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3D打印将成为传统制造业的补充

更新时间: 2020-02-02 11:15:33  查看次数: 123    

3D打印可成形定制化复杂结构,是传统制造业的重要补充。3D打印,又称增材制造(Additive Manufacturing,AM),是对于传统工业生产的一种变革性方法。传统的减材制造工艺是指利用已有的几何模型工件,用工具将材料逐步切削、打磨、雕刻,最终成为所需的零件。而3D打印恰恰相反,通过借助于3D打印设备,对数字三维模型进行分层处理,将金属粉末、热塑性材料、树脂等特殊材料一层一层地不断堆积黏结,最终叠加形成一个三维整体。3D打印是一种跨学科的交叉技术,涵盖机械、材料、计算机视觉、软件、电子等多个学科,而其中核心的技术在于3D打印机的制造,对于材料、软件、设计等也有特殊要求。


与传统制造工艺相比,3D打印具有可成形复杂结构、缩短产品实现周期、产品强度高重量轻、材料利用率高等特点,但其成本也比较高。3D打印技术的特点具体如下:

  • 可制造复杂几何结构的部件,实现一体化生产,结构的复杂性不会带来额外的成本。设计师不再受到传统制造工艺的约束,可以更自由地创造零件。
  • 缩短新产品研发和实现周期。传统工艺在研发新产品时,需要设计生产新模具,建立装配流程,而3D打印无需模具,工艺流程短。
  • 产品具有强度高、重量轻的特点。3D打印部件可以实现传统工艺难以加工的蜂窝点阵结构,在保证性能的前提下,大幅减轻重量。基于3D打印快速凝固的工艺特点,可以实现良好的力学性能,从而保证强度有所提高。
  • 材料利用率大幅提高。由于材料是逐层叠加的,在生产过程中几乎不会产生材料的浪费,材料利用率达到90%以上。
  • 设备成本和材料成本较高。工业级3D打印设备价格昂贵,少则一两百万元,多则上千万元。此外,由于工艺比较特殊,3D打印对材料有特殊的要求,普通材料需要经过调整。而材料的研发难度大,成本较高,在一定程度上限制了3D打印的发展。


经过30多年的发展,3D打印技术不断完善,目前已形成了3D生物打印、有机材料打印、金属打印等多种打印。金属3D打印工艺中金属粉末质量是影响最终打印部件结构及性能的关键因素之一,目前国内制粉水平接近国外但仍有差距。金属粉末质量越好,粒径越小,其打印出的产品致密性、机械性能越好。对于金属3D打印(增材制造)而言,其特性决定了它的应用将是传统制造工艺的重要补充而非完全替代,且体现在不同行业的不同环节上应用均有所差异。


基于3D打印自身的特点,从环节上来看,3D打印更偏向于设计端,更适用于部分小批量、个性化、定制化高端产品的设计与生产,在铸模、铸件、工具、模具和夹具上亦有更广泛的应用。




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