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新聞中心

成熟的 3D 打印技術能改變哪些行業?

發布時間:2018年01月11日 來源:
3D 打印和增材制造是國務院“中國制造 2025”重要的產業發展方向。3D 增材制造的技術,最大的特點之一就是它可以給我們起到我們能夠制造多品種、小批量,甚至個性化的模式。增材技術既做到多品種、小批量

3D 打印和增材制造是國務院“中國制造 2025”重要的產業發展方向。3D 增材制造的技術,最大的特點之一就是它可以給我們起到我們能夠制造多品種、小批量,甚至個性化的模式。增材技術既做到多品種、小批量,甚至個性化,但是它不增加成本,不降低生產速度。

 


而對于這項技術而言,最為重要的就是設備和材料,于是在政策的扶持下,西安建立了增材制造研究院,確定為國內增材制造的制造業創新中心。當然,除了制造之外,醫療,建筑以及教育也是這項技術能發揮重要作用的領域。

義肢器械打?。嚎啥ㄖ菩愿鼜?,更安全
在醫學領域,3D 打印由于其可定制性高,在無需模具的情況下,可以用來打印諸如義眼,牙齒等等器官。這些都是完全定制化的,能做到立等可取,如果增加效率僅僅需要增加打印設備即可。同時,也能形成一定的規模,可能未來器官打印也能通過 App 進行預約。

除了打印這種義肢之外,3D 打印技術更重要的一項用途在于輔助規劃手術。這并不是打印一個模型那么簡單,需要一定的精細度,因為它能提供更多的信息給醫生,進行高難度手術的規劃。在骨科,這一技術已經被廣泛地應用到了打印骨頭和打印用于固定骨頭的倒板。

 


過去使用石膏,現在使用輕巧的支架。低溫塑料板能很好兼顧固定的緊湊性和輕便性。比如頸椎部分的支撐,過去是常規的像海面一樣貼著,現在可以用 3D 打印做個性化支撐;燒傷的病人過去疤痕會擴展,現在可以用一個工具固定,防止疤痕蔓延。

軟組織外科也非常積極的進入到這個領域應用,比如母子脾肝技術,沒有 3D 打印,光靠影像數字很難支持。有了它,就可以知道血管之間的吻合狀態。通過 3D 打印看到血管的關系,可以減少對無關血管的傷害,直接把傷害腫瘤切除。

現在 3D 打印模型已經能從簡單的到復雜了,為了這個復雜科研人員做了很多器官的測試,開發了與人類皮膚肌肉幾乎一致的材料。這些打印器官還可以組合成完整的人體模型支持醫院使用,特別是高難度手術的訓練——比如在脊柱微創方面的仿真人體,在普通外科的仿真人體,介入治療的仿真人體。

在齒科,患者口腔里使用的材料則成了最大的問題:必須具備生物親和性,同時還有抗菌。因為口腔中間抗菌特別重要,口腔里面戴一些東西會引發其它疾病,矯正牙齒的時候如果刷不干凈,很容易造成牙齒的損壞。

制作口腔內材料的設備主要是光敏樹脂,而國內用的所有的光敏樹脂材料全部都是進口的,這個樹脂要求是低黏度、低收縮。樹脂的收縮率在口腔中的應用特別重要。國內已經開始在這方面進行探索了。目前,研究人員通過樹脂配方的調控,做出來一種接近樹脂的自制樹脂,添加了載銀抗菌劑。

 


在 3D 打印領域各國都缺乏醫療應用領域的法規,都在摸索的階段,但是這個技術在醫療領域的應用也是得到各個國家的高度重視,都在推動技術的應用和醫療領域的法規建設。今年 12 月月初 FDA 正式發布的增材制造技術的技術考量,相當于中國的技術審評的指導原則,里面特別詳細的把 3D 打印技術,考慮到哪些風險點和要求,非常詳細。

標準化工作重要性毋庸置疑,首先確立標準,行業有據可依,審評也是有據可依?,F階段特別缺乏 3D 打印用于醫療領域的質量標準。

建筑行業:初步探索階段
人類的建筑歷史是從石頭木頭開始的,到了近代才出現當前的主流鋼筋混凝土結構建筑,再就是上世紀 20 年代的“玻璃摩天輪”——以鋼結構和玻璃結構為基礎建造的。那么建筑物有沒有可能被打印出來?

國內外已有不少的建筑事務所和建筑公司采用 3D 打印制造技術,為建筑設計項目,關鍵的像鋼結構的構建,定制結構的連接,以及專門的外墻面板等等,設計整體打印建筑,其應用范圍的擴展越來越廣。

目前在世界范圍以內,對 3D 打印建筑都處于非常初步的探索階段。這其中存在很多問題,其中最重要的問題就是材料問題。目前打印出來的混凝土的強度和安全性都存在一定的問題?;炷敛牧献詈玫男阅苁鞘軌?,能夠承受壓力,不會垮,但并不能彎曲——這是依靠鋼筋實現的。

3D 混凝土打印不可能打印出鋼筋,僅僅打印出混凝土,這個是它最大的缺陷。要么先放好鋼筋再打印混凝土,或者反之,先打印再插入鋼筋。這與我們傳統建筑的方式相差不遠。

 


目前國際上已經開始探索無需鋼筋做支撐,又能實現這樣功能材料了。納米混凝土是當下的答案?;谥悄艽蛴〉姆绞?,通過這種材料,還能實現多維度的打印,它就能打印各種不同形式的,滿足個性化需求的形態,通過機械臂實現多維的空中打印,還有更多的方式,把這些問題解決了,房屋的建造,這種不規則形狀將會成為可能。

房屋是一個系統,包含著各種結構,需要經過各道工序,比如防水,保溫,裝飾等等如何將之結合到一塊,才能實現房屋的建造,最終才能走向建筑的工業化。最重要的是房屋打印的時候,用什么樣的設備?,F在通過 3D 打印建造構筑物的時候,無論大小都需要門式框架,上面有打印頭,如果打一層兩層,框架可以通過結構做出來。如果要打印高層,或者打印更高的建筑,這個門式的框架就非常高,這就需要考慮機械上的可能性。

3D 打印與鑄鍛結合:降低成本,提升強度

回顧一下古代的鑄鍛在中國有很長的歷史,先鑄錠再去打,而且不是鍛打就能完成,需要反復鍛打。反復的鍛打才能夠消除鑄造的缺陷,使晶粒細小均勻?,F代工藝也是如此,同時這個過程中還需要不斷地加熱,保證金屬處于可鍛造狀態。

開放式的加工過程熱量消耗很大,而且是重污染的過程。在這種生產方式是全世界通用的,先鑄后鍛,流程很長,反復鍛造加熱能耗大,污染重,需要整體輕量化制造的趨勢下,依賴大型鍛機且越來越大(8-15 萬噸),投資巨大。首先要鑄錠,包括零件所有的尺寸,最后得出的零件要削掉很多部分,特別在航空航天器件,材料利用率很低。同時一個零件需要根據不同的功能,采用不同的材料。

3D 打印技術能縮短制作流程,但是它在工業化應用的最大障礙,就是其自身的缺陷——有鑄無鍛,性能及可能性難及鍛件,抑制變形和破裂難度大,同時目前效率不及傳統工藝,成本也還降不下來。

突破技術自身缺陷的方式在于改變國內外傳統制造鑄鍛分離的制作方式,實現鑄鍛合一,邊熔邊鍛。用一臺設備、金屬絲及很小壓力得到鍛件,實現短流程、單機輕載、節能省材的綠色制造。攻克傳統鑄鍛無法沿輪廓數字化成形的難題,實現鑄鍛銑一體數字化。過去需要長流程、多臺設備的鑄鍛,現在只用一臺設備輸入金屬絲就可以得到。

在過去鑄造過程中,普通鑄鍛的零件在冷卻過程中,非常容易產生裂紋,成品率不到 10%。通過這樣的技術可以百分之百的做出來,并且沒有缺陷。千百年來發展起來的鑄鍛技術,通過與 3D 打印技術的結合,獲得了新生。 


轎車翼子板的沖壓成型模具也可以采用3D打印技術。這種模具實現了模具表面為模具鋼,內部大部分是鑄鋼,大大降低了成本——大部分用一般材料,少部分用很好的材料。不光是模具,用材料非常昂貴的閥方面,僅僅在材料上就有壓倒性的競爭優勢。將 3D 打印固有的住裝晶變成均勻等軸細晶,形與質并行創制,性能超過傳統鍛件。

3D 打印是一個高度依賴材料和設備的技術領域,整個行業的發展很大程度取決于如何找到成本更低,易于使用的材料。在行業發展的初期 3D 打印應該做減法,集中專注于幾個領域,才能更多地發展。同時也要用工業手段解決個性化問題,使 3D 打印行業變成正常的行業,有前途的行業。

最后,也是最重要的一點,3D 打印還處于發展初期,在很多領域都還沒建立行之有效的標準,這需要一定的時間去探索和實踐。

來源:鈦媒


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