3D打印机改变制造业规则

.

美国南卡罗来纳州罗克希尔街上的一个商业园区内的一座低层建筑内，展示着一副未来工厂情景图。几十台机器正在隆隆地运转，透过玻璃控制室，两名人员正在通过电脑屏幕对机器进行监督。其中有些机器大小如同一辆轿车，有些如同一台微波炉，但所有的机器都有可以***的窗口。一台机器在生产珠宝，其他有些在生产电钻机的塑料夹子、汽车仪表盘、错综复杂的灯罩以及定制式假肢。有一台机器甚至正在生产如其自身一样的机器所用零件。



　　这是3D系统公司的总部，是由查克.赫尔( Chuck Hull)成立的公司，他在1986年的一项专利中描述了他发明的一项被称作“立体光刻”的三维实体系统。该系统通过一束紫外线光作用使像墨水一般的液体塑料薄层凝固，可以添加更多的液体塑料重复此过程。其他形式的3d打印术也出现了，但都是以叠加工艺的方式运作，一层一层地构建实体。




　　起初3D打印技术被认为是一种制作一次性样品的一种方式，但随着该技术的发展，更多的东西被作为成品打印出来(即人们熟知的叠加式制造技术)。特里.沃勒斯(Terry Wohlers)经营着该领域的一家研究公司，根据他的信息，目前成品打印费用约占总打印费用的28%。他预言这一比例将在2016年超过50%，在2020年超过80%。但他认为，不可能会达到100%，因为快速而经济的样品制造技术将依然是混合技术中的一个重要部分。




　　独一无二




　　一次性样品的生产成本可能高得惊人，而3D打印机可将成本大幅降低。现在很多生活消费品、机械零件、鞋子和建筑模型在继续进行投产之前，都以3D打印形式出现，供工程师、设计师和客户评估。任何变动可以在几小时或一个晚上的时间内快速被重新打印，但一种新样品进人机械商店要花上几个星期的时间。有些设计人员已经使用塑料和尼龙材料打印出现成的鞋子和衣服。荷兰的时装设计师伊里斯.凡.赫本(Iris van Herpen)已经制作出令人叹为观止的3D系列服饰，走上秀台。尚未有人可以打印皮质材料，但他们仍然在研究中。




　　由于在叠加式制造技术中很少有规模性经济，该技术最理想的是应用在低量生产领域。但也允许成品部件的大规模定制化。已经有很多牙冠和助听器外壳都是用独立的3D打印机生产的。




　　摆脱传统工艺的限制，叠加式制造技术可以帮助设计人员经济实惠地将之前被认为太过复杂的物品生产出来。这可能是出于美学方面的原因，但工程人员也发现了实际应用之处。例如，液体在圆形槽内比在锋利边角周围的流动速度更快，以传统方法很难在一个固体金属结构中设计出圆形槽，但是对3D打印机来说轻而易举。3T RPD，一家提供添加材料制造服务的英国公司，打印出用于赛车的齿形箱，带有液压用油光滑内部通道，替代了钻出型直角弯管。据该公司总裁伊恩.韩礼德(Ian Halliday)介绍，该箱子不仅实现了齿轮速度变化更快，同时也将重量减轻了30%。基于相似原理，一架波音F-18战斗机包含了很多打印部件，如通风管。




　　重量减轻是3D打印部件的一部分吸引力所在。物体一层层叠加，仅用足够的材料来实现部件的运作是可能的。用传统工艺进行建筑物构造，需要添加翼缘和支架，才可以利用机械工具对物体进行处理、打磨、建模，为待铆接或焊接的部件表面做好准备。3D打印机可能对物品作为整体进行打印，不需要组装。它甚至可以一次性制作出带有可活动部件的机器。




　　大大节约材料成本后，有些产业前景可观。在航空航天工业领域的金属部件通常是从高成本的固体钦加工而成。这可能意味着90%的材料都被切除掉，剩余的金属切削物对于飞行器的制作是毫无利用价值的。然而，钦粉末可用于打印飞行器门的支架、卫星部件等类似物。据欧洲宇航防务集团( EADS )研究人员提供的信息，这些打印出的部件与一个加工出来的部件一样经久耐用，但只使用了原材料的10%，欧洲宇航防务集团是空中空客(Airbus)的母公司。




　　利用强大的计算机软件技术生产高度复杂的设计图，借助3D打印技术将设计图转化为实物，正在创造一种新的设计语言。3D印制品通常看起来生动自然。比利时Materialise公司的副总裁维姆.麦启(Wim Michiels)说:“大自然已经有一些非常有效的设计，对其进行模拟是很好的一个主意，这家比利时公司使用叠加式制造技术来生产一系列产品，包括医疗设备。例如，将一个精致的晶格状天然骨骼内部结构整合到一种金属植人体中，制作出的产品相比加工过的骨骼更轻，优势不会逊色，可更轻易地与病人自身的骨骼融合，也可精确制作出符合病人目标的产品。去年，在荷兰就有外科医生为一名患有慢性骨骼感染病的女士印制出一种全新的钦领制品。




　　很多公司现在正在思考叠加式制造技术将会对他们的产业带来怎样的影响。美国通用电气就是一个例子，该公司正在探索如何将3D打印技术应用到其所有运营活动中。已经有一种产品正在酝酿中，即，小型超声扫描仪。这类扫描仪被医生用来制作人体内部特征成像，如胎儿。成像控制器的尺寸、重量和成本都缩减了，但放置于人体上的换能器探针依然没有得到很大改观，而换能器探针的成本是该系统最贵的一部分。探针将高频声波的脉冲波进行传输，并接收反馈信号，利用回声来产生图片。它包括一种微型压电结构，该结构需要对一种易碎陶瓷材料块进行煞费苦心的微加工才能得到。




　　目前通用电气公司已经开发出一种叠加系统来打印传感器。这将极大降低生产成本，并促成全新而低成本的便携式扫描仪的诞生，不仅可用于医疗，也可用于检测重要的航空结构和工业制品结构的缺陷问题。




　　跟随复制




　　这一项技术可以走多远?美国通用电气全球研发部的爱德奇先生(Mr Idelchik)高瞻远瞩:“终有那么一天，我们会‘打印’出一种引擎。”但很多制造商，如通用和劳斯莱斯，认为会出现一种混合打印系统。系统可以生成一种型号的轮廓，节约材料，加工精确。




　　复制器，由英国的赛宝曼科技公司(Cybaman Technologies)制作的一种机器人快速制造系统已经完成。其大小相当于一个大冰箱，可以实现去除材料加工，也可实现添加材料加工。使用一种基于激光技术的沉积系统来塑造一种基本形状，由加工完成。恰如其名，该复制器也可以对放置在其内部的物体进行数字扫描，实现反向工程，产生一个精确副本建立所需的数据。




　　复制器接近现有技术，几乎可以达到科幻小说中描述的传送器水平。它可以扫描位于一个地点的物品，并告知位于世界另一端的另一个物品怎样建立一个复制品。也就是说，例如，可以在不用运输任何东西的情况下在远处实现紧急备品的制作。通过对一个被破坏的物品进行扫描，对其进行虚拟修复，然后打印出一个全新产品，甚至不可用的部件也可以得到复制。但前提是不可得的部件和产品的数字图书馆可以在线呈现。正如由于电子书的出现可能永远不会排除打印技术，零部件随时可以获得。服务技工在其货车上配有3D打印机，或五金工具店中提供有部件打印服务。




　　3D打印机在偏远地区也是作用颇大的。约翰内斯堡附近的瓦尔理工大学(Vaal University of Technology)的迪恩.德贝尔(Deon de Beer)正在从事一项被称作创意产品实验室(Idea 2 Product Lab)的项目研究，使用低成本的3D打印机进行培训并激发学生对设计和制造的兴趣。当一家相似实验室在该院分校之一所在地—北开普敦郊区的阿普顿建立之时，团队成员发现他们缺少一种特殊型号的扁平扳手。他们并没有为将要寄过来的工具等待多日，却打印出了同样的产品并完成了工作。




　　德贝尔说，可以替代扳手的是，本该有一种小型塑料部件，或许可以固紧当地一家医院内设备的零件，或者修理一种农用机械。他相信3D打印机可以“造就一类新型机械工程师”，尤其是在农村地区。




　　有些人已经有家用3D打印机。沃勒思说，工业3D打印系统起步价约为15 000美元，可以高到100万美元。但成本更低的台式机械正在造就一个全新的市场。市场参与者包括了业余爱好者、修理东西的热衷者、修补工匠、发明人员、研究人员和企业家。有些3D打印系统可以成套配置，使用开放资源软件。但3D打印机的大生产商也进人了市场。




　　用于生产大量样品机械和工业机械的3D打印系统正在引领一种小型3D打印机消费市场，这种小型3D打印机被称作酷比(Cube)，可制作玩具、棋子和装饰品等类似物。一种被称作“酷比化”( Cubify)的在线平台正在被开发，它为大量用户提供服务。价位1 299美元的酷比墨盒薄层材料实现了打印，就像固化硬塑料。大概3.5美元成本的材料生产的部件可达5.5英尺(140mm )。其质量尚未达到专业打印机的水平，但是对很多人来说，够好了。高质量的创作品可上传到Cubify的在线打印服务栏。




　　3D系统公司的首席执行官说，新的范围不仅仅是关于打印东西，也关系到产品制作过程的简化，并让人们能够发挥网络优势，共享创意。“这是一场个性制造业革命，”他说。




【来源互联网】

更多精彩内容，尽在web3D纳金网http://www.narkii.com/club/

xiongz