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3D打?。罕豢浯蟮募夹g(shù)與使命 3D打印適用于新品研發(fā),或是制造難加工的貴重材料,以及用傳統(tǒng)制造方法浪費大、甚至根本做不出來的復(fù)雜形狀。在大批量生產(chǎn)方面,則還須依靠傳統(tǒng)制造。5 I4 }7 }# t1 k9 _+ ]
■本報記者 原詩萌 實習(xí)生 周瑤
7 d& t5 U7 b! Y( i 歐洲航天局近日公布的月球基地計劃頗為吸引人眼球——該計劃不僅涉及月球的探測與開發(fā),還與時下熱門的3D打印技術(shù)相關(guān)。 f4 J# x# r7 K. n0 K5 K& @
根據(jù)計劃,月球基地將由機器人建造,而機器人將就地取材,利用3D打印技術(shù),將月球上的土壤制造成建筑材料。/ ?/ _! v) A4 p, }, ^
除了這一計劃,引人關(guān)注的3D打印技術(shù)的應(yīng)用還包括打印骨骼、自行車,甚至是步槍。這一切似乎都在表明,3D打印改變傳統(tǒng)制造業(yè)和我們的生活只是時間問題了。
. s3 s. u6 [0 V& f7 G8 ^ 然而,事實真的如此嗎?
0 x( O7 K6 T2 V' `5 t 從原型制造到3D打印0 L, [6 \& y4 D; @4 _
被認(rèn)為推動了第三次工業(yè)革命進程的3D打印技術(shù),涉及信息技術(shù)、材料科學(xué)、精密機械等多個方面。該技術(shù)的主要特點是,可直接根據(jù)計算機圖形數(shù)據(jù),通過增材制造的方法生成各種形狀的產(chǎn)品。與傳統(tǒng)的減材制造相比,3D打印不僅可以提高材料利用率,還可以用更短的時間制造出更復(fù)雜的產(chǎn)品。
7 E, v. s- l; M) r, j7 C 不過,雖然時下3D打印被人們炒得不亦樂乎,但卻并非什么新概念。中國工程院院士、快速制造國家工程中心主任盧秉恒告訴《中國科學(xué)報》記者,3D打印誕生于上世紀(jì)80年代,迄今已有30年的歷史。
3 j) S0 a B. V! M 據(jù)了解,3D打印最早的形式是原型制造,主要用途是工業(yè)新產(chǎn)品開發(fā)時模具的快速成型。從上世紀(jì)90年代開始,隨著3D打印技術(shù)的發(fā)展和激光技術(shù)的進步,研究人員不滿足于3D打印只用于原型制造,開始嘗試用3D打印技術(shù)將金屬材料直接制造成零件,即金屬結(jié)構(gòu)件直接制造。, W S8 l; N# @! y; x6 Z" c
目前,在金屬結(jié)構(gòu)件直接制造方面,已經(jīng)有公司用3D打印技術(shù)制造飛機零件。而原型制造也不再局限于生產(chǎn)工業(yè)模具,而是向更廣闊的領(lǐng)域拓展。比如,打印立體人像、教具,或是打印假牙和骨關(guān)節(jié)替代品。
. _ \! O. M$ k; P 而今天3D打印概念之所以引人矚目,除了其技術(shù)不斷成熟和應(yīng)用范圍不斷擴大的原因之外,美國政府對3D打印高度重視所產(chǎn)生的示范效應(yīng)也不可忽視。2012年3月,為重振美國經(jīng)濟和美國制造,奧巴馬提出建設(shè)全美制造業(yè)創(chuàng)新網(wǎng)絡(luò),并將3D打印確定為方向之一,引發(fā)世界其他國家紛紛效仿。中國也成立了3D打印技術(shù)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟,以促進相關(guān)技術(shù)和產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。
% H9 A# {; e. V& i3 c 能力有局限
8 V2 C/ W: F" U+ f 從飛機零件到假牙,再到步槍和房子,3D打印的每項新應(yīng)用均引起人們的驚嘆,3D打印的概念也隨之變得愈發(fā)熱門。 j% I6 d7 O, Q
不過,近日接受記者采訪的多位業(yè)內(nèi)專家卻一致強調(diào),3D打印并非無所不能的“神技”,所涉及的一些概念也需要進一步厘清。
1 P; }* l0 ]) U3 |/ c3 M7 h 中國社科院信息化研究中心秘書長姜奇平告訴《中國科學(xué)報》記者,3D打印更適合制造快速成型的產(chǎn)品,比如一些精巧的工藝品,如果是手工雕刻,往往要消耗大量時間,而用3D打印的話,幾個小時就能搞定。, O5 F2 S& x& n8 M4 y, N8 k# _
而涉及到人工處理,加入精密和不確定性等因素的時候,3D打印技術(shù)則很難勝任。# V! k2 K3 ?! A& h& [/ A9 |
“比如打印瑞士手表這樣的產(chǎn)品就比較難。這不僅涉及到儀器精密的問題,而且人的創(chuàng)造性在里面也要起作用。”姜奇平說。" K! x7 ~$ A& e8 u
亞洲制造業(yè)協(xié)會首席執(zhí)行官、3D打印技術(shù)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟副理事長羅軍在接受《中國科學(xué)報》記者采訪時也表示,3D打印出來的東西毋庸置疑是逼真的,但任何一個產(chǎn)品都應(yīng)該具有功能性,而如今由于受材料等因素限制,通過3D打印制造出來的產(chǎn)品在實用性上要打一個問號。
; S- T2 G/ `% d. V" o 一個典型的例子是,去年12月,美國一個名為“分布式防御”的組織在YouTube上發(fā)布了一段視頻。視頻中,該組織對一把由3D打印出的下機匣部件(下機匣用于連接槍管、槍柄、彈匣及其他部件,是受美國政府嚴(yán)格管制的槍支部件)組裝而成的AR-15半自動步槍進行了實彈測試,但只發(fā)射了6顆子彈,步槍就發(fā)生了斷裂。
5 `; Q% O( N+ p% E5 o( B8 A 而對于人們津津樂道的打印飛機和汽車,姜奇平告訴記者,其實嚴(yán)格來講,3D打印制造的只是飛機和汽車的外殼及零部件,至于飛機和汽車中的精密儀器,如集成電路,顯然是用目前的3D打印技術(shù)難以實現(xiàn)的。- Y: y) w/ g& d) o
羅軍也表示,機械化的產(chǎn)品3D打印可以勝任,但涉及到芯片等智能化產(chǎn)品時,3D打印則愛莫能助。" T4 h, x h5 Z
顛覆制造業(yè)只是傳說?* Z" m5 j7 ~4 N: z
采訪中記者還了解到,即使是用于生產(chǎn)機械化的產(chǎn)品,3D打印想要顛覆傳統(tǒng)制造業(yè)也并非易事。
- g9 a" ^" B9 g4 f( _. F/ w 英國《經(jīng)濟學(xué)人》曾如此描述3D打印技術(shù)對傳統(tǒng)生產(chǎn)方式的影響:未來的工廠,大多數(shù)的工作將不是在車間完成,而是在辦公室展開,那里會坐滿設(shè)計師、工程師、IT專家、物流專家、營銷人員和其他專業(yè)人士。
& G' b; \, N& Q( ?: U( z 然而盧秉恒認(rèn)為,這些觀點有些過分夸大了3D打印的影響?!?D打印技術(shù)不會對傳統(tǒng)的車間、數(shù)字機床產(chǎn)生太大的沖擊。3D打印技術(shù)在目前來看,最適合用于新產(chǎn)品的開發(fā)。而從制造角度來看,它并不是最合適的?,F(xiàn)在大多數(shù)的3D打印技術(shù)精度還達不到傳統(tǒng)制造的程度,也很難實現(xiàn)傳統(tǒng)制造方式的大批量、低成本制造?!北R秉恒說。, x. g: r: }% T' P8 { H6 M9 g% j
( o& ]1 }) h( @1 R3 z 北京隆源自動成型系統(tǒng)有限公司(以下簡稱北京隆源)總經(jīng)理馮濤也在接受《中國科學(xué)報》記者采訪時表達了類似的觀點。他認(rèn)為,3D打印在協(xié)同制造和實現(xiàn)創(chuàng)意方面較有優(yōu)勢,但無法替代傳統(tǒng)的制造方式。
2 P. R! e z/ p" h' O 北京隆源是中國較早將3D打印技術(shù)產(chǎn)業(yè)化的企業(yè)。馮濤告訴記者,他們曾用3D打印技術(shù)為汽車公司制造自動變速箱的殼體。如果按照傳統(tǒng)方式生產(chǎn),僅開模具的花費就很大,并且周期長,而采用3D打印技術(shù),很快就能拿到模具,價格相對低廉,性能也能達到設(shè)計預(yù)期要求。" N+ c: e# R" C6 c: O' p5 [
不過馮濤向記者強調(diào),真正在市場上銷售的車,變速箱并不是用這個方法做的。“汽車公司會對變速箱進行各種極端狀況下的測試,其中一些零件就是用3D打印方法做的。定型了以后,再開模具,然后按照傳統(tǒng)制造方法批量生產(chǎn),這樣成本就會大大降低。”馮濤說。8 h I1 X0 ^4 g+ @6 m* e* |
盧秉恒也表示,3D打印適用于制造難加工的貴重材料,以及用傳統(tǒng)制造方法浪費大、甚至根本做不出來的復(fù)雜形狀。在大批量生產(chǎn)方面,則還須依靠傳統(tǒng)制造。6 }5 Y! f8 J. M) Q5 s
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