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3D打印技术发展现状分析

发布时间:2018-06-06 01:07:00 文章来源:未来智库    
    关键词: 3D打印技术,智能制造,快速制造,柔性化
    1 3D打印技术的概念
    3D 打印( 3D printing)技术,又称“增材制造”( additive manufacturing) 技术。3D 打印是一种与传统的材料加工方法截然相反,基于三维CAD 模型数据,通过增加材料逐层制造的方式。其采用直接制造与相应数学模型完全一致的三维物理实体模型的制造方法。3D 打印技术内容涵盖了产品生命周期前端的“快速原型”( rapid prototyping) 和全生产周期的“快速制造”( rapid manufacturing) 相关的所有打印工艺、技术、设备类别和应用。3D 打印涉及的技术包括CAD建模、激光、测量、接口软件、材料、数控、精密机械等多种学科的集成。
    3D 打印具有如下特点和优势。
    ①数字制造: 借助CAD 等软件将产品结构数字化,驱动机器设备加工制造成器件。
    ②降维制造: 即把三维结构的物体先分解成二维层状结构,逐层累加形成三维物品,制造过程更柔性化。
    ③直接制造: 任何难成型的部件均可通过“打印”方式一次性直接制造出来,不需要模具或组装拼接等复杂过程来实现。
    ④快速制造: 3D 打印制造工艺流程短、全自动、可实现现场制造。
    2 目前存在的主要问题
    3D 打印技术已经取得了显著的进展,但仍存在以下几方面问题。
    ①耗材是目前制约3D 打印技术广泛应用的关键因素,目前可打印的材料还比较少。
    ②3D 打印机本身。由于3D 打印工艺发展还不完善,快速成型零件的精度和表面质量大多不能满足工程直接使用要求,只能做原型使用。
    ③3D 打印的价格。目前,3D 打印不具备规模经济的优势,价格方面的优势尚不明显。
    ④知识产权的保护。3D 打印技术的意义不仅在于改变资本和工作的分配模式,而且也在于它能改变知识产权的规则。
    ⑤3D 打印机的操作技能。3D 打印技术需要依靠数字模型来进行生产,但是对普通用户来说学会使用计算机辅助设计工具( CAD) 还是有一定难度。
    ⑥政策方面。3D 技术的研发需要大量的政府投入或产业界的资金支撑。
    3 应用领域与影响
    3.1 全球商业化状况
    根据美国技术咨询服务协会Wohlers Associates 发布的2012年度报告,全球3D 打印行业在2011年销售额为17.14亿美元,当前该技术的市场渗透度为8%,因此,报告保守估计3D打印市场机会为214亿美元。乐观者则认为当前市场渗透度仅为1%,从而3D 打印市场机会为1700亿美元。目前,3D打印技术市场的年增长率为29.4%。据预测,该行业的市场规模到2015年将达37亿美元,到2019年将增长到65亿美元。
    3D打印技术在中国的起步并不算晚,中国目前对3D打印技术的重视程度己上升至战略性高度,政府出台了一系列相关的发展计划,以支持3D打印技术在各行业尤其是高、精、尖领域的核心关键技术的研发和推广。
    3.2 应用领域
    3D 打印机的应用对象可以是任何行业,只要这些行业需要模型和原型。目前,3D 打印技术已在工业设计、文化艺术、机械制造、航空航天、军事、建筑、家电、轻工、医学、雕刻、首饰等领域都得到了应用。随着技术自身的发展,其应用领域将不断拓展。这些应用主要体现在以下八个方面:
    ①电子器件的设计与制作;
    ② 制造工艺与装配检验;
    ③ 功能样件制造与性能测试;
    ④ 快速模具小批量制造;
    ⑤ 建筑总体与装修展示评价;
    ⑥ 科学计算数据实体可视化;
    ⑦ 医学与医疗工程;
    ⑧ 动漫造型评价。
    3.3 对人类生产生活方式的影响
    3D 打印技术的应用将从以下三个方面深刻改变传统制造业形态。
    一是使制造工艺发生深刻变革。3D 打印改变了通过对原材料进行切削、组装进行生产的加工模式,节省了材料和加工时间。
    二是带动制造技术的重大飞跃。3D 打印技术是一门综合应用CAD/CAM 技术、激光技术、光化学、控制、网络以及材料科学等诸多方面技术和知识的高新技术,带动了相关产业的发展。
    三是使制造模式发生革命性变化。3D 打印将可能改变第二次工业革命产生的、以装配生产线为代表的大规模生产方式,使产品生产向个性化、定制化转变。
    4 结束语
    随着3D 打印技术和商业应用的发展,“大批量的个性化定制”将成为重要的生产模式。3D 打印与现代服务业的紧密结合,将衍生出新的细分产业和新的商业模式,创造出新的经济增长点。3D 打印技术的发展带来的产品技术、制造技术与管理技术的进步使企业具备快速响应市场需求的能力,实现远程定制、异地设计、就地生产和销售的协调化新型生产模式,使生产模式、商业模式等多个方面发生根本性的变化。
    参考文献
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