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3D打印技术发展现状(二)

2017/1/12    来源:互联网    作者:朱艳青  史继富  王雷雷  钟柳文  李育坚  徐刚      
关键字:3D打印  增材制造   快速成型  
3D打印技术作为一种快速成型技术迅猛发展,并且正迅速改变着人们的生产生活方式。在3D打印的设备技术材料应用等方向分别进行了介绍,并对技术和材料所存在的问题进行了分析,在此基础上对 打印技术进行了能耗和环保评估,并提出了3D打印技术应该与新能源相结合的观点。

    4.2 问题及分析

    上述为目前3D打印的主要材料,可以看出,目前3D材料打印主要存在的问题如下:

    (1)现有打印材料的强度、稳定性、安全性、实用性等性能指标不够理想。

    (2)材料的种类较少,目前可打印的材料以塑料为主,可打印的金属和陶瓷材料仅限几种。

    (3)尚未形成3D打印材料的行业性标准,例如:3D打印对粉末材料的粒度分布、松装密度、氧含量、流动性等性能要求很高,但目前还没有形成一个行业性的标准,在材料特性的选择上前期要花很长的时间。

    针对上述问题,3D打印材料的进一步发展需要从以下几个方面来解决:

    (1)完善现有可打印材料的基本性能,实现材料的真正可用性,而非仅限于可观赏性。

    (2)开发新的材料,包括各种复合材料、合金材料、梯度材料、功能材料、纳米材料等,尽量让所有的材料都能够实现3D打印。

    (3)制定3D打印材料的行业性标准。

    3D打印材料是3D打印技术发展的关键所在,需要研究者在3D打印材料方面进一步开展全面的研究。

5 3D打印的应用

    随着技术的不断发展,3D打印也已逐步应用于制造业的各个领域,包括日常生活用品、汽车行业、生物医疗、航空航天、模具制造等领域,其中日常生活用品和汽车行业占据主要份额,生物医疗方面的占比在持续提升,而3D打印设备在航空航天领域的应用也稳中有升。

    5.1 日常生活用品

    杯子、桌椅、玩具、灯具、刀叉、吸尘器、衣柜、家电等家用日常生活用品均可以进行个性化设计,并且用3D打印技术打印出来。图8所示为3D打印的部分日常生活用品。材料可以选择用塑料、金属、陶瓷等。可以想象3D打印如果能够进入每个家庭的景象,个性化的设计充满了房间的每一个角落,创意无处不在,甚至每个人所用的筷子都是独一无二的。距离上述景象的出现,3D打印技术还有很长的一段路要走,包括3D打印机和材料的成本、材料的多样化、材料的安全性及操作的简易化等问题均需要一一解决。

图8 3D打印的生括用品

图8 3D打印的生括用品

    5.2 汽车行业

    目前3D打印在汽车行业的主要应用为汽车设计、原型制造和模具开发。测试样件和应用模具的3D打印使得设计者能够对所设计的产品有直观的感受,并且能够找出其中的问题进行优化,明显提高产品的开发设计速度。另外,维修环节的零部件和个性化汽车部件也可以进行直接制造。目前3D打印的汽车已经试运行成功,其中的整个汽车外壳是一体打印,车内的零部件是单独打印,最后结合其他部件组装而成。随着科技的进步及人们个性化的要求,3D打印将在汽车行业起着越来越重要的作用。图9所示为世界上第一辆3D打印汽车urbee。

图9 世界上第-辆3D打印汽车urbee

图9 世界上第-辆3D打印汽车urbee

    5.3 生物医疗

    3D打印在生物医疗方面的应用主要包括构建医学模型、人工骨骼、生物器官、牙齿、整形美容等方面。图10所示为部分3D打印的生物医疗用品。在构建医学模型方面,利用3D打印技术,可以用来进行包括神经外科、脊柱外科、整形外科、耳鼻喉科等外科模拟手术,以制定最佳手术方案,提高手术的成功率。在制造人工骨骼方面,可以根据患者的具体情况,制造出钛合金或多孔生物陶瓷等材料的人工骨,然后植入人体,目前该项技术已日趋成熟,并在多名患者身上成功应用。在制造生物器官方面,需要将支架材料、细胞、细胞所需营养、药物等化学成分在合理的位置和时间同时传递,进而形成生物器官,目前虽然科学家们成功用3D打印技术制作出了仿生耳和肾脏等,但是距离实际的应用还有很长的距离。在制造牙齿方面,可以对患者的牙齿进行扫描,打印制造钛合金等材料的义齿支架,目前已经有专门应用于牙科的3D打印机。在整形美容方面,利用扫描设备对需要整形的部位进行扫描,利用计算机重现原来面貌,之后再进行3D打印缺损部分,目前已经成功对多名患者进行了整形美容。

图10 3D打印的生物医疗产品

图10 3D打印的生物医疗产品

责任编辑:马倩
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