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3D打印技术的长处和短板
对话中国工程院院士徐志磊
  • 2013-09-27 14:38
  • 作者:佚名
  • 来源:浙商网

还记得电影《十二生肖》中,成龙扮演的国际大盗,戴着光学传感手套触摸兽首,将收集到三维数据通过无线传输系统传回本部,同时,本部根据这些数据同步打印,复制出了一个完全一样的兽首吗?当时,不少人都感叹这一场景太神奇。但其实,这也并不神秘,它就是3D打印技术的再现。

 

“它是从虚拟到现实的理想捷径,是第三次工业革命的重要环节之一,将对人类未来生活的各个方面产生深远的影响。”记者对话中国工程院院士徐志磊,让解析3D打印技术的长处和短板。

3D打印技术应用领域广泛

问:3D打印近几年很火,我们曾听说3D打印出真枪,甚至人的耳朵。这是个新兴产业吗?

徐院士:不完全是,这类技术最开始出现在20世纪80年代,但那个时候它不叫3D打印,我们在中国叫快速成型。它的核心就是将所需成型工件的复杂3D形体,通过切片处理转化为简单的2D截面的组合。因此不必采用传统的加工机床和工模具,依据工件的三维计算机辅助设计(CAD)模型,在计算机控制的快速成型机上,沿着高度方向逐层沉积材料,成型工件的一系列2D截面薄片层,并使片层与片层之间相互粘接,最终堆积成三维工件。

3D打印为什么这么火,我觉得还是取决于计算机和网络的快速发展。20年前,我们所处的还不是网络时代,还不能发展得这么快。而现在,3D打印几乎能做到“想打就打”了,只要电脑软件能支持就可以。

医学领域前景无限

问:3D打印技术在医学领域会有什么应用?

徐院士:生物3D打印在医学领域,应用前景还是挺大的。因为它具有快速性、准确性以及擅长制作复杂形状实体等特性。特别是个体之间的身体构造、病理状况,都存在特殊性和差异化,而3D打印能很好地满足这一点。比如动手术之前,医生就可以通过3D打印技术,打印出相应的器官进行演练,从而更好地完成手术。

问:3D打印技术对于推动工业产业,尤其是制造业的进步,是否具有特别意义?

徐院士:确实是。与前两次工业革命相比,在3D打印技术得到广泛运用的情况下,现代制造业也许不再运用工厂。这种将人力、资金、设备等生产要素大规模集中化的生产方式,转变为一种以3D打印机为基础的,更加灵活、所需要投入更少的生产方式,这种趋势被称之为社会化制造。当这种方式得到广泛运用,那么每个人都可以是一家工厂。

而且我认为,3D打印将极有可能孕育第三次工业革命。我打个比方,我们的生产线可以做到,送一头牛进去然后出来牛肉罐头,同样也能把牛肉罐头放进去,然后生产出一头牛。后者就是3D打印能做到的。

3D打印将显著提高人类对物质世界的控制能力,几乎是一种最理想的工具手段,也许未来将会以我们难以预料的方式,永久改变人类的文明进程。

精度和效率成最主要挑战

问:3D打印技术很强大,但也面临着不少问题和挑战。要想进行大规模的应用,短期内是否还比较难?

徐院士:你说得对。主要是精度和效率,我们做出来的不少成品精度在0.1毫米左右,表面光滑度也不高,真正要作为机械工程的零部件来说,它的精度还很不够。所以,我们希望能够争取把金属材料的精度,做到10微米(1微米=0.001毫米)、20个微米,40个微米。如果我们能达到这个水平,那就有可能直接用3D打印做零件,而不是翻模具重新来做。

另外,要把精度分辨得极高以后,它必然带来的问题就是效率会比较低。所以怎样又快又好地打印出成品,还需要我们改进和研究。除此之外,并不是传统的材料,3D打印都可以拿过来用,现在用得最多的是塑料,金属和陶瓷等还在进一步的探索中。因此有必要开发更好的材料,这样应用范围就会大很多。不过真正高精度、高强度的材料,做起来难度也大。因为一次3D打印做出来以后,还有长期应用、耐疲劳等问题。另外,生产出来的材料,有的要求要大,有的要求要薄,这些要求以及工艺稳定性都亟待解决。所以想要真正做到零部件生产,难度非常大。

因此3D打印离大规模应用还有一定距离,短期内还不能够实现,至少我们目前水平还没有达到。除了产业联盟,我们的大学、研究所,要用更多的精力去研究光源、材料、制造零部件的3D打印设备,这些也是非常重要的。

问:3D打印技术现在处于一个什么样的状态?我国又有什么样的计划呢?

徐院士:今年早些时候,中国3D打印技术产业联盟秘书长罗军就表示过,中国有潜力成为世界最大的3D打印市场。未来三年内中国将正式启动至少10个3D打印创新中心,发展500家传统企业进入3D打印技术产业联盟。3D打印市场的产值,则可能会从10亿元人民币,增长到100亿元。

不过,事实上3D打印的颠覆之路还很长。总体而言,它目前仍处在起步阶段,距离大规模应用还有一段时间。传统制造业所擅长的批量化、规模化生产以及精益化生产,恰恰是3D打印的短板。而公众对于3D打印技术的认识也不够全面,它并非无所不能,其技术核心在于,它可以解决高难度、复杂、个性化的设计需要,只有当传统生产方式无法应用的时候,它的魅力才能显示出来。

目前,它的最大优势在于产品高端开发和满足个性化需求方面,虽然它的普及领域越来越广,但更多的是用在高端研发,无法形成产业化。例如,网上售卖的一款3D打印机,打印一只普通手机壳大概需要两小时,但打印的材料却只能用价格不菲的ABS塑料。这样一来,所花费的成本和时间,就会大大超过在超市购买一个手机壳的开销,这也因此会限制3D打印技术,在低端民用市场的普及应用。

【责任编辑:志娟 TEL:(010)68476606】

标签:3D打印  
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