漫谈3D打印——机遇与挑战

2014年9月21日,“2014新材料国际发展趋势高层论坛——3D打印材料技术前沿论坛”在与会代表的密切关注下,在西安高新技术开发区都市之门二层学术报告厅隆重召开,现场异常火爆,会场内外座无虚席。笔者全程听取了10位报告人关于3D打印材料,3D打印技术的主要特征、进展以及在工业和生物医学领域应用前景等方面的报告。正如中国工程院卢秉恒院士的报告所说,3D打印技术正在改变世界。3D打印是一种颠覆性的制造技术,参照的是打印机技术原理,分层加工。传统制造技术是“减材制造技术”,3D打印则是“增材制造技术”,它具有制造成本低、生产周期短、能最大限度满足个性化需求等优势。利用3D打印技术为飞机、宇宙飞船和聚变项目制造的零部件要比常规部件更轻、更坚固、更廉价。因为增材制造技术几乎是“零浪费”,并且相比焊接和熔合的方法,产品更坚固、更轻。因此,3D打印技术被誉为“第三次工业革命最具标志性的生产工具”。     

3D打印材料

极受大众欢迎和关注的3D打印技术,由于打印材料紧缺和制备困难而导致的打印成本昂贵,严重影响了3D打印技术的进一步市场化,这也让制造商为之困惑。本文通过典型实例阐述了金属(黑色金属、有色金属和稀贵金属)、聚合物、陶瓷和复合材料在3D打印材料中的应用,以及对3D打印材料的研发进展作了进一步介绍。     

温故知新

蛇属于冷血爬行动物，但蛇年在材料与制造领域的科技创新却是龙腾“马”跃，继往开来。3D打印技术、基因技术、……。     

3D打印相关技术的发展现状

3D打印是一种增材制造技术,经过近几年的发展,在模型建立和设计、打印设备、扫描与监测控制方面已经取得了丰硕的成果。对三维模型的数据获取、三维模型的设计和建立、打印设备和材料等方面进行总结。分析了光学扫描在获取模型数据、三维测量的原理及应用,并研究其在打印过程监测中的应用价值。对三维模型的几何计算、轻量化、静平衡等问题进行总结,说明其在3D打印中的重要作用。总结了目前使用较为广泛的6种3D打印设备,对其工作原理、材料、性能特点进行比较。对3D打印的发展方向进行了展望,提出模型建立和优化、打印过程监测、绿色加工等的发展趋势。     

3D打印技术应用

以某工业产品为例,应用3D打印技术加工铸造蜡型,并用熔模铸造制造出不锈钢产品。重点介绍了该打印材料的性能和设备参数、以及熔模铸造的工艺过程,实现了3D打印技术与铸造的完美结合,所用材料符合污染小、节约能源的绿色环保制造理念,符合现代制造业的最新发展趋势和市场经济的发展要求。     

国内外金属3D 打印材料现状与发展

介绍了金属3D打印技术基本概念及工艺优势;总结了国内外金属3D打印材料种类、应用及制造工艺,分析了金属3D打印材料目前存在的问题及未来发展趋势。结果表明,铝合金、钛合金、铁基合金等金属3D打印材料发展迅速,传统的3D打印金属材料及复合材料需要进行重点研究。     

3D打印随形水路技术在注射模中的应用

介绍了3D打印技术的原理与打印基本流程,分析了3D打印随形水路技术及材料选择并展示了其在注射模中的应用案例。具体案例表明,3D打印随形水路技术可带来冷却效率和冷却均匀性的大幅提升,缩减注射成型周期48%,减少塑件变形,以此带来数倍产能的提升。     

3D打印送粉器技术的发展研究情况综述

简单介绍了3D打印技术的历史发展状况。通过分析和论述了现在3D打印送粉器技术在国内外的研究和发展情况,知道国内外的发展还有一定的差距。并且还重点指出了目前3D打印送粉器技术存在着粉末利用率低、材料的限制和送粉不均匀等问题以及提出了可能解决问题的方法。在此基础上,还对3D打印技术未来的发展趋势进行了概括。     

3D打印速度的影响因素及改善措施研究

3D打印作为一项先进制造技术,近年来在全世界得到了广泛的重视和发展,打印速度是限制3D打印技术发展的重要瓶颈之一。介绍了限制3D打印速度的主要因素,从打印设备、控制策略、成型工艺方法等方面论述了提高3D打印速度的方法和措施,为今后提高3D打印速度的研究提供了方向和思路。     

FDM型金属3D打印研究现状与展望

熔融沉积成形(FDM)是目前最常用的3D打印技术之一，具有设备简单、成本低、操作简单等特点，广泛应用于航天航空、汽车、医疗、新能源等领域。介绍了FDM打印技术的原理，通过与常见金属3D打印技术相比较，突出了FDM型金属3D打印的优点，并介绍了FDM型金属3D打印的工艺流程。从FDM型金属3D打印材料种类展开描述，对不同金属材料进行相应的分类，重点阐述打印过程中所涉及的粘接剂的选择、打印工艺的优化、脱脂烧结方式的设计与试验等方面的研究进展。最后对FDM型金属3D打印的发展及应用前景进行了展望。     

轮毂铸件3D打印模样代替木模的试验

以某轮毂铸件的模样制造为研究对象,导入3D打印技术原理制作模样,简述了3D打印模样与木制模样制造工艺流程与方法上的差异,分析了3D打印模样表面粗糙度的形成机理和改善方法。参照有关国家及行业标准要求,结合材料强度理论,通过试验验证3D打印模样的力学性能和耐温特性,验证了在一定的量产条件下3D打印模样代替木模用于铸造工艺的可行性。     

打印技术制备高分子的移植器官

德国科学家开发出一种生物相容的可打印的高分子材料,从而可以利用三维打印技术制备移植用的器官。     

工信部增材制造(3D打印)研究院新材料研究所揭牌成立

2018年12月28日,工信部工业文化发展中心增材制造(3D打印)研究院新材料研究所揭牌仪式在北京海淀区万寿路27号工信部机关大楼隆重举行;为把增材制造(3D打印)材料做大、做强,使中国由材料大国成为材料强国,解决高端3D打印材料难进口等问题,工业和信息部工业文化发展中心增材制造(3D打印)研究院与苏州博理新材料科技有限公司成立工业和信息部工业文化发展中心增材制造(3D打印)研究院新材料研究所(以下简称:新材料研究所)。     

3D打印技术或将成为模具业全新发展方向

据悉，3D打印（3Dprinting），即快速成型技术的一种，它是一种以数字模型文什为基础，运用粉末状金属或塑料等可黏合材料通过逐层打印的方式来构造物体的技术。根据美国消费者电子协会发布的最新年度报告，2012年，全球3D打印市场（包括相关材料）规模为21亿美元，这一数字比2011年增长了4亿美元，涨幅达到25．53％。随着汽车、航空航天、医疗保健等市场需求的持续增长，3D打印的市场规模保守估计在2017年将超过50亿美元。     

3D打印技术在武器装备零件维修中的应用

分析国内外武器装备维修现状,提出运用3D打印技术实现军工零件的快速维修。通过对结构、材料的双重拓扑优化,将组合件通过3D打印技术一体成型,省去了装配环节,节约成本、时间,达到轻量化的效果。结合战地抢修要求和3D打印技术工艺特点,为将3D打印技术应用在武器装备维修上提供了新思路。     

3D打印技术的最新发展及在铸造中的应用

介绍了3D打印技术的现状与发展,重点介绍了3D打印技术在未来铸造生产中的发展和应用。3D打印技术是新的工业革命的标志性技术之一,3D打印砂芯技术用于铸造,可实现无模铸造,有效提高复杂铸件的生产效益和效率,将给铸造业带来一场新的技术革命。     

先进材料新挑战：记忆材料打印技术

4D打印技术可用于城市管道建设及提高建筑气候适应性，可有效实现管道自动调整，降低铺设成本，灵活应对地质灾害。4D打印技术具有艺术与科学的融合特性，兼智能化及控制化于一身，通过智能结构或材料增材制造，对构件形状功能在时间及空间上进行精确控制，满足变形和功能的多元化要求，且因其耗能低、设计自由度高等优点在医学生物、航天航空、建筑等领域广泛应用。分析了4D打印技术的研究及应用发展现状，阐述该技术可在复合材料、形状记忆聚合物、形状记忆合金等先进材料制备基础上，实现应用性与科学性的完美结合，并伴随新材料、新软件、机器设备与智能化制造等技术的不断升级而逐步趋于成熟，终将实现大规模产业化发展。     

Stratasys亮相DMC2014彰显最新3D打印技术

<正>2014年6月4日上海DMC2014展会上,全球3D打印领先企业Stratasys公司为业内带来最新3D打印技术,彩色多材料3D打印机Objet500 Connex3成为此次展会一大亮点。Stratasys展台上同时还展示了FDM与喷墨式PolyJetTM技术和3D打印产品及其三大3D打印机系列产品——灵感系列(idea series)、创造系列(design series)和制造系列(production series)以及业内广泛应用的3D打印材料。从快速、经济的概念模型,到细致、逼真的功能性原型,再到直接生产出最终产品与部件,Stra-tasys的3D打印机与打印材料都能帮助设计师与工程师在每一步中赢得市场先机。     

3D打印钛合金人体植入物的应用与研究

钛及钛合金以其良好的生物相容性,在临床上用于人体硬组织植入和修复。3D打印技术是近年快速发展的特种加工技术,突破了传统加工技术的局限,可实现近净成形,并能够制作出复杂结构,且材料利用率高,设计制作周期短。3D打印技术在个性化外形和内部细微结构加工及快速精确成形方面的巨大优势,使其在医用植入物加工领域备受关注。为此,概述了3D打印成形钛合金人体植入物的优势、应用状况以及3D打印钛合金人体植入物的生物力学适配性能的研究进展,总结了国内3D打印技术在钛合金人体植入物领域的研究现状。     

3D打印用碳纤维增强复合材料挤料机设计与工艺分析

材料制备是3D打印的前提。碳纤维增强复合材料与普通3D打印所使用的热塑性材料在成型工艺、制备条件上有较大差异。针对3D打印用碳纤维增强复合材料的制备问题,研究材料挤料装置特性及工艺条件,通过流体分析和3D打印实验设计挤料装置并确定碳纤维增强复合材料的最佳成型工艺,达到3D打印成型性能增强的目的,为高效高精的碳纤维复合材料3D打印提供基础。