5月25日,記者在沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院見到了傳說(shuō)中的3D打印設(shè)備。
設(shè)備高將近2米,寬約1.5米,遠(yuǎn)看就像一臺(tái)普通機(jī)床,白藍(lán)兩色的外殼,有液晶顯示屏,開關(guān)按鈕,調(diào)試按鈕等。但打開這臺(tái)機(jī)器,它的與眾不同馬上就顯現(xiàn)出來(lái)了。它的內(nèi)部有一個(gè)手臂一樣的工作頭,封閉的空間里固定著一個(gè)工作臺(tái),工作的時(shí)候工作頭里會(huì)輸出耗材,并在工作臺(tái)上一層一層做出產(chǎn)品。遺憾的是記者去采訪的當(dāng)天3D設(shè)備沒有開啟,記者沒能看到它工作的過(guò)程。
叫“3D”與生產(chǎn)原理無(wú)關(guān)
沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)創(chuàng)新設(shè)計(jì)中心原型驗(yàn)證部部長(zhǎng)徐有倉(cāng)告訴記者,3D打印技術(shù)又叫快速成型技術(shù),其實(shí)是增材制造的俗稱,其核心是數(shù)字化、智能制造與材料科學(xué)的結(jié)合。它之所以叫3D打印,與制造方法無(wú)關(guān)。1982年,在紫外線設(shè)備生產(chǎn)企業(yè)任職的美國(guó)人胡爾,將一種液態(tài)光敏樹脂倒入大容器中,在容器里放置一個(gè)升降平臺(tái),容器上方的紫外激光器根據(jù)計(jì)算機(jī)指令照射液面,所到之處,材料會(huì)發(fā)生光聚合反應(yīng),迅速?gòu)囊簯B(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài),當(dāng)一層打印完成后,未被照射的地方仍保持液態(tài),此時(shí)在液面以下0.05毫米到0.15毫米的升降平臺(tái)會(huì)下降一層,激光器開始打印第二層。這個(gè)過(guò)程不斷重復(fù),直到整個(gè)物件制造完畢。這項(xiàng)立體光刻(SLA)技術(shù)就是最早的3D打印。后來(lái)他成立了3DSystems公司,這項(xiàng)技術(shù)就被稱為了“3D技術(shù)”。
與傳統(tǒng)上對(duì)原材料進(jìn)行削切的減材制造相反,3D打印好比用磚頭砌墻,通過(guò)液體光固、金屬激光焊接、粉末黏合的方式將材料逐層增加,最后增加成一個(gè)三維物件。
3D技術(shù)帶來(lái)設(shè)計(jì)“革命”
在工業(yè)大學(xué)的3D打印機(jī)旁放著小型螺旋槳、小球、沙盤模型等,這些都是3D打印機(jī)用類似石膏粉末一樣的材料生產(chǎn)出的實(shí)物,一千克的成本約1500元。
一個(gè)產(chǎn)品問(wèn)世經(jīng)歷了設(shè)計(jì)師思想——模具——批量生產(chǎn)過(guò)程。其中,模具介于設(shè)計(jì)師思想與產(chǎn)品成為現(xiàn)實(shí)之間,是一個(gè)中介。然而,做成模具的費(fèi)用是一筆不小數(shù)字。行業(yè)認(rèn)為,因產(chǎn)品不同模具成本也相差巨大,有的一個(gè)模具成本達(dá)數(shù)千萬(wàn)元,甚至上億元。因此,設(shè)計(jì)上失敗,就意味著巨額損失,這就為設(shè)計(jì)師設(shè)置了沉重的思想枷鎖。3D打印技術(shù)用低成本做出原圖驗(yàn)證,把設(shè)計(jì)成本降到了最低,讓設(shè)計(jì)者的設(shè)計(jì)思想獲得解放,無(wú)疑帶來(lái)了設(shè)計(jì)上的“革命”。
“之前我們?yōu)樯蜿?yáng)一家科學(xué)儀器公司設(shè)計(jì)了一款色普分析儀,一年半的時(shí)間我們花費(fèi)了將近4萬(wàn)元,在對(duì)方的要求下做出來(lái)一個(gè)設(shè)計(jì)的模型,但客戶對(duì)模型不滿意——模型和設(shè)計(jì)圖不一樣。使用3D打印機(jī)后,沒有幾天時(shí)間,模型設(shè)計(jì)出來(lái)子?蛻艨吹胶,眼睛都亮了,馬上付了設(shè)計(jì)款,我們花費(fèi)全部成本還不到400元!毙煊袀}(cāng)說(shuō),3D打印技術(shù)在工業(yè)革命中其實(shí)是給人一種革命式的思維,沒有成本壓力下的設(shè)計(jì),讓人的設(shè)計(jì)思想更自由,更容易實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新。
11年前開始研發(fā)3D技術(shù)
沈陽(yáng)新松機(jī)器人自動(dòng)化股份公司高端裝備與3D打印技術(shù)事業(yè)部總經(jīng)理劉長(zhǎng)勇告訴記者,公司從2002年就開始自主研發(fā)快速成型技術(shù),2007年掌握了激光熔覆關(guān)鍵技術(shù),將業(yè)務(wù)范圍成功開拓到激光再制造領(lǐng)域!爱(dāng)年我們的產(chǎn)品就被高端汽車制造商用于汽車模具的修復(fù)。汽車模具用久了會(huì)有損壞,再開模具做一套要花費(fèi)幾千萬(wàn)元,甚至上億元,但使用我們的3D打印機(jī),能直接用金屬粉通過(guò)高功率激光器進(jìn)行修復(fù),費(fèi)用還不到傳統(tǒng)生產(chǎn)的十分之一!
2012年下半年,公司又成功研制出激光快速成型系統(tǒng),能生產(chǎn)出航空航天領(lǐng)域的多個(gè)主承力構(gòu)件、發(fā)動(dòng)機(jī)葉片等。
目前,新松公司已擁有一般激光3D成型技術(shù),產(chǎn)品可用于新產(chǎn)品外觀驗(yàn)證、設(shè)計(jì)驗(yàn)證、功能驗(yàn)證、新產(chǎn)品樣件、工程分析等,以及國(guó)際領(lǐng)先的激光快速直接成型制造技術(shù),可直接或間接制造出有完全使用功能的金屬部件等。另外金屬顆粒更細(xì)小的金屬絲快速成型技術(shù)也在研發(fā)過(guò)程中。去年,公司與3D技術(shù)相關(guān)產(chǎn)品的合同累計(jì)金額已超過(guò)5000萬(wàn)元。
劉長(zhǎng)勇說(shuō),3D打印技術(shù)在沈陽(yáng),甚至在中國(guó)還屬于新興產(chǎn)業(yè),但在美國(guó),上世紀(jì)80年代末,它就已經(jīng)應(yīng)用在了設(shè)計(jì)驗(yàn)證上。不需要模具,可以直接進(jìn)行樣品原型制造,除了縮短了從圖紙到實(shí)物的時(shí)間、節(jié)省花費(fèi),樣品原型驗(yàn)證更方便了對(duì)設(shè)計(jì)改進(jìn)和創(chuàng)新,可以說(shuō)它為美國(guó)設(shè)計(jì)領(lǐng)域的飛速發(fā)展提供了有力支撐。
他還表示,快速制造領(lǐng)域國(guó)際權(quán)威報(bào)告《沃勒斯報(bào)告2012》顯示,截至2011年,全球累計(jì)銷售4.9萬(wàn)臺(tái)工業(yè)級(jí)3D打印機(jī),其中近四分之三由美國(guó)制造,中國(guó)生產(chǎn)的設(shè)備只占3.6%。這說(shuō)明中國(guó)的3D打印技術(shù)還要走很長(zhǎng)、很艱苦的路。
是對(duì)傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的補(bǔ)充
3D打印技術(shù)開始熱起來(lái),源于2012年奧巴馬美國(guó)總統(tǒng)競(jìng)選綱領(lǐng)。他提出了美國(guó)要未來(lái)發(fā)展兩大技術(shù),一個(gè)是機(jī)器人制造技術(shù),另一個(gè)就是3D打印技術(shù)。此后,3D打印技術(shù)開始在中國(guó)熱起來(lái)。
沈陽(yáng)新松機(jī)器人自動(dòng)化股份公司總裁曲道奎表示,目前,整個(gè)世界范圍3D打印技術(shù)還處于成長(zhǎng)階段。設(shè)備結(jié)構(gòu)、控制系統(tǒng)及3D打印技術(shù)軟件、工藝及材料等諸多課題都有待突破,其產(chǎn)業(yè)化和市場(chǎng)化還需要一段時(shí)間。除了這些3D打印技術(shù)還存在著成本高效率低等不足,所以它只適應(yīng)于價(jià)格不敏感、量小、工藝結(jié)構(gòu)復(fù)雜的特殊行業(yè)。就現(xiàn)代化大批量生產(chǎn)制造而言,傳統(tǒng)制造模式還遠(yuǎn)優(yōu)于這種技術(shù)。嚴(yán)格來(lái)講,3D打印制造的只是飛機(jī)和汽車的外殼及零部件,至于飛機(jī)和汽車中的精密儀器,如集成電路,用目前的3D打印技術(shù)顯然是難以實(shí)現(xiàn)的。
當(dāng)然,作為一種新的技術(shù),3D打印有很多優(yōu)