3D打印(3Dprinting)也称为“增材制造(AdditiveManufacturing)”,它是新兴的一种快速成型技术。与传统的减材制造工艺不同,3D打印是以数据设计文件为基础,将材料逐层沉积或黏合以构造成三维物体的技术。现代意义上的3D打印技术于20世纪80年代中期诞生于美国。CharlesHull(3DSystems公司的创始人)和ScottCrump(Stratasys公司的创始人)是3D打印技术的先驱人物。以3DSystems和DTM公司为代表的一批美国中小科技公司在20世纪80年代末-90年代初相继研发出立体光固成型(SLA)、选择性激光烧结(SLS)和熔丝沉积造型(FDM)等主流技术路线,经过20多年的沉淀和不断完善已经日臻成熟。3D打印与传统制造业的最大区别在于产品成型的过程上。在传统的制造业,整个制造流程一般需要经过开模具、铸造或锻造、切割、部件组装等过程成型。3D打印则免去了复杂的过程,无需模具,一次成型。因此,3D打印可以克服一些传统制造上无法达成的设计,制作出更复杂的结构。

1611712865-a7928070c15ada5.jpg-插件-浅谈:3D 打印的瓶颈是什么?

观点一:

1,生产模式的效率问题

单体的一体化成型的效率,肯定是比不上“行业内分级零件加工+组装”的效率的,因为后者是在调动整个制造业体系的产能,半成品加工和分级加工可以把工序效率做到几乎最高,相当于整个业界就形成了一个流水线。而单体的一体化成型,工作流程是完全固定的,无法形成此类产业效应,且目前的3D打印机体无法承受长时间,高强度的负荷。且单体机做生产,维护费用和难度是远远高出传统工艺把产业链平摊开的做法。

2,材料问题

首先是材料应用导致的工艺问题

因为需要预先制成专用的金属粉末,打印出的金属制品致密度低,最高能达到铸造件致密度的98%,某些情况下低于锻造件的力学性能,当然在某些构件,比如大型钛合金构件上(比如比较热的航空行业),是完全能够满足力学性能的,但总体状况,值得商榷;某些打印制品表面质量差,精度2-10μm,需要打磨抛光机加工等后处理;3D打印具有复杂曲面的零部件时,支撑材料难以去除。

其次,材料的适用范围的问题

目前,工业领域能用的就适用的金属材料只有10余种,铝硅合金、钛合金、镍合金和不锈钢比较成熟。新一点的东西的话,有3DXNano ESD碳纳米管灯丝,3DXNano是基于CNT(碳纳米管)的技术,可用于打印一些关键零件如在汽车,电子/电气,工业,以及需要静电放电(ESD)保护和清洁高水平市场。该材料是由100%的纯ABS(丙烯腈丁二烯苯乙烯)树脂和多壁碳纳米管的制造。应用性如何,还不知。

而生物材料领域,比如,RegenHu开发的INK仅支持明胶、胶原与合成高分子混合物等几种材料;成品状况的话,打印出的结构生物相容性较差,孔隙率小且孔洞分布不均匀,细胞附着生长繁殖率低。也就是,只能用作模仿,还不能实现特定功能性。

家用领域也没好哪儿去,主流的有石膏、光敏树脂、ABS塑料等,Object公司号称可以14种基本材料的基础上混搭出107种材料 ,拭目以待吧。

3,成本问题

当然这个成本主要是刚才提到的如果长期,高负荷运转的单体机的维护成本,导致规模化生产的成本过高。

还有就是材料——零件类型的深度定制化的模式,实际上不是一个成本低,而且市场广阔的生产模式。

观点二:

1. Return on investment(ROI)

3D打印的投资大,而投资回报率低,这对企业来说是首当其冲的大问题。核心设备贵,即3D打印机的投资大,耗材贵,即3D打印的塑料颗粒和金属粉末成本高昂。相对于普通铝材约30人民币一公斤的价格,3D打印用的铝粉价格高达135欧元(约1000人民币)一公斤,价格上,3D打印要说爱你不容易。

2.精度

这是一个老生常谈的问题。3D打印现在的精度并不适合制造大部分的高端工业品。不能独立制造高端工业品,直接导致3D打印的工业附加值较低。

3.材料的种类和性能

尽管现在已有几百种材料能够被3D打印,但是高温塑料和一部分常用金属依旧不能被打印。尤其金属由于热处理的问题,很容易出现打印后变性的问题,现场EOS的代表提出的比如invar,就不能被打印,而这个材料在航空发动机中却是相当重要的材料。

4.机械设计的限制

因为3D打印给机械设计带来的无限可能,很多工业品都应当被重新设计优化,但是这个就涉及到上游设计领域的大变革。传统CAD软件需要被颠覆,传统结构设计,应当向topology优化方向发展,但是这些都是还没有成形的体系的。此外,3D打印并非想怎么做就能怎么做的,EOS的代表就指出,有一些设计就是不可能被打印出来的。比如当选用SLS技术时,完全空心的塑料球。

此外,一位模具制造商还提问能否实现金属和塑料的混合制造,这个也依旧是一个挑战。

5.打印件后处理

在现有的打印技术下,成品打印件的表面,塑料件只能说尚可,却不能说光滑,金属件则完全坑坑洼洼,可能还不如铸件光滑,所以必要的打磨和清理都是难逃得。但当打磨变成一种必要的时候,就难逃人力成本和时间成本,3D打印也就不那么智能和方便了。

6.缺少相对的人力资源

对于企业来说,不能直接招募成熟的人才资源,这也是新技术应用的一个问题。

7.效率和大型产品

虽然大型的3D打印机已经问世,但是打印大型产品的时间依旧是个大问题。

8.本地产业链不完整

说白了就是缺少服务商。

9.市场认可

这是一个综合了前面所有问题的大问题,因为前面的各种问题,3D打印的市场认可度不高,没有市场的需要,就没有销路,没有销路的东西,企业也就不会投资下去。

10.质量监管

3D打印产品的质量监管可能不同于传统产品,而我们对这一领域的了解不足,也没有现成的体系和标准可以实施。而这个对于航空业尤其重要

EOS的代表形容3D打印好比一辆法拉利,法拉利贵(问题1),为了跑得快,你还得有合适的油(问题3),加了97号的油,还得有个好司机(问题6),保养也要做到位(问题8),有了这些,你还得有条高速公路(问题4,9)否则跑在颠簸的小路上,也是跑不出来速度的。

这乍一看,3D打印的各个环节都有很大的问题。

观点三:

1. 材料:增材制造工艺的材料都是特制的,有什么材料就能做什么样的成品。比如目前金属制品都以钛合金最为成熟,要做其他合金就需要科研机构进行进一步开发,比如目前较为热门的铜合金。生物材料也就几家,比如RegenHu的Bio Ink,而且还很不成熟。当然在医用方面,3D打印的材料不仅仅局限于生物材料。在医院利用X光或超声波扫描,然后第一时间利用3D打印机制造出患者内部的血管、器官模型,给手术医生在术前练刀的案例已经多次发生在了诸多医院。因此,3D打印更多地成为了快速制造高精度模型的一种途径,并且该功能无法被传统工艺取代。

举一个实例吧,在2001年,一对连体婴儿出生于Guatemala,根据X光扫描结果,两个婴儿的大脑是独立的但是婴儿的颅骨以及供血系统却是一体的。因此手术中没有脑组织会受到影响但是所有的大脑中的血管和脑部结构需要依靠手术来将连体婴儿分开。根据以往经验,该手术的成功率极低因为一旦主刀医生出现一丝操作失误就可能导致婴儿失血过多或其他等原因死亡。因此到时医院立即做了CT扫描后,利用3D打印机将两个女孩的颅内结构打印出来,其精度到达了每一个主血管都被打印了出来。随后主刀医生利用大量的打印模型进行练手,最后手术进行了22个小时;根据后来总结,倘若医生在手术前没有借助3D打印的模型进行练手以及规划手术,手术可能会长达97个小时,由此可见3D打印在医学中尤其是手术术前准备的重要性以及无可替代性。

2. 工艺精湛度:目前全球所有增材制造的研发公司的目标都很明确:更快!更准!更大!更可靠!(在大公司眼中,价格不是首要考虑因素,因为他们有专利,并且客户大都是只要质量够,会不惜成本的国企、军工单位)同时,工艺速度不够快,精度不够高都是制约3D打印在很多领域方面的应用。金属打印的发展时间还很短,目前几大金属3D打印商比如3D systems, SLM Solutions, EOS等等近期也在金属打印方面有了很多突破。比如Voxeljet V4000也已经可以制造4 x 2 x 1米的部件(诸如split core and finished impeller)。28年前,人们还不能利用增材制造(3D打印技术)来制造金属部件,如今,我们已经可以制造出若干立方米体积的金属部件,再给20-30年的世界,体积和精度还将会不断改进。

3. 成本高:目前3D打印的工业应用依旧处于科研阶段,需要巨大的人力物力投入。实际上财力还好,关键还是缺人。

4. 国内舆论氛围不良好:部分媒体报道捕风捉影,典型的一例便是上海3D打印建筑,过分夸张以及完全不符合事实的报道令公众对3D打印产生了不正确甚至负面的感觉,噱头感就是这样被刷出来的。

观点四:

1. 意料之外的工序:3d打印前所需的准备工序,打印后的处理工序

很多人可能以为3d打印就是电脑上设计一个模型,不管多复杂的内面,结构,摁一下按钮,3d打印机就能打印一个成品。这个印象其实不正确。真正设计一个模型,特别是一个复杂的模型,需要大量的工程,结构方面的知识,需要精细的技巧,并根据具体情况进行调整。用塑料熔融打印来举例,如果在一个复杂部件内部没有设计合理的支撑,打印的结果很可能是会变形的。

后期的工序也通常避免不了。媒体将3d打印描述成打印完毕就能直接使用的神器。可事实上制作完成后还需要一些后续工艺:或打磨,或烧结,或组装,或切割,这些过程通常需要大量的手工工作。

2. 3d打印速度缓慢并因此抬高了打印成本

3d打印是一层层来制作物品,如果想把物品制作的更精细,则需要每层厚度减小;如果想提高打印速度,则需要增加层厚,而这势必影响产品的精度质量。这项矛盾让3d打印跟传统的制造业比,没有成本上的优势,尤其是考虑到时间成本之后。

3. 整个行业没有标准

现在3d打印机生产商是百花齐放,如战国时代。 同一个3d模型给不同的打印机打印,所得到的结果多半是大不相同的。

4. 打印原料的不一致

3d打印机厂商都想让消费者买自己提供的打印原料,这样他们能获取稳定的收入。这样做虽然可以理解,毕竟普通打印机也走这一模式,但3d打印机生产商所用的原料一致性太差,从形式到内容千差万别,这样很难形成产业链。现在基本上是一家打印机公司对应一家生产商,非常不利于降低成本和抵抗风险。

5. 缺乏杀手锏产品或设计

都说3d打印能给人们巨大的生产自由度,能生产前所未有的东西。可直到目前,这种“杀手”级别的产品还很少,或者说几乎没有。做些小规模的饰品,艺术品是可以的,做逆向工程也可以的,但要谈到大规模工业生产,3d打印还不能取代传统的生产方式。如果3d打印能生产别的工艺所不能生产的产品,而这种产品又能极大提高某些性能,或能极大改善生活的品质,这样或许能更快的促进3d打印机的普及。可目前3d打印机这方面并不尽如人意。

观点五:

1、3D打印有道德风险 

3D打印按照未来发展趋势,应该是有图纸,有材料,通过编译就可以直接打印3D物品。这就有了道德风险产生的可能性。那假如有恐怖分子使用别国的图纸打印枪支呢?假如有图纸泄露落入那种反人类的人类手中呢?或者说黑社会有木有可能性掌握图纸,从而打印枪支呢?有这种可能性,那就有这种风险。

2、3D打印具有经济风险 

传统的材料成型和3D打印是相辅相成的关系这没有错。可是如果大规模的3D打印机生产出来,并且普通人可以随便使用,就有了经济风险。这包括但不限于:产能过剩,投能过剩,生产产品过剩。这些都是有可能给社会经济带来压力的。举个稍微简单点的例子,你可以打印自己设计好的有趣的用品,那你有没有可能会去打印一些日常用品呢?这些日常用品会不会对工厂的产品产生影响呢?

3、3D打印可能会有知识产权的风险 

这一点很好理解,就是如果图纸泄露,或者是被人使用,不扩散的情况下,很难追究。我举个例子,就是你设计了一套比较好看的瓷器,然后用3D打印弄出来了。你的图纸如果泄露,很有可能别的人会打印你的设计品,自己使用。这个你很难追查。或者说有人根据你的设计,进行反向设计,也可以自己3D打印,这样的话,你也很难追查到,除非别人大规模生产。

文章来源:互联网采集

发表评论

后才能评论