导读:在过去的几十年里,减材加工和等材加工一直是制造业中的两个主要分支。但是,近年来,随着3D打印技术的快速发展,它正在逐渐成为制造业的第三个主要分支。卢秉恒,中国工程院院士、西安交通大学教授,国家增材制造创新中心主任,认为未来3D打印将与减材加工和等材加工一样重要,三种技术并存,共同推动制造业的发展。
2023年4月1-2日,以“着力提升产业链供应链韧性与安全水平,助力制造业高质量发展”为主题的第二届中国产业链创新发展峰会在深圳市五洲宾馆成功举行。其中,卢秉恒院士出席峰会并发表了题为《3D增材制造产业链创新发展》主题演讲。他表示“现在3D打印的规模还很小,但是它的价值很高,它的发展将会和减材、等材走向同样的价值,三分天下”。以下是3D打印资源库为大家整理的演讲内容。
作为增材制造领域专家,卢秉恒在演讲中谈到了近年来3D打印技术的变化。他指出,最初的3D打印技术使用的是非金属材料,如树脂和其他材料。但是,近年来,来对金属的3D打印技术进行了非常多的研究,有用激光、电子束、粒子束来做能源,把金属粉末或金属丝材进行熔化堆积成为三维实体。
卢秉恒进一步介绍说,金属3D打印技术的机理与传统的铸造和锻压不同。铸造和锻压通常是将大块材料一次性成型,而3D打印是一点一点进行累积的,利用高能束迅速融化材料,并在极短时间内进行冷却,因此其机理具有全新的特点。目前,各种材料、各种钢材,铝合金、钛合金等都可以通过3D打印来制造。经过检测、分析和研究,制造的质量基本上可以达到锻件的水平,有些甚至超过锻件,有些地方在延展性方面不如锻件。
“增材制造发展不到40年的历史,但已经形成一个颠覆性的技术。”卢秉恒说。
目前,4D打印和5D打印技术也在迅速发展。卢秉恒介绍说,4D打印是利用智能材料进行打印,打印后可以随着时间的推移改变形状,例如在温度场的影响下形状可以发生变化,这为装配带来了很大的方便。而5D打印的概念则不仅仅是形状随着时间的推移会发生变化,还会在功能上发生变化,其中最突出的是人造器官。随着时间的推移,这些材料在生物化学环境作用下就可以变成人自己的器官,包括人造心脏、人造肝脏等。
这些研究都正在进行中,当然,其中的难点在于如何让这些人造器官与整个机体连接起来,实现血管化和神经化,但是这个方向具有非常好的前景。实际上,自上个世纪90年代末开始,就已经开始了生物可降解材料打印的研究。
卢秉恒认为,3D打印在推动制造业创新方面具有重要作用。“3D打印不仅可以实现最理想的轻量化,在产品快速开发方面也发挥着重要作用,特别是在航空航天等复杂产品的开发、汽车、IT产品以及医疗等个性化定制领域。”卢秉恒表示,“包括制造模式创新,个性化消费;产品结构创新;控形控性;增量走向增材,从增材走向创材,从创材走向创生,这一系列的科技创新和工业创新,都离不开3D打印技术的支持。”
卢秉恒谈及3D打印产业的发展现状和趋势时表示,根据沃勒斯报告的统计,目前全球3D打印产业规模已经接近100亿欧元,每年增长率达到了20%。预计到2027年,金属增材制造设备年复合增长率将达到26.1%,聚合物是12.9%。其中,美国是全球3D打印装备消费最大的市场,占比达33%,排名第一;中国占比17%,排名第二。
“尽管现在3D打印的规模还很小,但是它的价值很高,它的发展将会和减材、等材走向同样的价值,三分天下。”卢秉恒认为,“3D打印+”放大了它在制造业中的一些直接经济效益,所以3D打印的经济效益不是以直接3D打印产品价值衡量的。“新能源汽车有很多创新的机会,设计验证、模具制造都可以用3D打印。”
卢秉恒表示,未来3D打印将不仅限于地球上的应用,还将扩展至飞船和太空舱等空间环境中的应用。随着技术的发展,我们甚至可以在外太空中使用3D打印技术,生产所需的产品和装备,并将其运回地球,解决地球资源和能源短缺的问题。他相信,这一未来的愿景将在不久的将来成为现实。
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