高端制造的利器(開卷知新)

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圖①：小型3D打印機。　　影象除蟎沐浴乳，中國 　　圖②：河北省邢台市家樂土小學西席指导學生拼搭3D打印模子。　　新华社记者 张 驰摄

3D打印是制造業热點技能，利用范畴极广。它既可以打印塑料、陶瓷等非金属質料，也能够打印鋼铁、铝合金、钛合金、高温合金等金属質料，和复合質料、生物質料乃至是生命質料，成形尺寸從微纳米元器件到10米以上大型航空布局件，為現代制造業成长及傳统制造業進级转型供给了庞大契機。

相较傳统制造法子，3D打印在理念上大為分歧。咱们常常利用的產物都是三维的，傳统制造法子是模具成形或切削加工，也被称作是等材制造及减材制造。等材制培養是人们熟知的铸锻焊，已稀有千年汗青。不管是四川的三星堆，仍是陕西的戎马俑，都能看到用等材制造法子制成的精彩铜器。電念头問世後，以其為動力，可以對質料举行切削加工。由于在車铣刨磨的加工進程中質料逐步被切掉，以是被称為减材制造。與上述两種傳统制造法子比拟，咱们俗称的3D打印技能是上世纪80年月發現的新制造法子，雷同燕子衔泥造窝，質料一點一點累加，造出三维物體来，是以又称增材制造。固然從理念上说，燕子衔泥、万里长城均可以視作增材制造，可是只有在计较機節制下，把必要的質料依照設計累加到必要的处所，实現控形控性，才鉅城娛樂城,是真实的增材制造。

赋能產物設計制造，鞭策高端制造業长足前進

颠末多年钻研與成长，人们發現了光固化、粉末烧结、丝材累加等3D打印技能。這3種技能别离操纵激光扫描液态光敏树脂概况，使之固化，或高能束扫描質料粉末，使之烧结，或采纳热/電弧/高能束熔融丝材依照圖形剖面铺設等法子，在剖面上一层层累加，制成三维实體零件。信息技能日月牙异，3D打印技能在计较機節制下，可以打印出多種質料、肆意外形，是以在工業及平常糊口中，正带来很多重大变革。

分歧的制造技能有分歧的技能特色。好比等材制造的铸锻焊進程，必要模具、砂型，若是咱们只做一件样品，本錢上就劃不来，它更合适于批量制造。固然，也能够用减材制造举行切削加工，但加工進程會造成質料挥霍。好比航空航天制造中，為实現轻量化，一些零件很大却很轻，外形繁杂，要把質料尽量地散布在邊缘，這就必要切掉不少質料。對一些像铝合金、钛合金如许寶贵的金属来讲，支出的本錢昂扬。3D打印技能解脱了模具、工装夹具等出產筹备事情，在新產物開辟、首件制造等方面，极大收缩了周期，低落了本錢。并且經由過程计较機節制，彻底实現数字化，哪里必要質料，便可以把質料聚积到哪里，做到節材制造。

今朝，我國很多企業的制造能力强，但產物開辟能力相對于不足，制约了制造業向价值链顶真個成长。3D打印可以帮忙咱们补足這一短板，收缩設計迭代、样機建造、评价、阐發、改良、量產等流程。如在航空航天等高端設备的快速開辟和迭代進级方面，3D打印已成為新產物開辟的有力東西。

3D打印还為立异設計拓展出庞大空間。曩昔設計師固然有很好的構思，但因為模具制造的繁杂性、切削加工空間的可达性，不克不及依照原構思来設計，只能把大的零件拆成几10、上百個小零件，設計與制造的本錢随之增长。對付傳统制造难以实現的零件外形或布局，3D打印可以胜任，經由過程布局一體化制造，实現最優設計構思。這就為設計立异、產物立异、設备立异供给庞大空間，由此為制造業带来不成估计的效益。好比，一家出產飞機發念头的大型公司，本来在制造發念头燃油喷嘴進程中，因為制造技能的局限，必要把喷嘴分成20多個零件去制造。這20多個零件中的每個都要到达微米级，装置在一块兒時必要焊接，但是一焊接，就达不到微米级的精度了。成果，燃油喷嘴的制造缺少一致性，燃油效力很难優化。而如今，可以把20多個零件一體化地3D打印出来，化繁為简，提高了零件的燃油效力，大大加强產物竞争力。

除长于繁杂零件的設計制造，3D打印还可以在個性化制造上大显技艺。陪伴信息化過程，個性化制造在愈来愈多的范畴替换流水線式多量量制造。家電、可穿着電子装备甚至汽車等消费品愈来愈显現個性化趋向，而3D打印尤其长于個性化制造。好比為运带動3D打印一雙最合适其脚型的鞋子，将有助于改良穿戴體验，提高活動成就。在精准醫療范畴，如骨科手術辅具、牙科正畸、手術模子等方面，可以或许愈来愈多地看到3D打印的利用。3D打印醫療器械新產物层見叠出，已從最初用于制造生物假體，扩大至细胞、组织和器官打印钻研，将来或将用于人體器官再創，為人类带来福祉。

财產链不竭扩大，“3D打印+”迈上新台阶

全世界增材制造财產链正在不竭扩大。航空航天、帆海、能源動力、汽車和轨道交通、電子工業、模具制造、醫療康健、数字創意、修建等范畴的企業和辦事廠商不竭涌入增材制造财產。汽車行業超出航空航天、醫療等范畴，成為3D打印技能的第一大利用行業，包含原型設計、模具制造和批量化3D打印零件等。

3D打印在前沿科學钻研方面，也阐扬着愈来愈首要的感化。3D打印技能能在可控前提下，快速将分歧質料夹杂在一块兒，打印试件或零件，是以可以依照質料基因组法子，实行與發現新合金、新复合質料，為工業利用快速開辟出更多更好的新質料，知足高端設备、新產物的多方面需求。比年来，功效梯度質料愈来愈遭到器重。用多種分歧質料打印零件，将質料分层，分歧質料打印在分歧层，零件便可以实現概况是耐磨、耐腐化的，内里是高强度、韧性好的，再内里就像人體的骨头同样，是蓬松的蜂窝状布局。如斯一来，產物在加强刚性的同時减轻了重量。

當前，人们正致力于增材制造技能開辟與财產化。3D打印已利用于我國航空航天開辟和小批量制造、汽車快速開辟及轻量化、精准醫療、文化台北花店, 創意等范畴。在質料制备、3D打印主流工艺與設备、關头零部件、節制软件及各范畴工程利用等方面，開端構成立异链與财產链。客岁，我國增材制造财產范围增速高于全世界同期增速。我國已将3D打印利用于飞機升降架這種高负荷承力件；中國首枚火星探测器“天問一号”的运载火箭發念头上，安装了很多3D打印零件。作為一種短流程的制造技能，3D打印在抗击新冠肺炎疫情中也阐扬了感化，如3D打印醫療方舱、護目镜、呼吸阀等。

颠末近40年成长，增材制造已迈向“3D打印+”阶段。從起头的原型制造逐步成长為直接制造、批量制造；從以外形節制為重要方针的模子模具制造，到形性兼具的布局功效一體化的部件组件制造；從微纳米標准的功效元器件制造到数十米巨细的民用修建物打印……增材制做作為一項变化性技能，是先辈制造的有力東西，是智能制造不成朋分的首要構成部門。

跟着“3D打印+”的深刻展開，增材制造、减材制造與等材制造将走向互融互通。分歧制造技能各显其长，阐扬协力，配合鞭策我國由制造大國向制造强國迈進。

（作者為中國工程院院士、西安交通大學傳授）

制圖：赵偲汝

举薦读物：

《3D打印：打印将来》：中國機器工程學會编著；中國科學技能出书社出书。

《增材制造與航空利用》：张嘉振主编，路新副主编；冶金工業出书社出书。

《機器制造技能根本》：卢秉恒主编；機器工業出书社出书。

《 人民日報 》（ 2022年04月19日 20 版）返回搜狐，检察更多