领域。
2.永久植入人物的个性化制造:基于仿生的多尺度生物复杂结构设计,建立具有多尺度复杂结构的生物系统模型,采用具有生物相容性的材料,制造出可植入人体的替代和修复体。
3.组织工程支架的增材制造:人体组织支架(Tissue Scaffolds)和类组织结构体(Tissue Precursor)的生物制造技术。
4.细胞增材制造:利用增材制造技术制造具有个性化结构且具有功能性的人工器官与组织。其中,第一个热点即是体外模型和医疗器械的制造。在此类应用中增材制造的零件无需植入体内,所用材料不需要考虑生物相容性等问题;而体外医疗器械一般也只考虑所用材料的力学和理化性能。目前,这类应用最为成熟也最为普遍,正在为人们的健康服务。在美国,大部分此类应用已经纳入医疗保险的范畴,特别是对于大型或高风险的手术,体外模型已经成为常规手术步骤,医生须通过它进行手术规划,并与其他医生探讨与手术相关的各种重要问题。
2、工业应用
主要有航天航空和汽车工业:
航天航空
采用金属直接成型已经成为航空航天高性能复杂紧密金属零件的一条重要途径
用3D打印机成功打印出航空发动机的重要零部件,与传统制造相比,这一技术将使该零件成本缩减30%,制造周期缩短40%,航天的基本条件是航天器必须达到足够的速度,摆脱地球或太阳的引力,这就要求航天器轻量化、结构坚固的方向发展,航空以运人载物为主,在如今一个能源价格飞涨的时代,节能降耗非常重要,而要节能降耗,减少飞机重量同时兼顾安全性需求。
对于航天航空复杂精密零件的传统制造方法通常是采用精密铸造,但是在有些关键部位,铸件的性能往往难以达到使用要求,还需进行热等静压等复杂工序,材料利用率低,而采用金属直接成形可以克服传统制造对于高性能复杂精密零件的问题。
汽车工业
3D打印技术可以整合制作复杂熔模,同时可以控制精度。3D打印制造技术可以制作一些任务紧、时间急的单件小批量铸造用熔模,相比传统制作工艺生产周期可减少60%,同时整个过程无需模具,节省大量成本。
模具工业
在生产模具开模之前进行产品的试制与小指生产,可以提高产品开发的成功率,有效的节约开发时间和成本。
3D打印遇到的问题
1. Return on investment(ROI)
3D打印的投资大,而投资回报率低,这对企业来说是首当其冲的大问题。核心设备贵,即3D打印机的投资大,耗材贵,即3D打印的塑料颗粒和金属粉末成本高昂。相对了普通铝材约30人民币一公斤的价格,3D打印用的铝粉价格高达135欧元(约1000人民币)一公斤,价格上,3D打印要说爱你不容易。
2.精度
这是一个老生常谈的问题。3D打印现在的精度并不适合制造大部分的高端工业品。不能独立制造高端工业品,直接导致3D打印的工业附加值较低。
3.材料的种类和性能
尽管现在已有几百种材料能够被3D打印,但是高温塑料和一部分常用金属依旧。
不能被打印。尤其金属由于热处理的问题,很容易出现打印后变性的问题,现场EOS的代表提出的比如invar,就不能被打印,而这个材料在航空发动机中却是相当重要的材料。
4.机械设计的限制
因为3D打印给机械设计带来的无限可能,很多工业品都应当被重新设计优化,但是这个就涉及到上游设计领域的大变革。传统CAD软件需要被颠覆,传统结构设计,应当向topology优化方向发展,但是这些都是还没有成形的体系的。此外,3D打印并非想怎么做就能怎么做的,EOS的代表就指出,有一些设计就是不可能被打印出来的。比如当选用SLS技术时,完全空心的塑料球。
此外,一位模具制造商还提问能否实现金属和塑料的混合制造,这个也依旧是一个挑战。
5.打印件后处理
在现在的打印技术下,成品打印件的表面,塑料件只能说尚可,却不能说光滑,金属件则完全坑坑洼洼,可能还不如铸件光滑,所以必要的打磨和清理都是难逃得。但当打磨变成一种必要的时候,就难逃人力成本和时间成本,3D打印也就不那么智能和方便了。
6.缺少相对的人力资源
对于企业来说,不能直接招募成熟的人才资源,这也是新技术应用的一个问题。
7.效率和大型产品
虽然大型的3D打印机已经问世,但是打印大型产品的时间依旧是个大问题。
9.市场认可
这是一个综合了前面所有问题的大问题,因为前面的各种问题,3D打印的市场认可度不高,没有市场的需要,就没有销路,没有销路的东西,企业也就不会投资下去。
10.质量监管
3D打印产品的质量监管可能不同于传统产品,而我们对这一领域的了解不足,也没有现成的体系和标准可以实施。而这个对于航空业尤其重要。
虽然说3D打印有这么多的问题,但是做为一种新型的制造技术,3D打印还有很多领域去值得我们去开拓。
因为戴总和孙总精彩全面的分享,使得我们对于3D打印,不再停留在概念的层面上了。那就让我们继续相约下次的酷课堂吧!同时,欢迎大家积极参与酷立方系列活动哦,与嘉宾老师们面对面的交流!酷课堂主要围绕众创空间、众创服务、创客提供的信息,以及定期邀请一些行业专家、专业导师、投资人等资深嘉宾做分享和专业服务。有线上嘉宾微信分享和线下沙龙类交流活动两种模式哦!