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1.4 3D打印技术的发展趋势

1.从快速原型向终端产品直接制造转变

3D打印技术最早被称为快速成型技术或快速原型制造技术,主要应用是快速原型制作和新产品开发过程中的设计验证与功能验证。随着3D打印技术的快速发展,特别是成型材料在性能上的不断突破,3D打印技术开始从快速原型制造向终端产品直接制造发展。

在众多的3D打印工艺中,以激光近净成型技术(LENS)、选择性激光熔融(SLM)、电子束熔炼技术(EBM)等为代表的金属3D打印技术成为零部件直接制造领域的研究热点。根据美国Wohlers Associates公司发布的2019年度报告,近几年,全球金属3D打印机销量一直在高速增长,图1-26所示为2005~2018年全球金属3D打印机的销量数量统计,可以看出,2017年和2018年全球金属3D打印机销量数量分别增长了79.9%和29.9%。与传统铸造、锻造等工艺相比,金属3D打印技术不仅适合制造形状复杂零件、大型薄壁件、轻量化零件等,还能够制造钛合金、镍基高温合金等特种合金零件以及个性化生物零件。在航空航天、汽车制造、核电、造船、医疗器械等许多领域具有十分广泛的应用前景。

图1-26 2005~2018年全球金属3D打印机的销售数量

2.3D打印成型材料多样化、通用化、标准化

3D打印材料是制约当前3D打印产业化的关键因素。3D打印行业面临着材料种类少、不能通用、质量没有相应标准等突出问题。未来3D打印成型材料应当克服这些问题,朝着多样化、通用化和标准化的方向发展。

首先,材料多样化。与传统材料相比,3D打印材料种类依然相对较少。发展全新的3D打印材料,例如组织工程材料、功能梯度材料、纳米材料、非均质材料以及其他传统方法难以制作的复合材料成为当前3D打印工艺技术中材料研究的热点。

其次,材料通用化、开源化。目前3D打印工艺使用的材料大部分是由各设备制造商单独提供,部分厂家甚至将设备与材料进行绑定销售。不同厂家的材料通用性很差,而且材料成型性能还不十分理想,阻碍了3D打印产业的健康发展。因此,开发性能优良的专用成型材料,并使其系列化、通用化,将能极大地促进3D打印产业的发展。

最后,材料专业化、标准化。通过规范材料相关标准,能够保障材料的优良使用性能,促进产业化推广应用。

3.3D打印设备向系列化和专业化方向发展

经过几十年的发展,3D打印设备已经逐步实现系列化。目前许多3D打印设备制造商都推出了自己的系列设备,不同型号的设备除了成型空间不同外,在打印精度、打印速度、所针对的材料以及产品模型的应用性能等方面也都有所不同。

在不断扩展3D打印设备类型的同时,有些有实力的3D打印设备制造商还按照不同行业特殊需求进行专业化的开发,例如开发面向珠宝行业、制鞋行业、医疗行业、生物工程领域等的专业3D打印设备。上海联泰3D打印公司面向制鞋行业推出了3D鞋模打印机,该款打印机能够实现鞋底模具的量产,生产效率高,打印出来的产品具有良好的精细度。美国3D Systems推出了可用于珠宝生产制造的3D打印机FabPro 1000以及配套的FabPro JewelCast GRN材料,该设备打印速度极快,同时可确保高质量部件的精度和表面粗糙度,十分适合生产珠宝熔模铸件。

4.3D打印使产品制造走向个性化、定制化

个性化制造是3D打印技术区别于传统制造技术的主要优势之一。3D打印个性化制造最有前景的领域之一就是医学与医疗工程,将会引发医学革命。这是因为医疗行业对于个性化、定制化具有显著的需求,而个性化、小批量和高精度恰好是3D打印技术的核心优势。利用3D打印技术可以制造器官、骨骼等实体模型,用来指导手术方案设计,也可以直接打印皮肤、血管和心脏等人体器官,具有十分广泛的应用前景。另外,随着人们生活水平日益提高,个性化、多样化的消费需求渐成主流,利用3D打印技术也可以满足人们在家电、汽车等其他消费领域的个性化定制产品的需求。

5.3D打印云服务平台不断涌现,开创全新商业模式

近年来,一些新兴公司以互联网为基础打造了3D打印设备共享平台,使人们能够将定制想法快速变成实际产品,例如3DHubs公司。另一个著名的公司是Shapeways,它不仅利用3D打印技术为客户定制他们自己设计的各种产品,还为客户提供了销售其创意产品的网络平台。其他著名的3D打印定制化云服务平台还包括比利时的i. materialise,新西兰的Ponoko,法国的Sculpteo,中国的天马行空网、魔猴网、意造网,美国的Cubify Cloud和Kraftwurx等。

3D打印云服务平台通过以大数据、云计算、物联网、移动互联网为代表的新一代信息技术与3D打印技术相融合,开创了一种全新的商业模式。首先,大众定制化使得消费用户活跃地参与到了产品设计中,自己设计需要的产品;其次,交易对象由现实的实物产品向虚拟的数据产品转变;最后,集中式的生产将逐步转变成为分布式制造,例如在网上购买个性化定制商品的设计文件后,人们就可以在附近的3D打印店打印出来。 b9YMVOoqd0tT+8PD+8+/k0xl+/Ig5hbVFvL9rFcAYgyOc9FjCmsxxHeM0FHloVy0

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