3D打印技术的发展及应用展望

发表时间:2021/5/17   来源:《科学与技术》2021年4期   作者: 张龙
[导读] 本文首先在针对3D打印各项技术的发展

        张龙
        青岛四方庞巴迪铁路运输设备有限公司  山东青岛 266000
        摘要:本文首先在针对3D打印各项技术的发展,在航空领域的发展、在汽车零部件的制造领域的发展、在医学领域的发展、在建筑领域的发展等,这几方面的发展进行了阐述,然后有基于此针对3D打印的技术,在未来的实际应用中的展望进行了分析。
        关键词:3D打印;打印技术;发展;应用
        
前言:3D打印属于一种快速成型的制造技术,是通过三维的建模软件,来对零部件的形状展开建模的,再利用软件对三维的模型展开切片,最终由计算机输出的数字信号,对专用的3D打印机实施控制,最终实现产品的快速打印。3D打印技术在近些来发展的很快,在很多的领域中都得到了应用,因此相关部门、技术人员,应该对现有的技术不断的予以改进、完善,并且对新型材料要不间断的进行研究,有利于3D打印技术在未来更好的发展。
1  3D打印各项技术的发展
1.1 航空领域的发展
        波音公司使用3D打印的技术,制造出了大约300多种飞机上使用的零部件,而且还正在研究利用3D打印技术,打印飞机的机翼等这种大型的产品。空客公司近期提出了一个计划:“透明飞机的概念”,就是先去打印出一些飞机上的小部件,然后在逐步的去不断发展,大概在2025前后计划,利用3D打印的技术打印出一整架的飞机。由于概念的飞机本身在结构上,就具有一定的复杂性质,使用传统的制造方法是很难去实现的。比如:仿生弯曲的机身、可以让乘客看到周边的蓝天白云的透明机壳等,使用3D打印的技术这些都能得到很好的实现。在国内,西北工业大学采用3D打印的技术,制造出了一个5M钛合金的机翼前缘,而且还通过了中国的商用飞机公司当中的五项测验,在性能上相比较于业界上,常用的锻造件要高出许多,北京航空航天大学的科研团队,这对航空发动机、大型飞机等,这些国家重大战略的项目,经过了多年的研究,在国际上第一次全面的突破了,超高强度钢、钛合金等,这些难加工、大型的、复杂的,整体关键的构件,在激光成型、成套的装备、应用的关键技术,而且已经在飞机大型构件的生产当中,研究发出了5代、10余型的装备系统,已经接受了将近10年,在工程中实际应用的考验,让我国成为了迄今为止,唯一一个掌握大型的,整体钛合金的关键构件在激光成形方面的技术,而且成功的实现了装机工程应用的第一个国家。
1.2 在汽车零部件的制造领域的发展
        汽车工业对于国家的经济就发展的角度而言,发挥着重要的支撑作用,汽车在零部件方面的制造,可以说是蕴藏着很大的商机。但是伴随着汽车技术不间断的发展,汽车的零部件在形状可以说是越来越繁琐、复杂,如果还是采取传统的制造技术,去制造汽车中的零部件,不仅要花费的周期很长,而且成本也相对很高。利用3D打印的技术去生产汽车的零部件,可以让汽车实现快速的成形,尤其是在设计的前期对产品,在装配的可行性上进行验证的时候,可以及时的去发现产品在设计中存在的错误,让开发的周期得到缩短、让研发的成本得到降低,对复杂、关键的零部件、样机,在原理、可行性方面实现快速的验证。例如:同步器、缸盖的开发,塑料、橡胶类的零件单件生产,不需要金属的加工、任何模具,省去了模具的锻造、铸造、开发等,这些复杂的工序,在试制环节还节约了设备、人员的大量投入。福特汽车公司采用3D打印的技术,已经制造出了变速器、阻尼器的外壳、混合动力车当中的转子。日本小岩公司运用3D打印的技术,制造出了涡轮增压器等,这些汽车上的零部件。当下我国的国内已经有一部分,汽车零部件的制造企业,使用3D打印的技术制作出了,变速器齿轮、缸盖、缸体等,这些产品用到了研发、使用当中[1]。
1.3 在医学领域的发展
        当下3D打印的技术,在打印骨骼修复、牙齿等,这些方面的技术已经相对很成熟了。因为不同的人在牙齿上的结构都是不同的,不用的患者在骨骼损坏上的程度也不同,如果采取传统修复的方法,不但治疗的成本太高、而且还要花费大量的时间,让患者既承受着疾病的痛苦,又在经济方面带来了极大的压力。然而3D打印的技术,恰恰可以很好的解决这种,高难度、复杂化、个性化的技术需求。3D打印的巨头公司Strsatasys,近期研究出了叫做Veroglaze的一种材料,可以用来打印制造诊断的蜡型、牙冠、牙桥的修复、其他一些牙齿相关的对象。在2014年的3月份,第四军医大学的西京医院的骨科研究团队,把3D打印技术所制造的钛合金假体,分别的移植到了三位患者的体内,对不同部位的骨骼破损起到了修复的作用,这三位患者骨骼破损的部位分别是:锁骨、肩胛骨、骨盆。

同时3D打印的技术,在打印器官、软组织、细胞等,这些方面也有着不小的发展,2010年澳大利亚和美国联合,尝试着把活体细胞当作“墨水”,去打印人体当中的器官、组织。2013年杭州电子科技大学等,这些高校的科学家之间研究开发出了,中国首台拥有独立自主的知识产权的细胞组织的3D打印机,这个3D打印机使用的是,活细胞、水凝胶的材料、无机材料、高分子材料等,当前已经成功的打印出了,比例较小的人类肝脏的单元,耳朵的软骨组织等[2]。
1.4 在建筑领域的发展
        在建筑行业当中,工程师、设计师们都已经逐渐的开始,使用3D打印机去打印那些建筑的模型,这种制作精美、环保、成本低、快速,几乎可以满足设计者的所有要求,还可以让材料得到大量的节省。同时,当下已经有一些公司,使用3D打印的技术,制造出了真实居住的房屋,2014年的3月份,荷兰人采用3D打印的技术,制造出了全球第一个3D打印的房屋。在国内山东的民营企业,尤尼科技有限公司,使用3D打印的技术制造出了,能够让人类进行居住的彩色房屋[3]。
2  3D打印的技术在未来应用的展望
        制造的成本越来越低廉、部件可以实现一次成型,不需要组装,所需要用的物品可以根据需求完成就近的生产,让企业中实物的库存越来越少,有可以减少在长途运输当中所需的成本,在设计方面有着巨大的发挥空间,相当于把创新上的能力,交到了每一个人的手上,在个体在创造力方面得到了极大的提升,而且还可以在远程、极端的情况之下,给人们在生产上提供了崭新的方式。就单位生产在空间的角度而言,相比较传统的制造机器,他们在物理层面需要的空间更小,打印的设备还可以实现自主的移动,打印机器能够制造出比自身体型大的物体,3D打印机在制造方面的能力也会越来越强。
        伴随着3D打印技术不间断的发展,以前不能实现混合的原料,以后可以混合成新型的材料,这些材料在色调、种类方面会更加丰富多样,拥有更加独特的功能、属性,同时伴随着打印材料不间断的进步,“净成型”的制造可能会成为加工当中更加环保的方式。
        3D打印的技术在未来,会将数字化的精度延伸到实体的世界。扫描技术、3D打印的技术,可以将实体世界、数字世界之间,形态转换的分辨率上得到共同的提高,人们可以对实体对象完成复制、编辑、扫描,创建相互更加精准的优化优化原件、副本。
        沃勒斯在2014年的报告中显示,一直到2018年3D打印在行业上的规模,从2013年30.7亿的美元增长到了128亿美元,到了2020年这个数字超过了210以美元。
结束语:综上所述,3D打印技术的不断快速发展,应用的领域也会越来越多,要想让3D打印技术,得到真正意义上的普及,那么最关键的就是要开发新型的材料、降低制造的成本、提高产品的精度等。与此同时对3D打印的产品质量,在影响的因素方面还需要继续的深入研究,制作出能够在力学的性能上满足要求的产品。
参考文献:
[1]王建军,刘红梅,倪红军,米乐.3D打印技术在建筑领域的应用现状与展望[J].建筑技术,2019,50(06):729-732.
[2]刘杰,孙令真,李映,江新凤,詹沛琪.3D打印技术的发展及应用[J].现代制造技术与装备,2019(03):109-111.
[3]杨钱荣,刘巧玲,王中平,蒋正武.3D打印建造技术发展与展望[J].建筑技术,2015,46(12):1076-1080.

        作者简介:姓名:张龙(1989年1月)
        性别:男
        民族:汉
        籍贯:山东临沂
        职务/职称:工程师
        学历:硕士
        单位:青岛四方庞巴迪铁路运输设备有限公司
        研究方向:加工工艺
        单位所在的省市:山东青岛
        邮编: 266000
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