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沈阳智造产业 3D打印技术带来设计“革命”_4

2019-09-11 15:18栏目:观点
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  5月25日,记者在沈阳工业大学机械工程学院见到了传说中的3D打印设备。

  设备高将近2米,宽约1.5米,远看就像一台普通机床,白蓝两色的外壳,有液晶显示屏,开关按钮,调试按钮等。但打开这台机器,它的与众不同马上就显现出来了。它的内部有一个手臂一样的工作头,封闭的空间里固定着一个工作台,工作的时候工作头里会输出耗材,并在工作台上一层一层做出产品。遗憾的是记者去采访的当天3D设备没有开启,记者没能看到它工作的过程。

  叫3D与生产原理无关

  沈阳工业大学创新设计中心原型验证部部长徐有仓告诉记者,3D打印技术又叫快速成型技术,其实是增材制造的俗称,其核心是数字化、智能制造与材料科学的结合。它之所以叫3D打印,与制造方法无关。1982年,在紫外线设备生产企业任职的美国人胡尔,将一种液态光敏树脂倒入大容器中,在容器里放置一个升降平台,容器上方的紫外激光器根据计算机指令照射液面,所到之处,材料会发生光聚合反应,迅速从液态转变为固态,当一层打印完成后,未被照射的地方仍保持液态,此时在液面以下0.05毫米到0.15毫米的升降平台会下降一层,激光器开始打印第二层。这个过程不断重复,直到整个物件制造完毕。这项立体光刻(SLA)技术就是最早的3D打印。后来他成立了3DSystems公司,这项技术就被称为了3D技术。

3D打印技术

  与传统上对原材料进行削切的减材制造相反,3D打印好比用砖头砌墙,通过液体光固、金属激光焊接、粉末黏合的方式将材料逐层增加,最后增加成一个三维物件。

  3D技术带来设计革命

  在工业大学的3D打印机旁放着小型螺旋桨、小球、沙盘模型等,这些都是3D打印机用类似石膏粉末一样的材料生产出的实物,一千克的成本约1500元。

  一个产品问世经历了设计师思想模具批量生产过程。其中,模具介于设计师思想与产品成为现实之间,是一个中介。然而,做成模具的费用是一笔不小数字。行业认为,因产品不同模具成本也相差巨大,有的一个模具成本达数千万元,甚至上亿元。因此,设计上失败,就意味着巨额损失,这就为设计师设置了沉重的思想枷锁。3D打印技术用低成本做出原图验证,把设计成本降到了最低,让设计者的设计思想获得解放,无疑带来了设计上的革命。

  之前我们为沈阳一家科学仪器公司设计了一款色普分析仪,一年半的时间我们花费了将近4万元,在对方的要求下做出来一个设计的模型,但客户对模型不满意模型和设计图不一样。使用3D打印机后,没有几天时间,模型设计出来子。客户看到后,眼睛都亮了,马上付了设计款,我们花费全部成本还不到400元。徐有仓说,3D打印技术在工业革命中其实是给人一种革命式的思维,没有成本压力下的设计,让人的设计思想更自由,更容易实现创新。

  11年前开始研发3D技术

  沈阳新松机器人自动化股份公司高端装备与3D打印技术事业部总经理刘长勇告诉记者,公司从2002年就开始自主研发快速成型技术,2007年掌握了激光熔覆关键技术,将业务范围成功开拓到激光再制造领域。当年我们的产品就被高端汽车制造商用于汽车模具的修复。汽车模具用久了会有损坏,再开模具做一套要花费几千万元,甚至上亿元,但使用我们的3D打印机,能直接用金属粉通过高功率激光器进行修复,费用还不到传统生产的十分之一。

  2012年下半年,公司又成功研制出激光快速成型系统,能生产出航空航天领域的多个主承力构件、发动机叶片等。

  目前,新松公司已拥有一般激光3D成型技术,产品可用于新产品外观验证、设计验证、功能验证、新产品样件、工程分析等,以及国际领先的激光快速直接成型制造技术,可直接或间接制造出有完全使用功能的金属部件等。另外金属颗粒更细小的金属丝快速成型技术也在研发过程中。去年,公司与3D技术相关产品的合同累计金额已超过5000万元。

  刘长勇说,3D打印技术在沈阳,甚至在中国还属于新兴产业,但在美国,上世纪80年代末,它就已经应用在了设计验证上。不需要模具,可以直接进行样品原型制造,除了缩短了从图纸到实物的时间、节省花费,样品原型验证更方便了对设计改进和创新,可以说它为美国设计领域的飞速发展提供了有力支撑。

  他还表示,快速制造领域国际权威报告《沃勒斯报告2012》显示,截至2011年,全球累计销售4.9万台工业级3D打印机,其中近四分之三由美国制造,中国生产的设备只占3.6%。这说明中国的3D打印技术还要走很长、很艰苦的路。

  是对传统产业的补充

  3D打印技术开始热起来,源于2012年奥巴马美国总统竞选纲领。他提出了美国要未来发展两大技术,一个是机器人制造技术,另一个就是3D打印技术。此后,3D打印技术开始在中国热起来。

  沈阳新松机器人自动化股份公司总裁曲道奎表示,目前,整个世界范围3D打印技术还处于成长阶段。设备结构、控制系统及3D打印技术软件、工艺及材料等诸多课题都有待突破,其产业化和市场化还需要一段时间。除了这些3D打印技术还存在着成本高效率低等不足,所以它只适应于价格不敏感、量小、工艺结构复杂的特殊行业。就现代化大批量生产制造而言,传统制造模式还远优于这种技术。严格来讲,3D打印制造的只是飞机和汽车的外壳及零部件,至于飞机和汽车中的精密仪器,如集成电路,用目前的3D打印技术显然是难以实现的。

  当然,作为一种新的技术,3D打印有很多优点,在某些领域,能更快捷制造,产品质量、精度、强度等方面都会强于传统制造,如航空航天领域,使用3D技术生产的飞机或飞船零部件,就有精度高、质量轻的优势。更可贵的是,3D打印技术是一种高新技术,需要软件、智能控制、传感技术及新材料等新兴产业来支持,它对新兴产业来说,是一个有力的推动者。

  对于中国企业而言,3D打印技术无疑是一个赶超的机会。中国人很聪明,与传统工业相比,我们在新材料和信息技术等方面有一定优势,我们应抓住机会抢占新技术制高点,争取在某些领域走在世界前列。曲道奎在肯定这种技术的同时,还表示,3D打印技术不是对传统产业的颠覆而是一种补充或丰富,它不能治百病,只能闪亮于某些领域。未来,至少在10年或更长时间内,传统制造技术与3D打印技术将并存发展。