大连报业集团主办 多云局部有小阵雨 局部有浓雾 15℃~20℃    
您当前的位置: 大连新闻网>大连新闻>时政商经 >正文
3D打印 让“神笔马良”童话成真
大连日报  2013-06-07 01:01
分享到:

1

1

2

2

3

3

4

4

    它“急速”闯入了我们的生活,不久将出现在每个角落,为我们创造神奇而崭新的世界,这是第三次工业革命带给人类的“盛宴”——

    1.从2008年就开始研究3D打印技术的赵枢明博士向记者展示3D打印出来的汽车轮胎沙模。

    2、3.通过3D打印技术打造出来的沙模栩栩如生。

    4.大连理工大学的材料成型数字化技术研究室里3D打印出来的模型琳琅满目。

    文/本报记者李楠 图/本报记者姚壮

    天渐渐热了,家里还没空调,在网上找到一款心仪的样式,将3D打印机与电脑相连,几个小时后,空调机的所有零件全部“打印”出来,简单组装后,空调就可以工作了,清凉之风徐徐吹来……

    我们还可以“打印”自己设计的衣服、鞋子、家具,甚至是汽车和房子……一句话,想要什么,就“打印”什么!这可不是科幻故事,未来的一天,这就将是我们的真实生活。而能为我们带来这种“神笔马良”般童话世界的,就是第三次工业革命的先锋代表——3D打印机。

    ●通过一层层堆积材料的方式而获得产品,也被称为“快速成型”或“增材制造”;

    ●不需要建立工厂,不需要生产线投资,也不需要耗时的模具制作;

    ●对材料的需求降至传统制造技术的1/10;

    ●更有效率地制造任意复杂形状的零件;

    ●大大降低了制造业对劳动力、土地、资源、原材料、仓储物流的依赖;

    ●从历史上第一次把制造的复杂性和制造的成本割裂开来;

    ●有可能改变的零售行业、仓储物流业。

    1

    世界最大激光3D打印机大连造

    所谓3D打印技术,即通过层层堆积材料的方式获得产品,也被称为“快速成型”或“增材制造”,它颠覆了传统工业“减材成型”的加工方法,正在全世界掀起一股空前的浪潮。而正在3D打印成为全球关注“最热点”之时,昨日,本报独家首次发布出“世界最大激光3D打印机在大连诞生”的消息,宛如“一石激起千层浪”,引起海内外各界高度关注。

    在大连优利特科技发展有限公司厂房里,记者再次看到由大连理工大学姚山教授团队与该公司共同研发的世界最大激光3D打印机。设备主体高达近4米,其右侧为控制柜与电脑,有数十根线缆与打印机相连。工作人员首先将软件生成的加工代码输入到控制电脑里,设置好工艺参数后,设备开始启动加工。

    记者站在打印机前面的平台上,隔着防护玻璃看到,一个V型料车正从左向右沿着工作面迅速平整地铺洒了一层覆膜砂,随后,上部的激光头开始运动,伴随着激光刺眼的光芒,砂面上很快出现了几条复杂的黑色二维曲线。紧接着,工作面迅速下降,工作人员说,这个下降的幅度大概是0.2~0.5毫米,接着,V型料车又从右侧铺砂到左侧,然后激光又开始启动……工作人员说,打印机如此循环往复,一层层打印完毕后,零件加工也就结束了。随后,打印机内部将会有小车将成品沿轨道推至附近的烘箱里,经过十几个小时的烘烤后,再经过特殊的剥离技术,这个零件就完成了。再结合数字化快速铸造技术,很快就可得到一个使用的金属件。

    由于采用了“轮廓线扫描”独特技术路线,耗材是工业常见的覆膜砂,这台激光打印机与其他激光3D打印机相比,加工时间缩短35%,制造成本降低40%。另一重大意义是,由于这一激光打印机可以制作大型工业样件,因此能够广泛应用于海洋装备、船舶、汽车、模具制造等领域,是激光3D打印在工业领域的重大突破。

    2

    从“想”到“得”的艰辛

    3D打印机能够直接将电脑设计变成实物,轻松实现了“所想即所得”,而这台世界最大激光3D打印机的从“想”到“得”,过程却十分艰辛。

    记者采访了解到,上世纪90年代,姚山教授敏锐地意识到将“快速成型”(3D打印)技术应用于铸造技术中,有可能对传统的铸造行业产生革命性的改变。他创造性地将铸造行业的分型面理论应用于快速成型,提出通过二维轮廓线扫描形成三维复杂“分型面”的思想,从而形成了一种新的覆膜粉末激光快速成型方法——轮廓失效激光快速成型方法。这种源头创新,为中国激光3D打印机取得了占领市场的主动权。

    十年间,姚山和他的团队克服了数不清的大小难题。加工变形就是他们早期遇到的一个大难题。刚开始,激光扫描过的线段总是翘曲变形,一个线段变形,整个零件全部报废。他们经过大量实验发现,预先将粉料粘接在一起就可以消除翘曲。但是如何加热呢?烘、烤、熨,他们把一切想到的办法全用上了,但总是一次又一次地失败。最后,他们终于找到了一种能够在2秒内达到所需温度的方法,而且造价低廉。

    软件,是打印机重要的一环,最初,他们直接购买现成的软件系统,结果麻烦来了,这就像借用别人的神经指挥自己的手,不好用。为了解决这个问题,他们逐根线路检查信号,测试了数百个信号反馈,调试了几万行代码,最终开发出自己原创的设备软件。

    姚山教授说,在这个从“想”到“得”的十多年间,团队成员几乎每个日夜都在冥思苦想中度过,在行进过程中每一个难题都像一座山横在眼前,甚至夏天砂子会结块这样的小事都要费番周折才能解决。

    3

    实现制造产业升级的必然选择

    3D打印技术诞生于20多年前,为什么到了2012年仿佛一夜之间再次扑面而来?

    姚山教授说,受全球经济危机影响,一些西方国家想要重返制造业,既可以创造就业岗位,又可以遏制生产技术的外流。但是,发达国家想重操旧业,在众多生产要素上无法与发展中国家比拼,于是大力发展以3D打印为代表的新兴制造业模式,欲通过领先的新技术赢得制造业成本上的优势。

    目前,我国制造业外迁几乎成了一种潮流。一方面,劳动密集型的以出口或代工为主的制造业由中国向越南、缅甸、印度等成本更低廉的新兴发展中国家转移;而同时也有一部分高端制造业在美国、欧洲等发达国家“再工业化”战略的引导下回流。中国企业联合会的研究报告表明,中国制造业正遭遇改革开放以来最严峻的“高不成低不就”的“空心化”困局。在此困境下,抓住第三次产业革命浪潮,发展3D打印等高端数字化制造技术,是实现制造产业升级的必然选择。

    大连是东北重要的装备制造业基地,机床业、模具业在业内占有重要的地位。来势迅猛的3D打印技术被视为第三次工业革命的引擎,势必最先冲击到机床、模具等行业。姚山教授说,大连的装备制造业应该未雨绸缪,借助现有的优势,抓住这轮浪潮,实现转型升级。

    ■相关链接

    美国打出“可食肉”

    本报记者李楠

    目前,小型桌面3D打印机在欧美已经实现商业化。在美国,成千上万的3D打印技术爱好者和研究人员自我设计、自己动手制造出各种物品,单单3D打印机的销售市场,就高达17亿美元。

    近日,美国航空航天局(NASA)宣布了向国际空间站发射首个3D微重力打印实验设备计划。NASA将于2014年向空间发射首个3D打印设备。如果成功,在零重力实验环境下的3D打印设备将是首个在空间制造零件的设备。

    专家预测,不久的未来,3D打印可实现在空间制造整个航天器,空间任务所需物资几乎能自给自足,且能够在空中制造多数他们所需的零件。

    就在3D打印技术主要用于塑料材质时,去年,美国一个名为“现代牧场”的机构宣布,他们已开始启动研究打印可食肉的项目。据说Facebook的投资者彼得·泰尔投资了35万美元。泰尔声称通过层叠特定结构的细胞混合物,可以复制出肉的质地和化学性质。目前“现代牧场”已经打印出一块2厘米的可食肉,距离目标为时不远。

    3D打印带来怎样的革命

    本报记者李楠

    有人说,3D打印技术是第三次产业革命的先锋代表,也有人说,3D打印技术是第三次产业革命的引擎。为什么这么说呢?本报记者采访了相关专家。

    3D打印机与传统制造方式最大的区别是,3D打印不需要建立工厂,也不需要耗时的模具制作,对材料的需求降至传统制造技术的十分之一,只需要一台机器就可以制造出任何我们需要的东西。

    因此,3D打印技术大大降低了制造业对劳动力、土地、资源、原材料、仓储物流的依赖,它将彻底改变设计、生产以及消费整个制造业链条。

    传统的制造方式主要有以铸造为代表的受迫成型后,再以机械加工减材成型,这需要众多机床设备组成很长的生产线,还需要制造大量模具,工艺复杂、劳动繁重。而3D打印技术却可以弥补传统制造业的所有“缺陷”。

    更重要的是,3D打印技术从历史上第一次把制造的复杂性和制造的成本割裂开来。以前产品越复杂制造成本越高,人们设计产品时,为了减低成本总不能按照最优的方法设计,而是按照最低成本方法,这使得设计出来的东西从重量、质量各方面都不是最优的。而有了3D打印技术,人们的设计就可以根据最佳的配比进行设计。

    3D打印技术有可能改变的另一个领域,就是零售行业。随着3D打印机应用的材料越来越丰富,订单式的生产也将挑战零售业,加之用户可以自己打印用品,传统的零售业也必将迟早受到冲击。因此仓储物流也将产生极大影响。