摘要：3d打印被赋予了 “第三次工业革命”的大背景。快捷性、个性化，与传统制造业的去料加工技术相比，以3d打印为代表的快速成型技术被看作引发新一轮工业革命的关键要素。目前，在3d打印领域，中国的某些技术已经领先全球，3d打印很有可能成为中国装备制造业大升级的绝佳机会，目前存在的问题是，企业大都在单打独斗，没有形成产业链，商业化滞后、规模仍然很小，这些问题仍然亟待我们解决。
关键词：3d打印 快速成型 增材制造 设计制造一体化
近年来，3d打印成为科技界与制造界交叉的前沿话题。关于3d打印的神奇和对传统制造业的颠覆见诸报端，一个新产业从萌芽、发展到成熟，需要经历一段很长的过程，国内产业资本也在频频与这一革命性的技术进行对接。如今这一技术在多个领域得到应用，人们用它来制造服装、建筑模型、汽车、飞机、结构零件、假肢、骨骼、巧克力甜品等。
1 3d打印概况
3d打印技术又称三维打印技术，这种技术是依据物体的三维模型数据，也称为“增材制造技术”，
学术上称为：激光堆积型技术或激光快速成型技术，通过成型设备以材料累加的方式，通过3d打印机，采用分层加工、迭加成形的方式逐层增加材料来生成3d真实物体，制成实物模型，甚至直接制造零件或模具。“3d打印”是通俗的叫法，3d打印技术最突出的优点是无需机械加工或模具，现在可以作为原材料的东西已经多种多样，从而极大地缩短产品的研制周期、并缩减生产成本，包括树脂、塑料、陶瓷、金属等。能直接从计算机图形数据中生成任何形状的物体。3d打印热的兴起，让这个产业受到了外界前所未有的关注，并成为科技界与制造界交叉的前沿话题。
2 3d打印技术及产业国内外发展现状
3d打印——国际竞争和发展势头强劲。作为战略性新兴产业，有专家认为3d打印技术正在重塑全球制造业竞争格局，美国、德国等发达国家高度重视并积极推广3d打印技术。
行业巨头加速崛起，竞争格局初步形成。在此领域具有较强技术实力的企业或研发团队有美国3d systems3d打印汽车和stratasys两家公司、英国的reprap公司等。在全球3d打印机行业，美国的产品占据了绝大多数市场份额，许多世界500强企业都是它的客户。3d systems公司是全世界最大快速成型开发公司，它奠定了在3d打印领域的龙头地位。当前，行业巨头正在加速崛起，
3d systems公司于2011年11月收购了3d打印技术发明者和专利拥有者，更加巩固了其强大的实力。
目前世界上一些国家已实现利用3d打印技术打印出汽车、飞机、手机、支人体器官和假肢等。商业模式逐步成熟，产业链初具雏形。主要应用于产品设计、快速模具制造、医学和航空航天等领域，其中消费电子、汽车、医疗分别占20.3%、19.5%和15.1%。
“与其他数字化生产模式一起，推动实现第三次工业革命”，英国《经济学人》杂志这样评价它。美国《时代》周刊将其列为“美国十大增长最快的工业”。3d打印是“增材制造技术”，传统制造技术是“减材制造技术”，它被誉为“第三次工业革命最具标志性的生产工具”，具有可降低制造成本50%、缩短生产周期70%，不需要任何模具并实现设计制造一体化等明显优势。
3d打印——中国新兴产业发展的强大动力。3d打印技术处于起步阶段，国外有专家预言中国有望成为最大的增材制造业国家，随着我国3d打印技术的不断突破和全球市场份额的增加，2012年10月，中国工程院启动调查，延续至2013年3月份，并在稍晚时候向国务院提交报告，这项调查由中国工程院和行业专家共同参与，论证3d打印技术的“终极前景”。据悉，2013首届世界3d打印技术产业大会将于5月29日-31日在北京举行，专家企业高层齐聚大会，
将建世界技术产业联盟。国内外行业精英及多家上市公司将出席大会，并现场展示国际最新的桌面级、生物工程级和工业级3d打印机。
国内的研发实力主要集中在高校。自20世纪90年代以来，快速成型系统的科研团队主要有华中科大、北航、清华、西安交大等团队。国内多所高校开展了3d打印技术的自主研发。华中科大快速制造业中心，在影响大型复杂制件整体成型的关键技术方面达到领先水平。
3 中国3d打印技术的发展
用3d打印技术制造战机，在航空工业上广泛被使用的一种金属是钛，它的密度只有钢铁的一半，强度却远胜于绝大多数合金。在2013年两会上，中国航母舰载机歼-15总设计师孙聪透露，歼-15项目率先采用了数字化协同设计理念：三维数字化设计改变了设计流程，提高了试制效率；五级成熟度管理模式，冲破设计和制造的组织壁垒，而这与3d打印技术关系紧密。他透露，钛合金和m100钢的3d打印技术已应用于新机试制过程，主要是主承力部分。
在传统的战斗机制造流程当中，飞机的3d模型设计好后，需要进行长期的投入来制造水压成型设备，而使用3d打印这种增材制造技术后，零件的成型速度、应用速度得以大幅度提高。
钛合金和m100钢的3d打印技术已广泛用于新机设计试制过程，于2012年10月至11月首飞成功的机型，广泛使用了3d打印技术制造钛合金主承力部分，包括整个前起落架。“鹘鹰”飞机未来和歼-20进行高低任务搭配，“鹘鹰”的改进版有可能成为中国下一代舰载机。相信在3d打印技术的支持下，这一天也会很快到来。
早在2000年前后，就生产出结构复杂、尺寸达到4米量级、性能满足要求的产品，解决了多项世界技术难题，“3d激光焊接快速成型技术”研发已经被中航激光技术团队研发出来。
目前，中国已成为世界上唯一掌握激光成形钛合金大型主承力构件的国家，具备使用激光成形超过12平方米的复杂钛合金构件的能力，目前，中国先进战机上的钛合金构件所占比例已超过20%，钛合金结构部件迅速成为中国航空力量的一项独特优势，在解决了材料变形和缺陷控制的难题后，中国生产的钛合金将在市场上发挥更大的效果。
4 3d打印技术未来发展的主要趋势
国外有专家预言中国有望成为最大的增材制造业国家，随着我国3d打印技术的不断突破和全球市场份额的增加，提升3d打印的速度、效率和精度，成为我们当前工作的重点内容。
开拓并行打印、大件打印、多材料打印的工艺方法，为了实现直接面向产品的制造，提高成品的表面质量、力学和物理性能；在生物医学、建筑、车辆、服装等更多行业领域拓展3d打印技术；为更加适应分布化生产、设计与制造一体化的需求，3d打印机体积小型化、桌面化，成本更低廉，操作更简便；今后研究与应用的热点是金属材料直接成型技术，我们需要开发更为多样的3d打印材料。
随着智能制造的进一步成熟，3d打印技术将被推向更高的层面，新的信息技术、控制技术、材料技术等不断被广泛应用。未来，精密化、智能化、通用化以及便捷化等即将称为3d打印技术发展的主要趋势。
发布评论