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正走向现实的3D打印

发布时间:2019-01-01 01:06:04 文章来源:未来智讯    
    正走向现实的3D打印作者: 张天翼   作者简介:张天翼(1982-),男,北京人,工学博士,高级工程师,从事以光电和互联网为主的电子信息制造及服务业发展的新业态、新趋势研讨。
  摘要:3D打印技能这一新观念的普及和市场的兴起,3D打印机的更新换代速度也将会随着市场的需求加快,3D打印能够使美梦成真。
  关键词:便宜;食品领域;个性化定制
  传统机床的铣、车、钻等工艺都是切削加工的工艺,算是“减材制造”,而近来兴起的3D打印技能则是通过原材料的堆叠,逐层加工变成预先设计的形状。这种“增材制造”的技能具有节约材料、低成本、快速适应和定制化的特点,俨然成为开启第三次工业革命序幕的新技能。
  一、3D打印的三大优势
  一般认为,在生产一件产品的同时,想要实现又好又快又便宜是相当困难的,常常只可达到三分之二的预期效果,然而3D打印偏偏能够使美梦成真。
  1、好。3D打印脱离了传统车床的制造工艺,技能人员不再拘泥于每种机器只可做一种加工的限制,从加工手段上打开了无限的设计空间;而在操作手法上,对熟练工的要求转变为对电脑软件的操作和对机器的校准,无需经过多年的学艺就能掌握完整的操作流程;从材料角度来看,一件产品往往不是由单一材料制成的,3D打印能够简便地实现材料组合;最重要的是联合了3D扫描技能,技能人员能够将实体世界的形状扫描成可编辑的设计文档,并借助3D打印技能获得精确的复制。这些新的变化,都降低了3D打印操作的门槛,更容易获得令人如意的产品。
  2、快。3D打印可以实现一体化成型,通过省略组装环节的方式缩短了供应链,同时削减相应的劳动力、运输成本和由此带来的能耗和污染;3D打印机虽然体积不大,但能够生产比自己大的物体,并且便于移动,能够实现就近生产,也提高了生产效率,大大缩短了制造时间。
  3、便宜。3D打印是逐层叠加的制造工艺,因此最后产品的成本与所制造物体的复杂程度和产品的多样性无关,其成本取决于最后产品的实际体积,即消耗原材料的用量。与此同时,作为增材制造的3D打印,改变了传统塑料和金属制造中边角料严重浪费的现象,几近能够被称作“净成型”的制造,在节省成本的同时达到了环保的功效。
  二、3D打印的主要代表性应用
  3D打印凭借其颠覆性的生产工艺彻底改变了产品加工制造的思绪,更将许多从前的不可能变为可能。3D打印除了能够实现传统加工技能无法完成的复杂结构以外,还能够在食品和个性化定制等领域发挥无限潜力。
  1、食品领域。在3D打印机研发的过程中,研讨人员意外地发现,蛋糕面粉是工程设计原型和打印参数调控的理想材料,这是因为蛋糕面粉价格低廉,种类繁多,可溶于水,又便于清洗,所以迅速成为3D打印实验的原料替代品。
  利用3D打印技能制造巧克力、汉堡包或者曲奇饼干,能够获得不同以往的新奇功效。一是通过3D打印能够获得精准量化的食品,适用于对饮食有特别要求的糖尿病患者或减肥人士。二是能够设计个性化的巧克力和饼干造型,甚至能够在内部设计文字,惟有被咬开以后才能被“意外”地发现。这种内部定制信息的食品,相信会拥有巨大的市场空间。三是对需要烤制的食品,能够在打印的同时进行加热处理,使其保持预期的形状,打印完毕能够直接上桌。当然, 3D打印出来的食品也有问题需要解决。最初是原材料,是否各种食材都能被预先设计为可打印材料,这是个门槛;其次是加工工艺,如今看来,3D打印如何与煎、炸、蒸、煮相联合,制作出技俩更丰富的饭菜,也还需探索;最重要的是,食品以色香味为最优先的评价目标,经过各种加工的食品,口感上难以避免与新鲜食品有所差距。
  2、个性化定制。3D打印区别于传统工艺的最大特点是可以以低成本进行个性化定制,免去了昂贵的模具费用,只要选择合适的材料就能够一次成型,无需繁琐的加工过程。
  3D打印的人物像已经在市场上可见,有些医院能够为准妈妈送上一个腹中胎儿的3D头像作为纪念。医疗用的牙齿矫正器、假肢相信也将于未几之后得到推广使用。目前正在抓紧研讨的是3D打印人体的软骨组织和器官组织,这些组织不但需要特定外形,还要能胜任一定的“生理任务”。研讨人员使用活体细胞打印成所需的形状以后,还需要提供环境使其生长成熟,再经过一系列“打磨”和“压力实验”使其在植入人体以后能发挥功效。
  个性化定制的出生便是小众市场,对服装鞋帽之类产品,为特定人群量身定做才是正道。比如跑鞋的生产,能够先通过3D扫描技能获得运动员双脚外形的信息,通过人体工程学和跑鞋加工工艺的数据分析,可以得到该运动员专属的跑鞋数据,并通过3D打印生产而得,这应该便是传说中的完美产品了。
  三、3D打印的发展瓶颈与机遇
  目前在国内已经有许多研讨机构在开展3D打印的研讨和应用,也有来自国外的3D打印店落户大街弄堂挖掘市场的第一桶金。但辉煌之下,还要看到潜在的风险和未来的机会。
  一是材料工艺、技能标准不统一。如今的3D打印还处在百家争鸣的阶段,各厂商材料和工艺的匹配、设计文档和软硬件设备的匹配都存在缺陷,需要国家或行业联盟进行整合,规范和统一技能标准;二是3D打印这种分布式生产的模式,将带来更多关于商标知识产权的问题;三是由于目前技能尚不成熟,因此3D打印产品的质量平安,甚至是产品本身所带来的公共平安都可能给人们生产生活带来隐患。
  有挑战才有机遇,对于企业而言,能够重点关注以下环节。一是投资与3D打印配套的材料和凝固工艺研发,探索具有一定普适性的材料和工艺。能够关注国内参与3D研发的高校和科研机构,也可与从事涂料、材料等专业进行跨领域合作,甚至国外将大理石粉末用作3D打印材料的案例。二是探索在“模具替代”领域的应用,如汽车零配件设计和其他五金橡胶产品的设计领域,对于这类应用应尝试创新模式,如与地方政府共同搭建3D打印创新设计服务平台,争取政府资金共同服务于当地企业。三是全面把握3D打印行业发展趋势,积累相关的知识产权信息,能够为相关企业提供行业咨询和知识产权法律服务(如专利代办等)。在3D打印全家当链中,处于最末环节的面向消费者的体验店,虽然有获利机会,但毕竟前期加入大,竞争越发激烈,风险较大,若没有充分积累和把握,应谨慎介入。
  现阶段,由于3D打印技能尚处于开发和试探阶段,从市场上获取的数据来看,3D打印设备的生产仍然以基本的功能为主要侧重点。即使是不同的品牌和型号,3D打印机的尺寸,使用材料和价格并不存在很大的差距和个性化。
  对于想要致力于3D打印行业的企业来说,打印机这一固定资产的加入成本会对照大。但是现阶段随着3D打印技能这一新观念的普及和市场的兴起,3D打印机的更新换代速度也将会随着市场的需求加快,因此,企业不宜在创立阶段加入过多的资本购置打印机,更符合选取租赁的方式取得3D打印机的使用权,这样能够避免技能和产品更新所带来的风险和丧失,提高企业的盈利和效益。
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