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3D打印如何用于模具制造行业

放大字体  缩小字体 发布日期:2015-07-06  浏览次数:248
核心提示:【中国机床商务网机床上下游】在互联网+战略的推动下,3D打印可以与物联网技术、云计算、大数据、机器人实现融合,实现制造的一
【中国机床商务网 机床上下游】在“互联网+”战略的推动下,3D打印可以与物联网技术、云计算、大数据、机器人实现融合,实现制造的一体化模具制造,使得制造业产业组织形 态和供应链模式重新构建,让制造商与消费者合为一体,由此带来制造业的颠覆式重构,带来无穷的创新空间。而受市场需求推动、政策利好及技术创新支持多重推 动,3D打印行业将加速进入成长期,今年行业产值有望达到80-100亿元,行业整体年均增速将高达30%以上

制造业颠覆式重构

据了解,区别于传统制造技术,通过将多维制造变成由下而上的二维叠加,3D打印大大降低了设计与制造的复杂度,能通过精密设计制造传统工艺无法加工的 奇异结构,并且具备成本低、生产周期短等明显优势,尤其适合动力设备、航空航天、汽车、医疗器械等高端产品上的关键零部件制造。目前已经开始从研发转向产 业化应用阶段。



在机构投资者看来,3D打印将带来真正的制造业革命。上一轮的工业革命中,制造业主要通过批量化的流水线制造和集约生产来降低生产成本,实现规模效 益,3D打印将使得制造业产业组织形态和供应链模式重新构建,让制造商与消费者合为一体,由此带来制造业的颠覆式重构,带来无穷的创新空间。而受市场需求 推动、政策利好及技术创新支持多重推动,3D打印行业将加速进入成长期。

从政策支持层面看,今年2月28日,工信部、财政部等多部委印发国家级3D打印发展推进计划,提出到2016年,初步建立较为完善的产业体系,销售收 入实现快速增长,年均增长速度30%以上,整体技术水平与国际同步。《3D打印——第三次工业革命的引擎》一书的作者、财政部税政司李旭鸿博士表示,3D 打印融合新信息技术、智能制造与材料技术,将革命性的改变制造方式和产业,乃至生产力和生产关系,对于世界制造工厂的中国来说,有重大的战略意义,借助 3D打印技术,中国制造业有望在高端制造领域占据先机。

从市场空间看,2013年我国3D打印行业产值20亿元。多家券商研报预计,未来3-5年将是3D打印技术的快速发展期,今年行业产值有望达到80-100亿元,到2016年预计将达百亿元人民币,行业整体年均增速将高达30%以上。

从民用打印市场看,市场驱动力量强劲,主要是民用级打印在技术层面的门槛已经大大降低,设计程序、成型工艺和原材料这三要素在民用市场已经相当成熟,加上打印设备和耗材的价格大幅度降低,由此打开了巨大的市场空间。

在业内人士看来,随着打印速度提升、新的打印材料投入使用以及新的制造手段使用,行业将持续保持高速增长。其中航空、汽车、医药等领域增长强劲,从国外巨头公司布局情况看,通用公司、波音公司以及宝马等高端制造业巨头都开始重金投入3D打印研究。

深圳一家基金公司研究员表示,在“互联网+”战略的推动下,3D打印可以与物联网技术、云计算、大数据、机器人实现融合,实现制造的一体化模具制造, 传统领域的衔接物件不复存在,让高端制造更趋于完美,在高端制造、医疗器械等领域有广阔空间,未来将成为工业4.0领域高端制造的关键环节。

智能制造的助推器

日前在四川成都落幕的第三届世界3D打印技术产业大会上,多数专家认为,3D打印将成传统制造业转型升级进入智能制造的助推器,有望从一定程度上改变传统工艺和流程。

“传统制造业的设计是面向工艺的设计,设计的时候一定要考虑用传统方式能不能做出来。但3D打印是面向性能的设计,只需考虑结构是不是最优,这样就可以拓展创新、创意的空间,激发设计人员的创新思维。”华中科技大学教授史玉升说。

史玉升认为,3D打印可以降低产品研发创新的成本,缩短创新研发的周期。传统制造业必需的模具、浇铸等不再需要,3D打印可以直接做出样件。

目前世界多个国家都对3D打印进行了密集的政策支持,近期出台的《中国制造2025》规划,也将3D打印列入未来重点突破的十大领域之一。

世界3D打印技术产业联盟首席执行官罗军认为,智能制造是《中国制造2025》的核心之一,而智能制造也是目前传统产业转型升级的方向。在中国智能制造规划的10年路线图中,3D打印将扮演重要的角色。

在与会专家看来,3D打印对传统制造业的提升不光是对制造过程的提升,而且是从设计到制造到服务,全流程的提升。



与此同时,专家们也不讳言3D打印在发展过程中遇到的瓶颈障碍。应用市场无法打开被视为3D打印多年缓行的重要原因。罗军说,只有个性化、复杂化的定 制化制造才是3D打印的优势。“现在我们缺乏的是一个成熟的商业模式,将3D打印与时尚、艺术、创意、教育培训等行业融合起来。”

与此同时,中国工信部原部长李毅中指出,材料也是3D打印领域的一大难点,目前亟需针对不同领域的特殊要求研发一批新材料。

“这些新材料的研制主要不是靠3D打印行业自己来承担,而是要依靠钢铁、有色、石化、建材等传统行业。”李毅中说。这些行业可以瞄准和抓住产业升级、迈向中高端的机遇,发展新材料。

三大领域有市场

3D行业权威报告称,过去三年3D打印市场的年平均增长率为27.4%,预计2019年3D打印市场规模将达到60亿美元。其中,在医疗方面的应用市场份额占到15.1%,预计2025年该市场可达到19亿美元,折合人民币超百亿元。

3D打印市场需求主要分为工业打印机和桌面打印机,前者的需求对象主要在航空航天、汽车工业领域;后者在医疗领域和个人消费市场有较大吸引力。


世界3D打印技术产业联盟首席执行官罗军据记者介绍,航空航天行业将成为3D打印
技术的率先受益者,通过使用3D打印技术和快速成型技术,可以降低航天器的生产成本。3D打印通过大量使用基于金属粉末和丝材的高能束流增材制造技术生产飞机零件,从而实现结构的整体化,降低成本和周期,达到“快速反应,无模敏捷制造”的目的。

其次是汽车工业。与航空航天行业一样,3D打印在汽车行业的应用可以降低生产成本,方便快捷地制造高精度零件,提升工作效率,降低新车型新零件的开发 时间。2010年,世界上第一辆由3D打印机打印而成的汽车Urbee问世。2013年,3D打印汽车Urbee2面世。后者是一款混合动力汽车,绝大多 数零部件来自于3D打印,具有优异的性能,耐用、环保、时尚。

3D打印技术在医学领域的新应用也层出不穷。不仅能够打印医疗模型、医疗器械,还可以根据患者需要打印出相应的器官,精准指导手术。中国工程院院士戴 尅戎告据记者,未来3D打印机或许可以定制出与人体原来器官一样具有生物活性的人造器官,实现个性化治疗方案,为器官功能衰竭的患者带来福音。

目前,国内3D打印牙齿、骨骼修复技术已经成熟,并在各大骨科医院、口腔医

《上海机械网报道》:模具行业是一个跨度最大的行业,它与制造业的各个领域都发生关系。在现代社会,制造和模具是高度依存的,无数产品的部件都要通过模制(注射、吹塑和硅胶)或铸模(熔模、翻砂和旋压)来制造。无论什么应用,制造模具都能在提高效率和利润的同时保证质量。
CNC加工是在制造模具时最常用的技术。虽然它能够提供高度可靠的结果,但同时也非常昂贵和费时。所以很多模具制造企业也开始寻找更加有效的替代方式。而 通过增材层制造(ALM,即3D打印或增材制造 )制作模具也就成了一个更加具有吸引力的方法,特别是因为模具一般都属于小批量生产而且形状都比较复杂,很适合3D打印来完成。

如今,3D打印和各种打印材料(塑料、橡胶、复合材料、金属、蜡和砂)已经给许多行业,如汽车,航空航天,以及医疗保健和医疗等,带来了很大的便利,很多企业都在其供应链里集成了3D打印,这其中也包括模具制造。
那么模具制造能够从3D打印技术上得到什么好处吗?
其实模具制造的以下几个环节是能够用到3D打印技术的:
•成型(吹塑、LSR、RTV、EPS、注塑、纸浆模具、可溶性模芯、玻璃钢模具等等)
•铸模(熔模、砂模、旋压等...)
•成型(热成型,金属液压成型等...)
•机械加工、装配和检验(固定夹具、移动夹具、模块化夹具等...)
•机器人末端执行器(夹手)
用3D打印制造模具有许多优点:
1)模具生产周期缩短
3D打印模具缩短了整个产品开发周期,并成为驱动创新的源头。在以往,由于考虑到还需要投入大量资金制造新的模具,公司有时会选择推迟或放弃产品的设计更 新。通过降低模具的生产准备时间,以及使现有的设计工具能够快速更新,3D打印使企业能够承受得起模具更加频繁的更换和改善。它能够使模具设计周期,跟得 上产品设计周期的步伐。
此外,有的公司自己采购了3D打印设备以制造模具,这样就进一步加快了产品开发的速度,提高了灵活性/适应性。在战略上,它提升了供应链御防延长期限和开发停滞风险的能力,比如从供应商那里获得不合适的模具。
2)制造成本降低
如果说当下金属3D打印的成本要高于传统的金属制造工艺的成本,那么成本的削减在塑料制品领域更容易实现。
金属3D打印的模具在一些小的、不连续的系列终端产品生产上具有经济优势(因为这些产品的固定费用很难摊销),或者针对某些特定的几何形状(专门为3D打 印优化的)更有经济优势。尤其是当使用的材料非常昂贵,而传统的模具制造导致材料报废率很高的情况下3D打印具有成本优势。
此外,3D打印在几个小时内制造出精确模具的能力也会对制造流程和利润产生积极的影响。 尤其是当生产停机和/或模具库存十分昂贵的时候。
最后,有时经常会出现生产开始后还要修改模具的情况。3D打印的灵活性使工程师能够同时尝试无数次的迭代,并可以减少因模具设计修改引起的前期成本。
3)模具设计的改进为终端产品增加了更多的功能性。
通常,金属3D打印的特殊冶金方式能够改善金属微观结构并能产生完全致密的打印部件,与那些锻造或铸造的材料(取决于热处理和测试方向)相比其机械和物理 性能一样或更好。增材制造为工程师带来了无限的选择以改进模具的设计。当目标部件由几个子部件组成时,3D打印具有整合设计,并减少零部件数量的能力。这 样就简化了产品组装过程,并减少了公差。

此外,它能够整合复杂的产品功能,使高功能性的终端产品制造速度更快、产品德缺陷 更少。例如,注塑件的总体质量要受到注入材料和流经工装夹具的冷却流体之间热传递状况的影响。 如果用传统技术来制造的话,引导冷却材料的通道通常是直的,从而在模制部件中产生较慢的和不均匀的冷却效果。
而3D打印可以实现任意形状的冷却通道,以确保实现随形的冷却,更加优化且均匀,最终导致更高质量的零件和较低的废品率。此外,更快的除热显著减少了注塑的周期,因为一般来说冷却时间最高可占整个注塑周期的70%。
4)优化工具更符合人体工学和提升最低性能
3D打印降低了验证新工具(它能够解决在制造过程中未能满足的需求)的门槛,从而能够在制造中投入更多移动夹具和固定夹具。传统上,由于重新设计和制造它 们需要相当的费用和精力,所以工具的设计和相应的装置总是尽可能地使用更长的时间。随着3D打印技术的应用,企业可以随时对任何工具进行翻新,而不仅限于 那些已经报废和不符合要求的工具。

由于需要很小的时间和初始成本,3D打印使得对工具进行优化以获得更好的边际性能 变得更加经济。于是技术人员可以在设计的时候更多地考虑人体工学,以提高其操作舒适性、减少处理时间,以及更加方便易用易于储存。虽然这样做有可能只是减 少了几秒钟的装配操作时间,但是架不住积少成多。此外优化工具设计,也可以减少零件的废品率。
5)定制模具帮助实现最终产品的定制化
更短的生产周期、制造更为复杂几何形状、以及降低最终制造成本的能力,使得企业能够制造大量的个性化工具来支持定制部件的制造。3D打印模具非常利于定制 化生产,比如医疗设备和医疗行业。它能够为外科医生提供3D打印的个性化器械,如外科手术导板和工具,使他们能够改善手术效果,减少手术时间。(北京三维 打印机报道)

 
 
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