3D打印正改變我們的工作與生活

江門市新會區(qū)會城邦諾模具加工部 柯秉光

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3D打印正改變我們的工作與生活

江門市新會區(qū)會城邦諾模具加工部 柯秉光

時下在我們的日常生活當中經(jīng)常會出現(xiàn)3D打印這個詞，國內(nèi)外媒體的新聞資訊也對其做了大量的報道：比如科幻電影中出現(xiàn)的3D打印場景，現(xiàn)實當中的3D打印汽車、3D打印房子，實驗室里的3D打印器官，就連我們的起居飲食當中也能找到3D打印服飾、3D打印巧克力等，仿佛一夜之間我們都進入了3D打印的時代。面對當前傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟持續(xù)低迷，以3D打印為代表的增材制造技術(shù)已成為世界各國關(guān)注的熱點之一，歐美以及亞洲多個國家與經(jīng)濟體還制定了相關(guān)的發(fā)展戰(zhàn)略與規(guī)劃：德國推出的《工業(yè)4.0》；歐盟發(fā)布的《3D打印標準化路線圖》；美國國家科學與技術(shù)委員會發(fā)布的《先進制造國家戰(zhàn)略計劃》。2015年5月8日，國務(wù)院印發(fā)《中國制造2025》，是我國實施制造強國戰(zhàn)略第一個十年的行動綱領(lǐng)。有人說3D打印正引發(fā)一場新的工業(yè)革命，依我看不管你是否準備好迎接變革的到來，我們都已經(jīng)在這場革命的洪流中并肩前行。

傳統(tǒng)的產(chǎn)品加工生產(chǎn)模式（減材制造），一般是先把原材料做成產(chǎn)品的毛坯，然后通過機床與刀具對毛坯進行切削加工，再配合后續(xù)的工藝并最終做出成品。而增材制造標志性工藝之一的3D打印，可將液態(tài)、絲狀、粉末等狀態(tài)的光敏樹脂、塑料、金屬，運用SLA、FDM、SLS等3D打印技術(shù)，經(jīng)過逐層加工，疊加成型的工藝過程，直接加工成最終的成品。與傳統(tǒng)生產(chǎn)模式相比，3D打印的材料利用率極高（幾乎無損耗），工藝環(huán)節(jié)較少，適合生產(chǎn)結(jié)構(gòu)復雜的產(chǎn)品，如垂直方向的凹陷、中空、鏤空等結(jié)構(gòu)，但缺點是批量生產(chǎn)效率仍很低。下面將從工作與生活兩個方面講述下當前3D打印的應(yīng)用現(xiàn)狀。

在工業(yè)上，目前3D打印技術(shù)的應(yīng)用尚未普及，小批量的3D打印加工多用于航天航空工業(yè)的特殊零部件，而目前應(yīng)用最多的還是在產(chǎn)品的開發(fā)以及個別模具的試制上。這里以一款手推車的轉(zhuǎn)向輪機構(gòu)為例，講述3D打印輔助產(chǎn)品開發(fā)。某外國A公司需要開發(fā)一款手推車，其中轉(zhuǎn)向輪機構(gòu)由國內(nèi)B公司設(shè)計開發(fā)，B方需要按A方要求設(shè)計產(chǎn)品并將其試樣提供給A方檢測，直至樣板確認方可進行模具的開發(fā)以及產(chǎn)品的生產(chǎn)。按往常的做法，B方一般是以A方確認的設(shè)計圖，用CNC加工出塑料樣板并人工修正難以加工的部位，然后通過國際快遞交付給A方檢測。A方收到樣板后作測試評估并提出修正意見，B方根據(jù)修正意見重新設(shè)計做試樣然后快遞給A方再測評，如此流程直至產(chǎn)品設(shè)計定案。通常CNC加工手板需要兩天時間，國際快遞需要三天，算上設(shè)計以及評估的時間，一個月可以完成四套方案的整個設(shè)計流程。當我們引入3D打印技術(shù)，只需普通的桌面級3D打印機，整個開發(fā)的流程將發(fā)生巨大的變化。通過實際的測試，用桌面級3D打印機完成該手板僅需10小時（含打印件的支撐去除），而且打印過程可以無人值守，設(shè)計師在傍晚下班前只需按下打印啟動按鈕，第二天到公司就可以拿到打印件，去除支撐后便可以直接給A方寄出去了。而且不用耽誤CNC的正常加工時間，無需鉗工師傅作樣板的精修，相同的設(shè)計流程僅需20天完成。如果兩家公司都使用3D打印機，B方只需將設(shè)計方案提供給A方，A方便可以完成手板制作以及測試評估的整個流程，節(jié)省下CNC加工以及國際快遞兩個環(huán)節(jié)，相同的設(shè)計流程可以縮短至10天內(nèi)完成。3D打印技術(shù)用于模具開發(fā)也是很適合的，比如SLS成型的隨形冷卻模芯，可以改善產(chǎn)品的成型質(zhì)量并提高生產(chǎn)效率。而產(chǎn)品的試樣與開發(fā)，也可以用特殊的3D打印技術(shù)把核心模具配件打印出來并組立成簡易模具，生產(chǎn)出小批量的試驗產(chǎn)品，節(jié)省了模具開發(fā)費用與時間。

與此同時，3D打印技術(shù)正在不斷的改變我們平常的生活，桌面級3D打印機也逐漸成為家庭的常用工具。如圖1所示玩具車的3D打印修復所示，一輛玩具車由于底盤上的卡扣斷了導致后輪及動力部分松動而損壞。個別不會修復的朋友就直接把玩具車報廢了，而會修復的一般都是用膠水一類的塑料粘合劑把動力車輪組在底盤上粘牢，但由于粘合的抗沖擊能力不高，玩具車很快又會因相同的問題而損壞。當我們身邊有3D打印機而且具備基礎(chǔ)的建模能力，就會分析卡扣附近的配合結(jié)構(gòu)，設(shè)計出合理的固定壓塊，然后用3D打印機做出來并重新安裝到玩具車上。整個拆解分析、建模、打印及安裝的過程僅需30min，玩具車的結(jié)構(gòu)比原先的設(shè)計更合理，抗沖擊的能力也更強。

如果你喜歡養(yǎng)花，可以打印藝術(shù)造型的花瓶，要是單層的廣口花瓶，還可以在里面放置一盞LED燈，將其變?yōu)榘踩?jié)能的藝術(shù)燈飾點綴房間。我們還可以給家里的小孩打印齒輪魔方、恐龍頭骨模型、豎笛之類的玩具，激發(fā)他們對科學技術(shù)的興趣，培養(yǎng)創(chuàng)意思維，讓智造中國從娃娃抓起（見圖2創(chuàng)意家居與3D打?。?。另外，如圖3個性定制的3D打印烘焙所示，3D打印相關(guān)的食品也逐漸推出市場。

可以預見的未來，3D打印技術(shù)將改變我們的生活方式：眾多的日常生活用品將支持家庭3D打印機，我們網(wǎng)購的時候直接對產(chǎn)品模型或者加工程序進行支付，便可通過家里的3D打印機獲取所需的產(chǎn)品。對于支持3D打印的食品，我們也可以通過類似的方式進行支付，足不出戶即可得到個性化訂餐。在憧憬未來的同時，我們應(yīng)立足現(xiàn)狀：當前我國所掌握的3D打印硬件核心技術(shù)較少，相關(guān)的國產(chǎn)化建模、打印軟件屈指可數(shù)，3D打印技術(shù)認知與教育培訓普及率低。個人認為當前3D打印可從學生抓起，如同計算機普及教育一樣，以學生為起點家庭為單位，逐步普及3D打印技術(shù)。在這個基礎(chǔ)上集思廣益，潛心鉆研尋求突破，自主研發(fā)建模軟件并掌握核心技術(shù)。工匠精神、全民創(chuàng)新，將引領(lǐng)我們逐步實現(xiàn)智造強國?！?/p>

圖1　玩具車的3D打印修復

圖2　創(chuàng)意家居與3D打印圖3　個性定制的3D打印烘焙