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1.7 3D打印的主要行业应用

速度快、高易用性等优势使得3D打印成为一种潮流,如今3D打印机已经在教育行业、建筑设计、医疗辅助、工业模型、复杂结构、零配件和动漫模型等领域都已经有了一定程度的应用,且引领了多项具有颠覆性的技术变革。

1.7.1 3D打印在教育行业的应用

通过3D打印技术可以将计算机里的虚拟物品转化成现实中的真实物品,并把它交给学生,学生可以在现实中更直观地观察和研究。我国的很多学校已经逐渐开设集设计和3D打印于一体的“边学边做”课程,把数学、物理课中的许多抽象概念通过让学生动手设计一些由3D打印组件组成的装置,变成有趣的创客课程,如图1-38所示。

图1-38 3D打印与创客课程

1.7.2 3D打印在艺术领域和个性化设计的应用

3D打印技术在服装、首饰、艺术灵感和影视道具等艺术行业中,不仅可以减少时间成本,还能突破设计人员的思想“天花板”,有助于提高设计人员的创新能力。

在个性化设计领域,3D打印技术已不仅限于发烧友用户使用,人人都能将自己天马行空的设想利用3D打印技术打印出实体3D模型。

未来孩子们可以自己从网上下载3D模型文件,然后在自己的家里用3D打印机打印自己的玩具。目前,消费品和玩具行业占据3D打印市场的很大份额,到2020年预计达20%。

1.7.3 3D打印在医疗行业的应用

医药行业是目前3D打印技术扩张最为迅猛的行业,预计到2020年将占整个3D打印市场份额的25%。

3D打印在生物医疗方面的应用涉及纳米医学、制药乃至器官制造。主要有以下几点:

1)说明病情和手术参照预演,手术干预。

2)器官移植。

3)修复性医学。

4)辅助治疗中使用的医疗装置,如齿形矫正器和助听器等,手术和其他治疗过程中使用的辅助装置。

1.7.4 3D打印在建筑行业的应用

3D打印技术在建筑行业中,可以用来制作一些建筑的模型,只要提供建筑的设计图,工程师根据设计图生成可以3D打印的文件,不仅能够省去徒手制作建筑模型的时间,还能利用3D打印技术捕捉建筑的细节完美呈现。图1-39所示为3D打印地形沙盘。

图1-39 3D打印地形沙盘

也可以利用3D打印技术直接打印建筑构件,甚至整体房屋。

1.7.5 3D打印在考古科研行业的应用

3D打印机可以用在文物保护工作上。现在利用3D打印机可以完美地复制出文物的模型,从而保护原始作品不受环境或意外事件的伤害,同时复制品也能将文物的影响传播得更广。如我国的天龙山石窟是佛教造像的经典之一,图1-40所示的佛像是天龙山石窟第18窟西壁的完整复原,颈饰项圈、手镯、下垂的左腿,以及莲座的细节都清晰可见。

图1-40 3D打印佛像复原

1.7.6 3D打印在制造行业的应用

在制造行业,3D打印技术暂时还不能取代传统的铸造、注塑成型等技术,但在打印产品原型等其他方面,3D打印技术应用已经日趋成熟,未来将在制造关键零部件和制成品方面发挥越来越重要的作用,如汽车制造企业利用3D打印技术打印汽车零部件,或是以温州地区为代表的小商品制造基地的传统制造企业,也在通过3D打印技术改变着传统的生产流程。

1.军用器械

由于军用器械较为复杂,这类器械的许多零部件都是定制的,而且需要常备替换件。未来有望使用3D打印技术生产替换零部件。未来3D打印技术在军用行业的应用将迎来高速增长,到2020年有望占据整个3D打印市场份额的5%。

2.汽车行业

3D打印技术未来可以用于生产汽车零部件甚至直接打印整部汽车,尤其适用于高端定制汽车的生产。人们也可以定制适合自己头围和形状的专属摩托车或自行车头盔。到2020年,汽车行业预计占整个3D打印市场份额的10%。

3.电子设备

3D打印是生产微型电路板的理想技术,该技术既适用于低导电率的塑料,也适用于高导电率的金属材料。另外,3D打印技术更是为耳机等消费性电子产品和部件的设计和制造过程带来了深刻的变革。电子设备行业是较早尝试3D打印技术的领域之一,到2020年预计占整个3D打印市场份额的20%。

4.3D打印卓越中心

在过去的几年里,空中客车、巴斯夫和通用电气等一大批大型企业已经建立了工业规模的3D打印内部创业模式(3D打印卓越中心)。这些公司能够加速将3D打印集成到他们自己的制造流程中,把一些工程师集中在3D打印创新上,代替传统的制造方法来制造难以实现或成本太高的部件,预测到2021年,40%的制造企业将建立3D打印卓越中心。

5.航空航天领域

3D打印开启了航空航天制造领域的全新潜力,预测到2021年,75%的新型商用和军用飞机将搭载3D打印引擎、机身和其他部件。

6.消费品制造

快速产品原型是消费品公司目前使用3D打印技术的方向。预测到2021年,世界前100家消费品公司中有20%将使用3D打印来制造定制化的产品。联合利华等公司已经在通过3D打印技术来大幅缩短设计和生产时间,节省成本。

3D打印也对消费品公司的供应链产生重大影响。定制化生产可能减少库存,面向本地消费、本地生产,这种转变将使消费品公司重新思考商业模式。

1.7.7 3D打印在食品行业的应用

3D打印技术将被广泛用于食品的加工过程。3D食品打印机与基于FDM技术的打印机类似,通过喷嘴挤出食物原料凝固成型。大多数食品材料都呈糨糊状,包括面糊、巧克力浆和糖浆等。任何以液体或粉末状形式存在的物体,任何能够通过喷嘴喷出或注射器压出的物质都可以被打印。图1-41所示为3D打印豆沙的模型。

图1-41 3D打印豆沙的模型

食品3D打印机能够做出传统工艺难以达到的造型效果,如镂空和不规则形状。厨师还可借助食品3D打印机发挥创造力,研制个性菜品,满足挑剔食客的口味需求。

通过3D打印使食物质地松软,容易咀嚼吞咽,高效吸收。通过3D打印数字化制造,能够实现精确营养配比,均衡日常膳食。据估计,到2020年,食品行业将占整个3D打印市场份额的5%。

1.7.8 3D打印在陶瓷行业的应用

陶瓷3D打印可以制备结构复杂、高精度的零件。多功能陶瓷在建筑、工业、医学和航天航空等领域将会得到广泛的应用,在陶瓷型芯、骨科替代物和催化器等方向具有很好的应用前景。国外出现了3DCeram、Lithoz等专注陶瓷3D打印的公司。目前我国陶瓷3D打印技术正在发展,清华大学、西安交通大学等科研单位走在前列。 Fj2mkLjwzgCoSMvYfklY4mBldLQd1M3tW04RehFAtEeSUJoEbm9n2UXVkiYpIeNP

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