2016年10月14日 星期五

.3D 列印技術日漸成型 未來有望引發製造業革命

BBC News Researchers try to develop 3D printing of body parts



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來源: 智能製造網

隨著世界高科技革命風靡全球,越來越多的大型集團和企業開始從事3D列印領域,推動了整個產業的快速發展。3D列印技術成為其中最為受益的一大板塊,如今的3D列印技術日新月異,但許多都還未經市場的考驗,人們也並不熟知。

今天,小編就來為大家報導一下,這些「新奇」的3D列印新技術及其發展。


在非金屬3D列印成形領域,基於噴印原理(典型技術3DP),和光固化面成形(典型技術CLIP)的3D列印技術,會成為絕對主流。原因很簡單,CLIP是最快的3D列印技術,而噴印成形是唯一可列印全彩色的3D列印技術,可列印大尺寸、速度快(接近於面成形)、強度高,且在同一層面,可成形不同材料。

金屬3D列印工業應用領域,結合數控加工的複合成形技術,將逐漸主導市場。當然這有一個前提,就是Xjet技術沒能實現商品化。而一旦Xjet技術可列印高致密度金屬零件,並實現商品化,3D列印對製造業的革命就開始了。


在生物醫療領域,列印金屬植入物,將逐步獲得認證,並真實應用到臨床,可降解材料植入物的應用,將緊隨其後,至於活性器官3D列印,我對自己一點信心都沒有,我不認為自己可以活到那一天。

為了看得更清楚,現在讓我們簡要回顧一下,3D列印技術的發展歷程。

3D列印技術在過去被稱為快速原型技術,在經歷2012年行業的突然爆發之後,民間逐漸以「3D列印」這個名詞代表了這個行業,雖然學術領域的很多老一輩專家認為,這個名詞不準確,所以一般在正式場合,使用「增材製造」這個名詞。

在其近30年的發展歷程中,前20年都是以傳統5類技術(FDM、SLS、SLA、LOM和3DP)為核心進行升級,隨後出現金屬3D印機(SLM),到近5年,新技術層出不窮,整個行業也到達火熱的程度。


雖然市場上媒體和投資機構,對3D列印技術的認識逐漸理性,但新技術的開發力度,卻達到了歷史最高點。

最初的3D列印技術為快速原型技術,所以製造的零件都是原型件,就是「模型」,不具備產品真實的功能。所以原先在焊接技術領域的增材製造技術(典型技術LENS),不是「原型」列印機,也就不是快速原型技術。

2005年前,在對岸中國主要的快速原型技術研發團隊有三個大學院校(華中科技大學、清華大學和西安交通大學)團隊孵化的三個公司(武漢濱湖機電、陝西恆通和北京殷華)和少數幾個企業(北京隆源、上海聯泰等),進入中國的國際公司也就3Dsystems、stratasys和EOS少數幾家企業。



從金屬3D列印機(SLM)出現之後,3D列印機就開始逐漸從「快速原型」向「快速製造」過渡。武漢濱湖機電當時也明確的提出了「直接製造功能件」的技術發展方向,加大SLS製造尼龍功能件研發力度,和開發金屬成形SLM技術,也使得濱湖機電成為中國首批,可製作尼龍件和金屬列印機的廠家。

從2005年以色列Objet公司開始進入中國,其快速、經濟的特點,極大衝擊了中國以SLA技術為代表的「原型件」製造應用領域,這一狀況發展到2008年尤為明顯,有些企業業績受到顯著影響,甚至有人認為快速原型行業不行了。



由於武漢濱湖機電的核心產品,是SLS技術以及SLM技術,業績反而一直是穩步上升。

2012年在歐美等國的促動下,3D列印行業突然爆發,政府、媒體、券商甚至普通老百姓,都開始全面關注3D列印技術,更有人認為3D列印是萬能的製造技術,焊接領域的增材製造技術也加入到3D列印行業。

中國的3D列印市場也成幾何倍數增長,幾乎所有的3D列印企業也重新爆發,任何一個與3D列印產業沾邊的企業也都獲利,造成了很多企業都想靠上3D列印,一些明顯的二維成形技術,也都掛上3D列印的稱呼,整個行業處於「發燒」狀態。

好的一面是,火熱的大環境促動了很多新興技術的誕生,新技術、新企業也是層出不窮,如普通紙張全彩3D列印機、複合金屬3D列印機、建築3D列印機、巧克力3D列印機、CLIP技術、Xjet技術、液態金屬3D列印機等等。

兩年前,在一些專家的呼籲下,很多人開始冷靜思考3D列印行業,人們開始發現,目前的3D列印技術有很多缺點,它們很難滿足製造業的要求。

在接下來的兩三年,行業洗牌可能在所難免,一些舊的技術也必將逐漸淡出市場。



下面來解釋一下,前面我對行業技術發展預測的理由。

先看看主要的塑膠成形行業。傳統的成形方法主要是注塑成型和數控加工,對產品的要求主要體現在強度、速度和經濟性。

CLIP技術最顯著的特點就是快,由於解決了固化面與玻璃剝離的核心問題,任何一種加法式成形技術,不可能比它更快。俗話說天下武功唯快不破,幾分鐘即可得到零件的速度,足夠讓工程師和設計師興奮。

還有一點是該技術可採用普通投影技術,設備硬體成本較低,說明該技術產品有足夠的降價空間,就看企業願不願意了。當然CLIP技術也有缺點,就是不能成形全彩色零件,短期內成形尺寸也不大。

而噴印成形3D列印技術(以下簡稱3DP),有幾個典型的特點:速度快、可列印全彩色、成形尺寸大等,早期的3DP技術主要列印石膏材料,給人造成了零件強度不高的缺點。

但新的3DP技術不僅成形強度很高,且成形材料很多,如尼龍、陶瓷、覆膜砂等。3DP技術如果解決了表面品質問題,其應用前景將非常可觀。


可以預見,新的3DP和CLIP技術一旦廣泛商用,傳統非金屬3D列印技術,必將受到衝擊甚至被淘汰。

對於金屬3D列印工業應用領域,如果金屬3D列印機不能解決表面品質低、成形效率低和成本高的缺點,它在工業應用領域,就只能是複雜零件方面,而且很多複雜零件由於支撐無法去除也不能加工,所以傳統金屬3D列印技術,在工業領域的應用必定受限。

近幾年出現的結合數控加工的複合成形金屬3D列印機,很好的解決了表面品質的問題,其應用領域擴大很多,甚至可以應用到模具加工領域,成為一種模具加工設備。


而Xjet技術的出現,才是金屬成形3D列印機的革命性技術,我本人非常驚嘆該技術的成就,由於Xjet技術還沒有商品化,我不能確定的是,該技術在成形零件的致密度方面會如何,但從介紹上來看,它幾乎解決了金屬成形3D列印技術的所有缺點,如果該技術能夠解決致密度問題,3D列印對製造業就真能產生革命性影響了。

生物醫療領域是一個特殊的領域,幾乎每一個「產品」都是客製化的,且不需要極高的表面品質和高致密度,是一個特別適合於3D列印技術的領域。

比如金屬3D列印在工業領域的一些缺點,在應用到生物醫療領域反而成了優點——如空間網格化和粗糙的表面,更能符合生物組織生長的要求。因此,在通過醫療審批後3D列印技術在生物醫療領域,將會有廣闊的空間。

但在活性器官3D列印方面,我始終持有慎重應用的觀點,理由很簡單,我認為人類對一些活性器官的研究還不夠徹底,還有很多未知的知識,我們的科學家都還沒有掌握。在這種情況下,我們列印的活性器官,一定只是具備某種功能的「產品」,而不是真實的器官。


我們可以想象一下上述幾種技術,實現普遍商業化之後的情景,可以分析哪些技術,可能受到衝擊而衰退,甚至消失。

3D列印技術本身被委以「引發製造業革命」的重任,但傳統的3D列印技術,顯然不能承擔如此重任。

作為從事3D列印的企業來說,需要實事求是的分析市場,開發符合未來製造業要求的3D列印新技術,並結合新技術、新製程開發新材料,擴大應用市場,才能保持企業的持續發展。



                                                                                                                                                                                                                             


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