3D打印一场颠覆性的制造业变革.docVIP

3D打印:一场颠覆性的制造业变革 3D打印是万能的吗?3D打印是多快好省、还是少慢粗贵?3D打印是“馅饼”还是“陷阱”?3D打印是炒得过热、还是认识不足?　　人类制造技术的发展已有几千年历史了,三星堆文化遗址中的青铜器、秦陵兵马俑中的铜车马都展现了高超的铸造技术。铸、锻、焊技术没有改变材料的质量,被称为“等材制造”。而车、铣、磨技术则使材料在制造中减少,因此被称为“减材制造”。近三十年来,一种新的增材制造技术取得了飞速发展,也就是我们俗称的“3D打印”。或许有一天,3D打印技术能打印出种子和细胞　　2012年3月,为振兴美国的制造业,美国总统奥巴马向美国国会提出“制造创新国家网络”(NNMI),其目的在于夺回制造业霸主地位,宣称要用一半的时间和费用完成产品开发,实现“在美国设计、在美国制造”,使更多的美国人返回工作岗位。增材制造项目作为NNMI第一个项目,获得启动资金7500万美元。显然,美国政府已经将增材制造技术作为国家制造业发展的首要战略任务给予支持。　　增材制造何以具有如此大的魅力和如此重要的战略地位?这还要从它的概念说起。增材制造技术是信息化和工业化融合的典型代表,通过CAD设计数据,采用材料逐层累加的方法制造实体零件。在材料累加时把哪种材料放到哪个点上都是由计算机来控制的,正因为每个点都能控制到,所以可以利用三维设计数据在一台设备上快速而精确地制造出任意复杂形状的零件,从而实现“自由制造”。这种技术不需要传统的刀具、夹具及多道加工工序,大大减少了加工工序,缩短了加工周期。而且越是复杂结构的产品,其制造的速度作用越显著。回想以往,制造零件先得考虑有没有模具,没有模具零件就做不出来；或者刀具能否进行加工,因为如果零件内部要求很高的精度,刀具完成不了,那么零件也难以制造。　　增材制造的特点是单件或小批量的快速制造,这一技术特点决定了增材制造在产品创新中具有显著的作用,美国《时代》周刊就将增材制造列为“美国十大增长最快的工业”。美国专门从事增材制造技术咨询服务的沃勒斯(Wohlers)协会的分析数据显示,2012年增材制造设备与服务全球直接产值22.04亿美元,增长率为28.6%,其中,服务业产值的增长率为36.6%,高于设备材料20.3%的增长率。在增材制造应用方面,消费商品和电子领域仍占主导地位,约占20.3%；航空航天领域近年来逐渐增加至12.1%,医学和牙科领域从13.6%增加到15.9%。我们知道,骨头断了要修补,牙齿需要矫正、补牙,增材制造什么形状都能做,不需要模具,最合适个性化的医疗产品,因此在医学上有很大用处,这也是制造业增值的一个很大的亮点。　　目前美国在设备的拥有量上占全球的38%,中国继日本和德国之后,以约9%的数量占第四位。在设备产量方面,美国3D打印设备产量最高,占世界的72.9%,欧洲以10.2%、以色列以9.3%位居第二和第三,中国设备产量占3.6%。一方面中国在这方面的差距不是很大,另一方面与我们的制造业大国的地位还不是很相配。增材制造首先是产品开发的技术,这一技术用得多少也说明了一个国家在创新或者在经济上的活力。我们国家应用该技术最多、最早的地区是珠三角地区、长三角地区,也正是因为这些地方制造业相对发达、对创新也比较敏感。　　曾经有一个增材制造方面的教授去小学给孩子们讲3D打印,有个孩子就很兴奋地提问到:“3D打印能不能打印出种子来?”老教授深为小孩子的“奇思妙想”所折服。那么,增材制造技术是不是什么都可以制造呢?事实上,包括塑料、木材、玻璃、水泥建筑、金属、陶瓷、彩色石膏等材料都可以打印,目前人体器官再造的前沿研究也正在进行中。一位生物学领域的老院士也非常看好增材制造技术的前景,他曾经激动地说:“以后说不定我们还能打印细胞,用打印细胞的办法来尝试改善人类的基因。”老院士和小孩子的思维竟有异曲同工之妙!我们足可期待,增材制造技术是万能的。然而值得注意的是,增材制造技术相比其他制造技术而言尚处于萌芽期、成长期(这从增材制造技术的全球产值或可见一二),没有科研创新,没有艰苦长期的探索,则万万不能。总之,万能还是万不能,事在人为。从创新的角度看,3D打印技术是多、快、好、省的　　有数据显示,“龙”飞船2号的推进器功率是“龙”飞船1号的200倍!这个200倍很不容易,上天的飞船要实现推力大200倍,发动机不可能随之增大200倍,这个重量不得了!而这主要得益于增材制造技术制造的发动机耐高温零件。美国宇航局(NASA)去年八月份发布消息称,使用3D打印技术可以打印出一个可以耐温到3300摄氏度的零件,这使得不增加重量的前提下增大发动机的推力成为可能。　　为什么制造3300摄氏度耐高温的零件必须用增材制造技术?事实上,传统的制造金属零件的方法均无法满足如此的高温,铸造到3300摄氏度连