3D列印缺什麼?

2021-09-27 11:42:57 字數 2311 閱讀 3843

通過3d列印,可以列印飛機、列印賽車、列印槍枝,甚至可以列印血管、列印器官,更有人**:到2023年,你可以在自己列印的房子裡,吃一頓自己列印的飯。3d列印究竟是對於現代工業的一場變革還是一場革命?起碼從目前來看,這項技術還不能推翻或者取代製造業原有的手段,在工程技術上只是補充性的。

實際上,3d列印技術早在上世紀80年代已經出現,比日本佳能公司推出噴墨印表機的時間只晚了四年。2023年,美國發明家查爾斯·霍爾(charles hull)給自己的一項技術起了乙個新奇的名字——stereolithography,該單詞是將通常用於印刷積體電路的lithography(平板印刷)加上乙個字首stereo(立體),這種被稱為「立體印刷」的新技術,成為目前被廣泛應用的3d列印技術的鼻祖。

霍爾利用的材料,是一種可以在紫外光的照射下固化的樹脂,通過計算機控制紫外光束的移動,可以讓一層層的樹脂形成特定的圖形,這樣一層層的疊加在一起,就形成了立體的形狀。2023年他的專利申請獲得通過後,霍爾立刻成立了一家名為3d systems的公司,專門開發商業化的「立體印刷」裝置。

隨著「立體印刷」概念逐漸深入人心,科學家們逐漸開發出有別於霍爾的光固化技術的其他立體成型技術,其中熔融沉積成型(fused deposition modeling,fdm)和選擇性雷射燒結(selective laser sintering ,sls)把立體成型技術所能使用的材料拓展到更加廣泛的領域。

fdm工藝由美國學者斯科特·克朗普(scott crump)於2023年研製成功,並與次年成立了stratasys公司。 2023年,「3d列印」這個詞彙在麻省理工學院誕生,該學院的兩位教授公尺歇爾·西瑪(michael cima)和艾瑪紐埃爾·薩什(emanuel sachs)製造了一種立體化的噴墨列印裝置,並把它叫做3d印表機。

該印表機通過多個噴嘴噴射成型材料和粘接劑來逐層列印3d實物。這種技術最大的優點,是可選材料非常廣泛,而且可以直接把計算機中設計好的模型快速塑造出來。3d列印這個名字通俗易懂,逐漸成為這幾種快速成型技術的統稱。

2023年,z corporation公司獲得了麻省理工學院多項3dp技術的授權,開始商業化這一技術。2023年,這家公司被3d systems收購,目前3d systems和stratasys都在納斯達克上市,每年銷售額近2億美元。

3d列印技術的方法是將產品在計算機上設計成型後,將其分割成一系列數字切片,並將這些切片的資訊傳送到3d印表機上,後者會連續地將這些薄型層面通過特殊膠水堆疊起來,直到形成乙個固態物體成型。因此在專業上又叫快速成型技術;由於這種方法和傳統的通過切削、鑽孔等方法的減材製造工藝相反,又被稱為增材製造技術。

目前3d列印技術的應用範圍越來越廣:英超聯賽的球員們已經穿上利用雷射燒結技術定製的「完美合腳」的運動鞋,駐阿富汗的美軍已經可以在野外的快速製造車間中得到維修坦克和***必須的零件。2023年2月,比利時hasselt大學科學家宣布,他們將核磁共振得到的下顎影象輸入3d印表機,成功為一位83歲的老婦人製成了一副鈦合金下顎替代品。

2023年底,霍爾的3d systems公司獲得了來自美國空軍的29.5億美元的投資,開發使用雷射熔融技術的3d列印系統,這套系統將用於製造f-35戰機和其他**系統。對於飛機這樣的非大批量生產的產品,3d印表機將是乙個理想的生產工具。

雖然應用範圍越來越廣,目前3d列印技術還只能用於試生產,因為在質量的可重複性和穩定性都是問題,在量化生產上存在缺陷。究其原因,就是是因為雖然什麼都可以做,但是做什麼都有一定問題。雖然在各個行業,只要涉及實體開發,實體應用都用的到,因為材料和精度的限制,在生產上用的比較少,在牙科、醫療、產品開發過程中應用比較多,或者小批量的零件生產。

一位業者這樣評價,現在就好像是大家都在成長,長成了一片大草原,但是還沒有長成大樹。受制於效能限制,現在的3d列印技術是理論上可行,但現實做起來就是這個東西不能做,那個東西不能做,目前不過是多做了一點以前做不了的工作而已。

目前,消費品和電子領域是3d印刷企業最大的市場,其市場份額約為20.3%;緊隨其後的是機動車19.5%、醫療和牙科15.1%。

3d列印是豐富了製造業的方法,無法顛覆傳統的製造業,雖然比重正在增加,但是不具有顛覆性。大多數業內人士不認為是個革命。因為在效率、**、精度、表面質量上都有缺陷。可以說是形狀的萬能製造機,但是在材料上的限制,還不能滿足一些對內在效能有特殊要求的工作,形狀可以做出來,功能不一定達的到。

所以說,至少目前的3d列印技術絕對不會對傳統的減法製造造成什麼革命性的改變,更多是乙個補充,可以稱為綠色製造,因為浪費的材料很少,但是增材製造在製造簡單的零件上得不償失,其優勢在於複雜程度,但是速度有待於提高。雖然列印乙個部件的成本比開乙個模具要低很多,但是只要乙個模具開好,就可以短時間做出成千上萬個一模一樣的部件,這是3d列印難以企及的。

不過,雖然在工業上有各種缺陷,3d列印在生物製造上的前途遠遠超過金屬。更巨大的意義是做活體,把細胞、生物相容性材料堆積成活體結構,現在已經可以培養一小塊肉了。

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