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3D打印再掀产业革命潮 材料瓶颈亟待突破
作者:   发布日期:2013-06-01 00:00:00   查看次数:979 次

 3D打印的比基尼可以穿?3D打印的巧克力可以吃?没错,这是真的!

  这,仅仅是3D打印技术在文化创意产业上的应用。在2013世界3D打印技术产业大会上,多位专家认为,3D打印技术更大的价值会体现在工业、医疗等领域,而当下亟待解决的是3D打印材料瓶颈。

  ⊙记者 王雪青

  3D打印应用前景广阔

  目前3D打印技术在文化创意产业的应用尚处起步阶段,已有的应用包括3D照相馆、时装、玩具、艺术品复制等,其他应用领域的市场前景十分巨大

  

  “3D打印应用到文化创业产业,对该行业来说是一个革命性的进步。”在国际3D打印大会文化创意产业专题讨论会上,业内人士一致认为。

  多位专家认为,目前3D打印技术在文化创意产业的应用尚处起步阶段,已有的应用包括3D照相馆、时装、玩具、艺术品复制等,其他应用领域的市场前景十分巨大。

  在杭州先临三维有限公司总经理李涛看来,3D打印在文化创意领域的应用非常多,既包含了个性化的定制和制造,也包含像珠宝首饰这种现代艺术品的生产和制造,还有古代艺术的再现,如文物等高端艺术品的衍生品。

  3D打印应用于文化创意产业的意义大致有三个方面。首先,该技术能够为独一无二的文物和艺术品建立一个真实准确完整的三维数字档案,随时随地并且高保真的把这个数字模型再现为实物。第二,3D打印技术取代了传统的手工制模工艺,在作品精细度、制造效率方面带来了极大的改善和提升。第三,该技术带来了大量的跨界整合和创造的机会,给艺术家们带来了更为广阔的创作空间,在文物和高端艺术品的复制修复衍生品开发方面的作用尤为明显。

  将3D打印技术应用于巧克力制作的英国Choc Edge Ltd公司创始人郝亮称,3D打印给我们带来很多自由的空间来做创意产品,“它可以成为一个高附加值的产品,一切取决于你的创意。”

  生物3D打印市场空间大

  当3D打印与医学影像建模、仿真技术结合之后,就能够在人工假体、植入体、人工组织器官的制造方面产生巨大的推动效应

  

  3D打印技术在生物医学中的应用,最神奇的无疑就是人工器官的制造。重要的是,通过使用病人自身干细胞打印的人体器官,器官移植后基本不会出现排异反应。目前国际上已有共识,只有通过生物3D打印,才可能真正解决人体的器官移植问题。

  在生物医学专题讨论中,杭州电子科技大学生物制造研究所教授徐铭恩直言:“生物3D打印是3D打印技术研究中最前沿的领域。”

  为什么做生物3D打印?徐铭恩总结为两点:第一,生物医学领域的市场规模特别巨大。“我想任何一项技术出来,有两个最赚钱的领域,一个就是医学、一个就是军事。”徐铭恩如是说。根据美国卫生部调查,2009年,美国在医疗卫生方面的开支达2.5万亿美元,约占美国当年GDP的17.6%、国民收入的40%。美国卫生部进一步预测,到2018年,美国在医疗卫生方面的支出将达GDP的20.3%,市场空间非常巨大。

  第二,生物3D打印应用前景特别巨大。由于生物3D打印技术具有快速、准确,及擅长制作复杂形状实体的特性,使它在生物医学领域有着非常广泛的应用前景。由于每个人的身体构造、病理状况都存在特殊性和差异化,当3D打印与医学影像建模、仿真技术结合之后,就能够在人工假体、植入体、人工组织器官的制造方面产生巨大的推动效应。

  杭州电子科技大学生物制造研究所近年一直专注于生物3D打印领域的研究和应用,主要是细胞3D打印技术。据介绍,细胞3D打印的应用领域有以下几方面:一是实验室领域,可为再生医学、组织工程、干细胞、癌症等领域提供很好的研究工具;第二,可以为构建和修复组织器官提供新的临床医学技术;第三,开发全新的高成功率的技术。此外,细胞3D打印技术在药物研发领域的应用也非常广泛。

  3D打印应与传统工艺结合

  3D打印与传统加工工艺不是取代的关系,而是结合的关系。比如,金属3D打印应与热加工相结合,反过来热加工也要与金属3D打印相结合

  

  “3D打印与传统工艺相结合是3D打印的发展方向。”在工业制造专题演讲中,清华大学教授颜永年如是说。他是中国最早开始从事3D打印技术研究的权威学者。

  在他看来,任何一项新技术的发展都不能脱离已有的技术孤立地发展,与原有技术互相补充是基本的发展理念。“3D打印与传统加工工艺不是取代的关系,而是结合的关系。比如,金属3D打印应与热加工相结合,反过来热加工也要与金属3D打印相结合。”

  华中科技大学教授史玉升教授认为,中国制造业产值居世界首位,但想要长期保持优势地位,依靠传统技术难以为继,必须借助3D打印等先进技术。他认为,在中国制造业中,能够从起步阶段就与世界处于同一水平的只有3D打印。

  在史玉升看来,工业级3D打印技术的意义在于:3D打印是提升我国创新能力,实现从“中国制造”走向“中国创造”的重要途径;可极大地降低产品研发创新成本,缩短创新研发周期;简化制作,提高产品质量与性能;制造出传统工艺无法加工的零部件,极大增强了工艺实现能力;提高难加工材料可加工性,拓展了工程领域绿色的制造模式;变革传统制造模式,形成新型制造体系。

  材料瓶颈制约3D打印发展

  未来3D打印的真正发展将在高端领域,而高端打印材料的发展尚无法满足3D打印技术发展的需要

  

  理论上来说,所有的材料都可以用于3D打印,例如塑料(10300,80.00,0.78%)、高分子材料、木材、玻璃(1382,-19.00,-1.36%)、巧克力、陶瓷、石膏、金属,以及生物材料等。

  然而,目前业内人士已普遍认识到,材料瓶颈已经成为限制3D打印发展的首要问题,因为未来3D打印的真正发展将在高端领域,而高端打印材料的发展尚无法满足3D打印技术发展的需要。

  在昨日专设的“材料专题”上,深圳光华伟业董事长杨义浒说:“3D打印由设备、软件、材料等三部分组成,其中材料是不可或缺的环节,而现在业界主要研究的是设备和软件,对材料研究还不够重视。”

  他认为,目前3D打印材料的问题表现在五个方面:第一,可适用的材料成熟度跟不上3D市场的发展;第二,打印流畅性不足;第三,材料强度不够;第四,材料对人体的安全性与对环境的友好性的矛盾;第五是材料标准化及系列化规范等。

  通过与设备厂商的交流,杨义浒发现,3D打印材料的发展离不开耗材的支持,好的耗材应具备4个方面的特点。其一,耗材应该无毒、环保;其二,材料性能要稳定,能够满足打印机持续可靠运行;其三,材料功能应该是越来越丰富,例如现在已对部分材料提出了导电、水溶、耐磨等要求;其四,经济性要好,客户用得起。

  金属材料是工业级3D打印的主要原料之一。据专家介绍,金属材料的种类很多,比如强度钢用于注塑模具成形;不锈钢材(3416,-23.00,-0.67%)料因为具有很好的抗腐蚀和机械性能、高强度的韧性,主要用其制造中空的手术器械、涡轮发动机,及涡轮发动机零配件;铝合金材料应用在航空航天、汽车制造领域,用于结构验证和设计验证;钛合金材料主要应用在航空航天领域。

  研究3D打印金属粉末材料的浙江冶金研究院总经理顾小龙说:“目前国内的3D打印金属粉末是由国外厂家垄断的,外国厂商在销售3D打印设备的时候,基本上就搭售了粉末产品,价格也比较贵,限制了国内3D产业的发展。而且,3D打印对粉末材料的粒度分布、松装密度、氧含量要求也非常高,国内3D产业需要快速发展的话,金属粉末材料的国产化尤为迫切。”

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