3D打印技術(shù)推動(dòng)制造業(yè)生產(chǎn)方式由大規(guī)模批量化生產(chǎn)向個(gè)性化定制轉(zhuǎn)變

3D打印被多國(guó)研究人員視為引領(lǐng)新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革的核心技術(shù)之一，發(fā)展前景廣闊。隨著經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展和生活水平逐步提高，消費(fèi)者更加追求個(gè)性化需求，3D打印將與機(jī)器人、自動(dòng)化設(shè)備等技術(shù)一起，提高制造業(yè)生產(chǎn)線的柔性化程度，以更低成本生產(chǎn)定制產(chǎn)品，推動(dòng)制造業(yè)生產(chǎn)方式由大規(guī)模批量化生產(chǎn)向個(gè)性化定制轉(zhuǎn)變。

金屬3D打印，是3D打印技術(shù)的高難度發(fā)展分支，除了具備無(wú)需模具且可定制的優(yōu)勢(shì)以外，在打印效率和打印質(zhì)量上，相比傳統(tǒng)金屬加工工藝，均有較為明顯的提升。金屬3D打印技術(shù)已在航空航天、汽車制造、能源動(dòng)力等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，全球市場(chǎng)呈現(xiàn)強(qiáng)勢(shì)增長(zhǎng)勢(shì)頭。

實(shí)際上，不論是二維平面打印還是三維立體打印，本質(zhì)上都是一種打印技術(shù)。不同的是，平面打印最后以平面形狀的方式將文件內(nèi)容打印出來(lái)。除了傳遞信息，平面打印并不具備實(shí)際的功能。相比于平面打印的文件，3D打印卻可以直接實(shí)現(xiàn)功能。

3D打印需將想要打印的物品的三維形狀信息寫入到3D打印機(jī)可以解讀的文件，再等3D打印機(jī)解讀文件后，以材料逐層堆積的方式打印出立體形狀?？梢哉f(shuō)，三維的形狀就是功能的基礎(chǔ)，打印出了形狀，也就打印出了功能。

簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，就如同在蛋糕店制作蛋糕時(shí)，直接根據(jù)需要加工的形狀擠出奶油，而不是銑削掉多余結(jié)構(gòu)生成目標(biāo)零件的方法。3D打印技術(shù)在現(xiàn)代制造過(guò)程中發(fā)揮著不可替代的作用，主要表現(xiàn)為將數(shù)字化信息技術(shù)與制造技術(shù)融合，根據(jù)任意零件三維模型成形復(fù)雜形狀的零件，無(wú)需專用模具。

據(jù)MarketsandMarkets的新研究報(bào)告，2019年全球3D打印金屬市場(chǎng)估計(jì)為7．74億美元。這家研究公司預(yù)測(cè)，到2024年，市場(chǎng)規(guī)模將超過(guò)31億美元，從2019年到2024年，年均復(fù)合增長(zhǎng)率為32．5％。推動(dòng)這一增長(zhǎng)的原因是國(guó)防、汽車終端、航空航天對(duì)3D打印金屬的需求不斷增長(zhǎng)。

金屬3D打印工藝中金屬粉末質(zhì)量是影響最終打印部件結(jié)構(gòu)及性能的關(guān)鍵因素之一，目前國(guó)內(nèi)制粉水平接近國(guó)外但仍有差距。金屬粉末質(zhì)量越好、顆粒徑越小，其打印出的產(chǎn)品致密性、機(jī)械性能也就越好。

金屬增材制造技術(shù)發(fā)展中有三個(gè)重要的因素，設(shè)備、材料和工藝，國(guó)內(nèi)目前在這三方面還有提高的空間。為了擴(kuò)大3D打印技術(shù)的應(yīng)用規(guī)模， 金屬增材制造技術(shù)正在朝著低成本、大尺寸、高效率、高精度、多材料方向發(fā)展。

常規(guī)金屬3D打印技術(shù)同樣存在致命缺陷：一是沒(méi)經(jīng)過(guò)鍛造，綜合力學(xué)性能不及鍛件，尤其是韌性和疲勞性能；二是冶金質(zhì)量難以控制，易產(chǎn)生氣孔、未熔合等冶金缺陷。如何消除這些影響成件質(zhì)量的因素，也就成為了業(yè)內(nèi)人士接下來(lái)需要攻關(guān)的重點(diǎn)難題。

在金屬3D大打印落地的過(guò)程中，當(dāng)然離不開3D打印設(shè)備。近日，3D打印機(jī)制造商ExOne宣布推出新型InnoventPro金屬3D打印機(jī)以及新型X1D1自動(dòng)導(dǎo)引車概念圖，用于促進(jìn)3D打印的高效運(yùn)行。打印機(jī)可以達(dá)到700 cc ／小時(shí)的打印速度。新的3D打印系統(tǒng)專為學(xué)者、研究人員和眾多制造商而設(shè)計(jì)，更新后的系統(tǒng)將使用戶能夠快速、經(jīng)濟(jì)、可持續(xù)地生產(chǎn)金屬零件。

此外，當(dāng)下一個(gè)十分關(guān)鍵的環(huán)節(jié)是要開展高性能材料的研發(fā)，尤其是航空工業(yè)鎳基耐高溫材料等的研發(fā)。開展3D打印材料基因組的研究，設(shè)計(jì)出所需要的各種合金，提升材料價(jià)值。相信在突破材料、技術(shù)等因素的束縛后，我國(guó)3D打印產(chǎn)業(yè)能取得更多成果。

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