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新3D打印技术可以制造汽车、飞机和电脑等产品组件
新3D打印技术可以制造汽车、飞机和电脑等产品组件
来源:CNBC | 10/12/2017 6:04:32 AM | 浏览:147 | 评论:0

Impossible Objects公司刚刚开发出了可以商业化的3D打印机,而这种打印机可以制造出使用在汽车、飞机和电脑等产品身上的组件,并且直接就可以使用。

新3D打印技术可以制造汽车、飞机和电脑等产品组件

许多3D打印机都可以完成零部件的原型打印,但是由于没有结构上的可靠度测试,尤其是在飞机或汽车这类交通工具使用,更是需要承担一定的风险,因此还得通过模具的方式进行生产。而Impossible Objects的首席执行官Larry Kaplan表示,公司的新技术原理类似于类固醇的层压板。

“如果你把一堆板材放到我们的3D打印机里,这些板材是由非纺织材料的织物组成,比如碳纤维、凯夫拉纤维或其它别的材料。然后就会通过喷墨头在这些板材上打印出水基溶液,绘制出我们想要生产物体的横截面。而而每一层板材都会进入一个系统,该系统可以将塑料粉末滴在有水基溶液的地方,然后将所有的板材放到一起加热挤压。在挤压的时候,塑料粉末就会捕捉到纤维,变成你想要打印的形状。”

Impossible Objects董事长兼创始人Bob Swartz表示,公司的Model One打印机已经被美国主要的几家制造商所采用,包括Jabil和刚刚被波音公司收购的Aurora Flight Sciences公司等。

Bob Swartz表示,目前Impossible Objects刚刚获得了一笔640万美元的投资,而公司将使用这笔钱来制造和销售这款3D打印机以及相关的耗材。本轮的投资方包括了OCA Ventures和IDEA Fund Partners等。

Swartz认为Impossible Objects的3D打印技术对于各个行业的制造商来说非常具有吸引力,由于它使用的是碳纤维、凯夫拉纤维和玻璃纤维等符合材料,不仅极其坚固而且重量很轻。相比之下,其它模具注射成型或3D打印机使用的大部分是金属和塑料材质,完全不能相比。

根据来自Wohlers的报告显示,2016年全球3D打印行业的总收入了60.6亿美元,还是一个非常小规模的新兴市场,而包括Impossible Objects在内的很多3D打印公司都希望让自己的产品能够成为制造行业的新标准。

另一方面,Impossible Objects的竞争对手Carbon公司也开发出了一种3D打印机,使用的是混合树脂和弹性材料,并且已经为阿迪达斯制造出了3D打印运动鞋。同时另一家竞争对手Desktop Metal则开发出了一种能够制造出合金材质打印目标的3D打印机。这两家公司都得到了GE和谷歌旗下GV风投公司的支持。

 

3D 打印商用渐行渐近

新3D打印技术可以制造汽车、飞机和电脑等产品组件

3D 打印技术热炒已经有一段时间了,从 3D 打印食品到 3D 打印裙子,从玩具到汽车,我们都见过不少。但是真正把 3D 打印出来的东西拿到工业应用,通过严苛的检测标准的还很少见到。

如今,GE 宣布首款 3D 打印的商业喷气发动机零部件,已经通过美国联邦航空管理局(FAA)认证。这种拳头大小的压缩机入口温度传感器 T25 外壳由 GE 航空制造,将用于对 400 台波音 777 的 GE90-94B 喷气发动机进行改造。这是 3D 打印零件第一次通过正规的商业标准认证,意义非凡。

未来 3D 打印的商用化会普及吗?3D 打印的东西会进入我们生活的各个角落吗?这得从头说起。

新3D打印技术可以制造汽车、飞机和电脑等产品组件

为什么要3D打印

3D 打印是快速成型技术的一种,它是一种以数字模型文件为基础,运用粉末状金属或塑料等可粘合材料,通过逐层打印的方式来构造物体的技术。这个定义说起来绕口,也难以理解,实际上去很简单。

普通打印机用一个一个小点拼成图案,这些小点颜色不同,位置不同,这些点集合起来最后就构成了画面。3D 打印机在普通打印机的原理上多了一步。它先是用类似普通打印机的原理,打出来一个个平面。然后把这些平面一层层累积起来,就构成了立体的物体。

在现代工业条件下,我们加工一个零件也需要一个先制造一个模具。但制造这个模具的成本很高,不到一定的批量就不值得。对于造型特别复杂、精度要求高的零件,加工都会非常困难,加工所需时间也会非常长。

而 3D 打印是一层层积累起来,无论造型多复杂的零件,对于 3D 打印来说,也是一层层平面,打印难度没有任何区别。

对 3D 打印机来说,造型复杂的物体和最简单的立方体、圆柱体是一样的,而且材料更节省。可以方便快捷并精确地制造造型复杂的物体,这就是 3D 打印的最大优势。

新3D打印技术可以制造汽车、飞机和电脑等产品组件

3D 打印的新闻很多,但是大多停留在科技新闻里面,迟迟没有商用,这是 3D 打印的缺陷造成的。

第一个问题是成本,如同打印的成本要高于印刷的成本一样,对于大批量制造的产品而言,3D 打印的成本要远远高于模具冲压、浇铸、注塑批量生产的成本。

理论上,可以通过 3D 打印的方式,制造一辆汽车的外壳,制造家具,甚至打印出来房子,但是这种方式制造出来的产品价格高的离谱,根本没有竞争力。

第二个问题是材料,此外,3D 打印的材料也有很多限制。3D 打印所用的能够快速成型的粉末金属、塑料、陶瓷、砂子颗粒等材料,在成型之后,其性能是有限的。强度、硬度、抗腐蚀、抗冲击这些指标未必能达到实用性的要求。做模型做个样子可以,真正应用到产品上,要经受住使用环境的严酷考验则不那么容易。

第三个问题是速度,因为 3D 打印需要一个面一个面的打印,打印出来一个成品往往需要很长时间,无论是空气自然固化还是激光烧结,成型的速度都无法与传统的铸造、冲压、注塑相比,大批量生产难以普及。

3D 打印技术的这些缺陷限制了 3D 打印技术的应用范围。

为什么是飞机零件?

这次通用过美国联邦航空管理局(FAA)认证的是拳头大小的压缩机入口温度传感器 T25 外壳,它位于高压压缩机入口,保护传感器等电子设备免遭低温和冲击气流影响。

这次通过认证的零件简单说就是一个壳子,不是承力的部件,对强度要求并不太高。而从批量上来看,第一次只用于 400 架飞机的改造,在工业上看这个数量很少,恰好适合 3D 打印的特点。

在工艺上,T25 外壳由钴铬合金的微细粉末进行打印,打印过程使用了直接金属激光烧结技术(DMLS),有时 GE 也称之为直接金属激光熔融(DMLM)技术。它使用一个 200 瓦的激光器去熔融超薄的金属粉末层。与更常见 SLS 3D 打印技术相比,DMLS 技术不仅制造速度更快,也能够实现比 SLS 打印更好的金属属性。

而从结构上看,这个壳子外形相当复杂,如果采用传统的模具冲压或者数控机床加工都不太容易。

飞机零件成本不敏感,批量少,对强度要求低,外形复杂,这些特点几乎就是给 3D 打印量身定做的,所以 GE 就用了比较先进的直接金属激光熔融(DMLM)技术打印了出来,并且成功的通过了 FAA 的认证。

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3D 打印商用的前景

通过 FAA 认证,表示 3D 打印的零件已经进入到了航空领域的商用阶段,可以正式装上我们的飞机,而不再是科技新闻中的玩具了。不过,航空领域能够商用,是因为航空领域所需的配件批量少,成本不敏感,大众商品要用 3D 打印还是很难的,就目前阶段 3D 打印的商用前景更多在于工业设计和开发层面。

设计层面

传统上,设计师设计,要先从图纸开始,然后用设计软件做出成精确的数据和3D模型。在开模试验,制造样品,成本高昂。

而使用 3D 打印技术,设计师只要把电脑制作的 3D 模型输入 3D 打印机,3D 打印机很快就可以把油泥模型 3D 打印出来,效率可以大幅度提升。一步进入信息时代。

开发层面

3D 打印技术最大的优点是可以方便快捷的制作高精度造型复杂的零件。对于批量比较小的零件,3D 打印也可以直接制作应用。

对于需要大批量生产的零件,3D 打印可以制造试用零件,尤其是一些造型非常复杂、精度要求高、需要反复调试的零件。3D 打印可以快速制作出一系列具有细微差异的可测试零件来帮助开发出最合适的零件,以确保最后定型生产的是选用了最好的零件。而由此带来的好处是提高了整个开发效率,缩短了上市周期,并降低了时间和成本。从商业前景看,在工业设计将被 3D 打印激活,设计的门槛将降低。而一些批量较小的订制零件成本也会降低,航空工业,汽车工业,装备制造行业都会从中受益。

对于普通消费者来说,除了飞机、超跑、游艇以外,直接用到 3D 打印产品的机会还比较少,但是 3D 打印带来的成本削减将让我们买到更好更便宜的商品。

3D 打印的未来

未来,3D 打印的商业化,是 3D 打印材料与工艺技术进步的结果。当 3D 打印出来的产品各项性能指标达到要求,成本和速度能被市场接受的时候,3D 打印就可以替代传统工艺制造各种物品。

3D 打印飞机商用的飞机零件只是开始,未来 3D 打印技术将首先在飞机、游艇、超跑、奢侈品医疗器械等小批量的高端产品上商用,然后随着产业链的成熟,成本的下降,速度的提升逐渐普及到汽车、家具甚至手机这类大众产品,而 3D 打印产业链也将慢慢成熟,最终没有我们的身边几乎所有物品都可以 3D 打印,3D 打印改变世界的时候已经为时不远。

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