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3D打印为化工行业带来的机遇与变革

2017/2/27    来源:e-works    作者:STEFAN  GUERTZGEN  编译:e-works谭欢      
关键字:3D打印  化工业  
3D打印技术历经30年的发展,对各个行业和企业的业务模式均产生深远影响。近年的快速发展尤其对化工行业将带来一系列机遇与变革。

    3D打印技术最早在30年前由Chuck Hull先生发明,他的存在就像3D打印行业的爱迪生一样,将第一台3D打印机带给了这个世界。至此,3D打印技术(也称为增材制造技术)被用于创造各种东西,从食物到其他消费品到汽车和飞机的零件。

    快速发展的重要推动因素

    3D打印技术惊人的发展速度源于三个重要因素:

    首先,由于原材料成本降低,企业竞争压力加大以及技术的不断发展,3D打印的成本快速下降。

    其次,打印速度在不断提高。例如去年,初创公司Carbon3D在短短6分钟内打印出了一个手掌大小的网格状球体,比传统的3D打印机的速度提高了25到100倍。

    第三,新型3D打印机能兼容更广泛的材料类型。在化工行业不断创新的优势下,各种聚合材料、树脂材料、增塑剂和其他材料都被用于打印新的3D产品。

    尽管对总体经济的长远影响虽然还难以预测,但可以肯定的是3D打印将影响几乎各种行业以及企业的业务模式。实际上化工行业已经开始在研发和制造领域实施3D应用了。

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    图:3D打印原料

    创新的工业原料和工艺

    3D打印技术为化工业研发新原料和创造新收益提供了一个巨大机遇。尽管有超过3000种材料用于传统的零部件制造,但是3D打印能使用的材料不超过30种。而看待这一现实的正确角度是,3D打印化工粉末材料市场2020年预计将达到6.3亿美金。

    塑料、树脂、金属粉末和陶瓷材料已经用于打印工业产品或半成品的原型、零件,尤其适用于十分复杂且仅需小批量生产的产品。研发合适的配方创造这类新型材料是化工行业持续创新的方向,未来将可能产生更多合适的材料。Covestro,一家研发聚合物工艺的公司正在研发供所有采用3D打印方法共用的一系列丝状、粉末状材料,以及液体树脂。3M公司和其子公司Dyneon最近申请了一份在3D打印中应用氟化聚合物的专利,而Wacker公司正在试验将聚硅酮材料应用到3D打印中。

    在工艺开发方面,3D打印同样将促进化工行业的发展。现有的20种3D打印工艺均具有一个共同点——打印的逐层累积工艺。最后的成品可从融化的热塑性树脂中生成(例如激光烧结技术和熔融沉积成型)或通过(光)化学反应生成,例如光固化快速成型和多喷嘴成型技术。两种工艺中,填充材料的物理和化学属性对于加工过程和成品品质都是关键性的决定因素。

    研发和运营中的新工具和技术

    通常用于做化学合成的实验室设备十分昂贵,使用起来很复杂,也经常成为研发的障碍之一。而现在利用3D打印技术后,能够制造出一种牢固可靠的小型液体反应器,它可以作为有机化学合成和材料工艺的“微平台”使用,通过利用廉价材料在几个小时内可打印完成这种反应器。这种微型反应器能够实现通过多个步骤的合成建立目标分子,并将分子结构拆分然后通过试剂测出分子的构筑单元。而这些试剂在3D打印过程中就可打印进反应器中,将合成步骤简化。微型反应器同样也能用作小的原型来模拟制造工艺。

    在实验室使用打印设备还有另一个用途,一些化工生产商将3D打印机用于流程工厂的设备维护。例如,当某个设备因为发动机气门损坏而停止工作后,替换件可以在现场进行打印然后立即安装。在企业内完成备件生产可以极大降低库存成本和交付的等待时间,从而有效增加总体设备正常运行时间。

    对于那些不希望自己打印零件的企业,可以通过按需制造网络平台定制所需的零件。全球最大物流商UPS引进了一种完全分散式的制造平台,将其众多拥有3D打印机的商店相互连接。当订单需求产生后,UPS的相关商店将客户所要求的零件打印完成后送达到他们手中。

责任编辑:张纯子
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