3D打印知识

中国3D打印技术主要应用领域

3D打印是一种先进的制造技术,其不受产品结构限制的特性决定了它在许多行业中都有足够的用武之地。对于生产型行业来说,从最初的产品研发到最终产品的生产,都可以引用3D打印技术。目前3D打印技术在产品的研发阶段应用更为广泛,为新品的建模和一系列外观论证提供了非常大的支持。另一方面,在一些行业,3D打印技术已经应用在最终产品的小规模生产中,这些产品普遍具有“少量多样”的特点。从另一个角度理解,3D打印也只是一种先进的制造技术,是一种工具。3D打印本身作为产品的价值并不高,需要在行业应用中实现价值。它和以往任何一种新技术的出现和应用一样,在各行各业得到认可、被接受、被采纳,并非一蹴而就,而是一个技术优势和用户需求逐渐契合的过程。

 

 

对于大多数有3D打印需求的企业来说,花费大量资金购买昂贵的设备尚且为时过早,他们的需求催生出一批3D打印服务提供商,专门为有需求的企业提供3D打印的服务。对于3D打印服务商来说,可以服务的对象遍布各行各业,并不需要专注于某一行业。一方面,任何行业,只要在产品设计研发过程中,有样品制造或者模型制造的需求,就可以应用3D打印技术。另一方面,3D打印技术不受产品结构限制,同样一台设备,3D打印服务商制造汽车零件模型还是某设计师最新设计的样品,并没有显著差别。总的来说,3D打印技术在以下行业应用最广泛:

 

 

创意设计

 

3D打印在创意设计行业作为一种实现设计师新想法的方式,在诸多领域例如建筑、服饰、珠宝等都有较为广泛的使用空间。从应用职能上,主要包括新设计快速打样和高端定制产品两个方面。

 

目前的另一个现状在于3D打印行业从业者大多具备机械、激光、材料、自动化等学科背景,对人文艺术的理解并不深刻。因此设计与技术之间不知道如何跨领域合作,所以目前3D打印设计企业的价值就在于衔接设备和设计。然而,目前的中国市场上,大多数设计师并不具备或没有成熟的3D建模能力,或者说只有偏向平面化的思维。设计师的思维往往被传统生产方式禁锢,很难创造出一些传统工艺无法生产并让3D打印技术体现优势的立体复杂的结构。

 

另一方面,不论是消费者还是设计师,普遍对于3D打印技术本身的认知程度不高,很多人并不确切的了解增材制造技术的概念,以及3D打印的优势和局限性所在。加之近年媒体大肆宣传3D打印技术,造成在消费者心目中3D打印往往被过度“神化”。因此需要进一步深入用户体验,让消费者对3D打印有一个理性的期望。

 


航空航天

3D打印技术由于不受产品结构限制,可以在保证产品性能不减的情况下,通过夹层结构、蜂窝结构来大幅降低航空航天所需零件的分量,为零件的轻量化做出巨大贡献。研究结果显示,飞机上使用的某些零件,应用3D打印技术可以实现减重70%以上。同时因为3D打印是一体成型技术,可以有效减少焊接点,产品的可靠性得到了保证。

 

目前非金属3D打印零件,已经在航空航天科技中得到了广泛应用,尼龙等材料做出的零件,可以进行一次几十个的小批量生产,直接投入使用,成功实现“上天”。金属3D打印尤其是钛合金的材料,也已经逐步投入使用,但是在精度上,还有一定的进步空间。

 

现阶段能够用于航空航天零件生产的设备,主要是使用国外几大3D打印设备领导者的设备进行生产,国产设备在技术上还是有一定的差距,需要进一步研究国外领先的经验,逐步在技术上细节上缩小差距。 


工业(含汽车制造)


目前的3D打印技术,在工业制造过程中,基本上主要应用在新品研发初期,打样制作样品、模型。如汽车样品零件,电子产品和家电外壳模型等。如果真正做成可以直接使用的部件,加上成本的考虑,目前3D打印技术,还不适合作为最终产品生产的方式。考虑到在中国市场中,手板厂制作模型、样品的流程十分成熟,加之人工成本与国外相比十分低廉,这些因素对3D打印在工业制造中的推广造成了一定的阻碍。

 

虽然引入3D打印设备的成本较高,但是3D打印技术可以大幅减少研发过程中建模制作成型的时间,并制作出传统减材制造不能制作的零件结构。对于有经济实力的生产企业而言,早一点用独特的产品占领市场,获得市场认知,其潜在价值十分巨大。

 

医疗领域


3D打印技术在人体植入物和医疗辅助器械上都有很高的应用价值。3D打印植入物以骨科应用最具代表性,主要应用在椎间融合器、人工椎体、人工髋关节、膝关节等产品的生产制造上,处于临床试验阶段,相较传统材料,3D打印植入物发挥了更好的功能。人体具有特殊性,这些植入物植入人体会使用很长时间。任何材料都会有疲劳,因此理想的材料和产品是能够让人体接受,和人体结构相整合,这些要求是传统加工方式生产所无法满足的。以人工髋臼杯为例,3D打印可以一体成型生产,并在表面制作出可控的多孔结构,准确调整多孔结构的大小和分布,更好的匹配人体结构,满足各类人群的需求,具有非常大的市场潜力。但是由于植入物属于三类医疗器械,门槛很高,而目前国内缺乏对该类产品的审批和法规制度,导致3D打印植入物需要一个较长期的普及过程。

 

另一方面,3D打印制作的术前模型,为医生术前规划、医患沟通提供了很大的便利。3D打印手术导板,可以根据患者的实际情况,有针对性的制作协助手术的导板,大幅提升手术的精准度。除此之外,义齿生产作为一种劳动密集型生产,其中3D打印技术应用前景良好,3D打印技术优势可以有效降低劳动力成本。

 

教育领域

教育行业普及的3D打印设备主要以桌面级3D打印机为主,旨在提升年轻群体对3D打印技术的了解和认知,从小培养使用3D打印的思维来解决问题。政府大力支持3D打印技术在学校中的推广,除设立相关部门,建立中国3D打印创新培育工程组委会,同时推广“3D创新教育播种”计划。该计划旨在在未来的两年内,向一万所学校捐赠桌面级3D打印设备。除大学和高职中专等技术类院校,中学小学也开始尝试运用3D打印机为学生开展课外兴趣小组活动。

 

就目前的市场现状来看,中国年轻群体相比于西方国家,动手能力相对较差,不习惯自己创造一些东西。改变年轻人的思维观念,成为3D打印技术普及的重点。

 

在院校中普及3D打印设备的同时,应该同时注重保证设备的使用率,尽量避免“完成任务”式的购买设备,保证学生们可以实际操作使用设备,最大化设备的教育价值。

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