Leaders Of The 3D Printing Revolution
 |
來源： 控制工程網
增材製造（3D列印）技術，已然成為未來製造業發展的重要趨勢之一。隨著產品精度的提高，和成本的的降低，3D列印技術在汽車、航空以及醫療等行業，取得了越來越多的應用和進展。
還記得在2014年，芝加哥國際製造技術展覽會（IMTS）上，由3D列印零組件組裝的汽車，從眾多展品中脫穎而出，吸引了很多人的目光，這一切都得益於3D列印技術所取得的成果，所使用的機器和運動控制技術，以及材料科學所取得的進步。
汽車車身材料為碳纖維增強聚合物，車輪和輪轂則由金屬材料直接列印而成。整個過程花費44小時，包括40個部件。當列印完成後，首台3D列印汽車的試駕活動，吸引了眾多媒體的關注和報道。
在2014年度的IMTS 展覽上，辛辛那提公司的大面積增材製造（BAAM）系統，被用於生產3D列印汽車，從此以後，隨著技術的不斷發展進步，3D列印持續成為製造業的討論熱點，獲得了工業設計人員、生產製造商和工程教育人員的關注。
1、3D列印汽車的微工廠
在2014年的IMTS展覽期間，辛辛那提公司的大面積增材製造（BAAM）系統，主要用於生產3D列印汽車。最近，他們出售了其中兩套系統，給總部位於美國菲尼克斯的Local Motors汽車設計公司，用於「微工廠」的生產。
BAAM系統的工作範圍，最大可達 2.4 × 6× 2 米，大規模增材設備使用底盤、驅動器和雷射切削系統的控製作為基礎。BAAM由線性馬達驅動，擠壓融化的熱塑材料，層層列印組件，相較於現有的增材設備，其速度可提高200到500倍，尺寸則提高10倍。
在佔地不到4000平方米的廠區內，Local Motor的「微工廠」可以生產在高速路行駛的3D列印車、在公路上行駛的高檔越野車，以及社區電動車，每年的生產能力高達250輛。客戶可以親臨微工廠，設計並採購汽車，然後現場就可以「列印」出來。Local Motor公司計劃在下一個十年，在全世界建設100個這樣的「微工廠」。
2、航空和醫療產業的3D列印
據IDTechEx的一份報告中指出，金屬行業的3D列印市場增速最快，其銷售額增速高達50%，材料銷售增速超過30%。在高價值、低產量行業尤其是航空航太、生物醫學，由於需要考慮如何快速製造，不同的高精度零組件，以及各種物料，目前更是充分利用3D列印技術的重點領域。
因此，無論是醫療行業還是航空航太工業，都在投資諸如鈷、鎳和鋁等合金，以便提供可生產和列印的多樣性材料。
最近，GE航空集團和法國斯奈克瑪公司，向空中巴士公司交付了首批，裝有3D列印燃油噴嘴的LEAP發動機。據悉，GE公司在阿拉巴馬州投資了5000萬美元建設新工廠，其主要任務就是使用3D列印技術，生產新一代LEAP噴氣發動機的燃料噴嘴，以及製造發動機的渦輪葉片。
該發動機所使用的燃料噴嘴，由高溫合金列印而成，而葉片則由釹碳複合材料編織而成。發動機還採用了部分輕、耐熱陶瓷基複合材料（CMC）。透過這種途徑製造的發動機，可以減少碳排放量，提高燃油效率。
「增材製造正在趨向為發電機渦輪葉片，這類的更大尺寸金屬件提供製造可能性，這一趨勢可以在IMTS 展會現場一覽無遺。」美國機械製造協會（AMT）副總裁Peter Eelman 先生說道。
在2016年美國芝加哥國際製造展（IMTS）的AMT新興技術中心，設置了增材製造展示專區，共有19家企業帶來包括金屬、塑料等多種材料零組件的增材製造解決方案。
在醫療行業中，3D列印被用於靜態應用，如骨科植入物。它們也被用來列印牙齒、骨骼、複雜的結構，甚至用於教學的人類心臟模型。該模型旨在提供CT掃描無法提供的資訊，幫助醫生準備複雜的外科手術。在教學環境中，它們也大顯身手，可以為醫生提供具體的工作和實驗，而不僅僅是抽象的概念。
3、針對教育的3D列印機器人
想相一下，遇到一個機器人，可以播放「西蒙說」、可以響應指令、甚至可以自拍的情景吧。在美國新澤西州的自由科學中心，透過一款名為SARA的機器人，任何人都可以做上述事情，甚至更多。
SARA是由3D列印而成的機器人，具有完整的人形上半身，可以進行互動的。新澤西州霍博肯的史蒂文斯理工學院的學生，開發了該機器人，它可以移動、旋轉、舉手臂，拾取物品和擺動手指。
LSC公司總裁兼首席執行官Paul Hoffman說，「我們的很多客人，都是初中生和高中生，年齡與史蒂文斯學院的學生相差不大。這尤其令我們興奮，激發著我們年輕的客戶，在社區內與史蒂文斯團隊，分享他們令人震驚的作品。」
基於法國設計師Gael Langevin，和他的InMoov開源項目工作，SARA機器人是由電腦輔助設計（CAD）設計而成的。大約由100個組件組成，包括關節、「骨頭」，和其它用聚氯乙烯（PVC）塑料列印而成的機器人機械組件。
史蒂文斯原型對象製作（PROOF）實驗室主任Kishore Pochiraju教授，與自由科學中心協調，舉辦了該項展覽，吸引了大批年輕人參觀該中心。
「我們非常高興，能夠把史蒂文斯學生的聰明才智，與我們自己的技術，結合起來實現的一個有趣的應用，展現給不同的觀眾。」Pochiraju說，「我們希望它能吸引一些年輕人來參觀科學中心，並讓他們對科學和工程教育職業感興趣。」
在新澤西自由科學中心，舉辦了一個名叫SARA的機器人展，這些機器人是由位於新澤西霍博肯的史蒂文斯理工
3D列印的製造業前景
隨著3D列印越來越具經濟性，製造業對3D列印的潛在商業收益，也越來越感興趣。2016年5月18日，西門子公司宣佈與惠普公司，結成了一項重要的合作關係。這兩家公司將共同致力於推動將3D列印，從原型應用到可用於完整生產的可行性研究。
此前一天，惠普正式推出了備受市場期待的3D列印解決方案，分別是HP Jet Fusion 3D 3200，和HP Jet Fusion 3D 4200。據悉，這兩款產品都在體素（voxel）的基礎上實現了精度、細節和熱力學方面的控制，3D列印速度提升了十倍，而每個列印對象的成本降至最低，材料的可重用性也大幅提升。
其中4200被設置為，具備更高的製造能力水準，可以滿足從原型到短期製造等，各方面的需求，甚至可以滿足同日交付的業務需要。
西門子的3D列印軟體，可以在惠普新的Jet Fusion 3D列印機上實現多種材料，和多種顏色的3D列。另外，西門子公司開發的軟體，可以最大限度的提高惠普3D列印機的成型精度，其軟體能夠進行列印控制，並將對於列印對象顏色和材料的控制，延伸到體素水平。這些優勢以及惠普3D列印機，以更快的速度和更低的列印成本，將使3D列印成為最終產品製造，和研發的一個非常好的選擇。
「3D列印正在為製造業帶來一場工業革命，企業可以利用3D列印，來實現創造性和創新型產品的開發。」西門子PLM軟體的總裁兼首席執行官Chuck Grindstaff說道。
工業增材製造技術，要想超越現有細分製造方式的狀態，變成一種大面積普及的主流製造應用，就必須具備降低其成本和複雜性，並保持其較高產品穩定性的特質。
以金屬3D列印為例，列印出來的組件不僅需要廣泛的後處理，而且在此之後還需要進行測試，以確保沒有缺陷或者錯誤，避免在使用的時候出現問題。
為了更高效的解決上述問題，金屬增材製造公司Sciaky最近開發了一種，被稱之為層間即時成像，與傳感系統（IRISS）的金屬3D列印技術。
IRISS可以對零件外形、機械性能、微觀組織，以及大型3D列印組件的金屬化學性能，提供一致的過程監控。該技術可以即時監測金屬沈積過程，及時調整過程參數，以彌補在整個列印過程中的波動，從而減少製造後的檢測時間，並能透過即時列印調整，來改進最終產品的品質。
透過IRISS技術，將使電子束增材製造（EBAM）用戶，在列印大尺寸金屬組件過程中，實現對幾何形狀、機械性能、微結構構建和金屬化學等方面穩定、可靠地控制。
「增材製造，已然成為未來製造業發展的重要趨勢之一，雖然它並不完全成熟，但是技術發展之快，如果你忽略了3D列印，那麼你可能就犯了一個大錯誤。」全球商業咨詢服務公司的創始人David Burns說。
例如，Burns引用了3D列印對航空組件的重新設計，其中3D列印將每個組件的重量，從7磅減小到2磅，並且提供更好的機械性能。每個組件節省5磅的重量，對航空公司來說，可能意味著每年節省上百萬美元的燃油成本。
在另一個示例中，3D列印能夠在用於注塑成型組件的工具中，整合共形冷卻管道。新設計減少了循環時間，減少了與變形相關的廢品率，並且能講生產率提高20％至70％。 此外，3D列印使設計團隊，能夠將18個零件組合成1個單一組件，減輕了25％的重量，更重要的是，減少了維護問題。
「將3D列印的設計理念，整合到工業應用中，需要完全不同的方法。你需要擴展你的思維，以充分利用3D列印的力量。」 Burns說， 「成本節約和生產效率的提高，將來自於你還沒有想像到的方式。」
「將3D列印的設計理念整合到工業應用中，需要完全不同的方法。你需要擴展你的思維，已充分利用3D列印的力量。」
關鍵概念
1.製造業將成為未來3D列印技術應用的重要領域之一。
2.即時監控和反應系統，將幫助用戶提高大型金屬3D列印的產品品質。
思考一下
增材製造是否正在「擾亂」傳統的製造業市場，或為你創造更多機會？
0 comments:
張貼留言