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2025-01-09
展會專題
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活動專題 【機床商務網(wǎng)欄目 機床上下游】3D打印和增材制造是國務院“中國制造2025”重要的產(chǎn)業(yè)發(fā)展方向。3D增材制造的技術，大的特點之一就是它可以給我們起到我們能夠制造多品種、小批量，甚至個性化的模式。增材技術既做到多品種、小批量，甚至個性化，但是它不增加成本，不降低生產(chǎn)速度。
而對于這項技術而言，為重要的就是設備和材料，于是在政策的扶持下，西安建立了增材制造研究院，確定為國內(nèi)增材制造的制造業(yè)創(chuàng)新中心。當然，除了制造之外，醫(yī)療，建筑以及教育也是這項技術能發(fā)揮重要作用的領域。
近日，由北京豐臺科技園建設發(fā)展有限公司主辦的一場3D打印產(chǎn)業(yè)高峰論壇，分享了這項技術在行業(yè)內(nèi)的具體應用場景。鈦媒體記者根據(jù)各方專家和學者的分享匯總整理出了以下觀點：
義肢器械打印：可定制性更強，更安全
在醫(yī)學領域，3D打印由于其可定制性高，在無需模具的情況下，可以用來打印諸如義眼，牙齒等等器官。這些都是完全定制化的，能做到立等可取，如果增加效率僅僅需要增加打印設備即可。同時，也能形成一定的規(guī)模，可能未來器官打印也能通過App進行預約。
除了打印這種義肢之外，3D 打印技術更重要的一項用途在于輔助規(guī)劃手術。這并不是打印一個模型那么簡單，需要一定的精細度，因為它能提供更多的信息給醫(yī)生，進行高難度手術的規(guī)劃。在骨科，這一技術已經(jīng)被廣泛地應用到了打印骨頭和打印用于固定骨頭的倒板。
過去使用石膏，現(xiàn)在使用輕巧的支架。低溫塑料板能很好兼顧固定的緊湊性和輕便性。比如頸椎部分的支撐，過去是常規(guī)的像海面一樣貼著，現(xiàn)在可以用3D打印做個性化支撐；燒傷的病人過去疤痕會擴展，現(xiàn)在可以用一個工具固定，防止疤痕蔓延。
軟組織外科也非常積極的進入到這個領域應用，比如母子脾肝技術，沒有3D打印，光靠影像數(shù)字很難支持。有了它，就可以知道血管之間的吻合狀態(tài)。通過3D打印看到血管的關系，可以減少對無關血管的傷害，直接把傷害腫瘤切除。
現(xiàn)在3D打印模型已經(jīng)能從簡單的到復雜了，為了這個復雜科研人員做了很多器官的測試，開發(fā)了與人類皮膚肌肉幾乎一致的材料。這些打印器官還可以組合成完整的人體模型支持醫(yī)院使用，特別是高難度手術的訓練——比如在脊柱微創(chuàng)方面的仿真人體，在普通外科的仿真人體，介入治療的仿真人體。
在齒科，患者口腔里使用的材料則成了大的問題：必須具備生物親和性，同時還有抗菌。因為口腔中間抗菌特別重要，口腔里面戴一些東西會引發(fā)其它疾病，矯正牙齒的時候如果刷不干凈，很容易造成牙齒的損壞。
制作口腔內(nèi)材料的設備主要是光敏樹脂，而國內(nèi)用的所有的光敏樹脂材料全部都是進口的，這個樹脂要求是低黏度、低收縮。樹脂的收縮率在口腔中的應用特別重要。國內(nèi)已經(jīng)開始在這方面進行探索了。目前，研究人員通過樹脂配方的調(diào)控，做出來一種接近樹脂的自制樹脂，添加了載銀抗菌劑。
在3D打印領域各國都缺乏醫(yī)療應用領域的法規(guī)，都在摸索的階段，但是這個技術在醫(yī)療領域的應用也是得到各個國家的高度重視，都在推動技術的應用和醫(yī)療領域的法規(guī)建設。今年12月月初FDA正式發(fā)布的增材制造技術的技術考量，相當于中國的技術審評的指導原則，里面特別詳細的把3D打印技術，考慮到哪些風險點和要求，非常詳細。
標準化工作重要性毋庸置疑，首先確立標準，行業(yè)有據(jù)可依，審評也是有據(jù)可依。現(xiàn)階段特別缺乏3D打印用于醫(yī)療領域的質量標準。
建筑行業(yè)：初步探索階段
人類的建筑歷史是從石頭木頭開始的，到了近代才出現(xiàn)當前的主流鋼筋混凝土結構建筑，再就是上世紀20年代的“玻璃摩天輪”——以鋼結構和玻璃結構為基礎建造的。那么建筑物有沒有可能被打印出來？
國內(nèi)外已有不少的建筑事務所和建筑公司采用3D打印制造技術，為建筑設計項目，關鍵的像鋼結構的構建，定制結構的連接，以及專門的外墻面板等等，設計整體打印建筑，其應用范圍的擴展越來越廣。
目前在世界范圍以內(nèi)，對3D打印建筑都處于非常初步的探索階段。這其中存在很多問題，其中重要的問題就是材料問題。目前打印出來的混凝土的強度和安全性都存在一定的問題。混凝土材料好的性能是受壓，能夠承受壓力，不會垮，但并不能彎曲——這是依靠鋼筋實現(xiàn)的。
3D混凝土打印不可能打印出鋼筋，僅僅打印出混凝土，這個是它大的缺陷。要么先放好鋼筋再打印混凝土，或者反之，先打印再插入鋼筋。這與我們傳統(tǒng)建筑的方式相差不遠。
目前上已經(jīng)開始探索無需鋼筋做支撐，又能實現(xiàn)這樣功能材料了。納米混凝土是當下的答案。基于智能打印的方式，通過這種材料，還能實現(xiàn)多維度的打印，它就能打印各種不同形式的，滿足個性化需求的形態(tài)，通過機械臂實現(xiàn)多維的空中打印，還有更多的方式，把這些問題解決了，房屋的建造，這種不規(guī)則形狀將會成為可能。
房屋是一個系統(tǒng)，包含著各種結構，需要經(jīng)過各道工序，比如防水，保溫，裝飾等等如何將之結合到一塊，才能實現(xiàn)房屋的建造，終才能走向建筑的工業(yè)化。重要的是房屋打印的時候，用什么樣的設備。現(xiàn)在通過3D打印建造構筑物的時候，無論大小都需要門式框架，上面有打印頭，如果打一層兩層，框架可以通過結構做出來。如果要打印高層，或者打印更高的建筑，這個門式的框架就非常高，這就需要考慮機械上的可能性。
3D打印與鑄鍛結合：降低成本，提升強度
回顧一下古代的鑄鍛在中國有很長的歷史，先鑄錠再去打，而且不是鍛打就能完成，需要反復鍛打。反復的鍛打才能夠消除鑄造的缺陷，使晶粒細小均勻。現(xiàn)代工藝也是如此，同時這個過程中還需要不斷地加熱，保證金屬處于可鍛造狀態(tài)。
開放式的加工過程熱量消耗很大，而且是重污染的過程。在這種生產(chǎn)方式是全世界通用的，先鑄后鍛，流程很長，反復鍛造加熱能耗大，污染重，需要整體輕量化制造的趨勢下，依賴大型鍛機且越來越大(8-15萬噸)，投資巨大。首先要鑄錠，包括零件所有的尺寸，后得出的零件要削掉很多部分，特別在航空航天器件，材料利用率很低。同時一個零件需要根據(jù)不同的功能，采用不同的材料。
3D打印技術能縮短制作流程，但是它在工業(yè)化應用的大障礙，就是其自身的缺陷——有鑄無鍛，性能及可能性難及鍛件，抑制變形和破裂難度大，同時目前效率不及傳統(tǒng)工藝，成本也還降不下來。
突破技術自身缺陷的方式在于改變國內(nèi)外傳統(tǒng)制造鑄鍛分離的制作方式，實現(xiàn)鑄鍛合一，邊熔邊鍛。用一臺設備、金屬絲及很小壓力得到鍛件，實現(xiàn)短流程、單機輕載、節(jié)能省材的綠色制造。攻克傳統(tǒng)鑄鍛無法沿輪廓數(shù)字化成形的難題，實現(xiàn)鑄鍛銑一體數(shù)字化。過去需要長流程、多臺設備的鑄鍛，現(xiàn)在只用一臺設備輸入金屬絲就可以得到。
在過去鑄造過程中，普通鑄鍛的零件在冷卻過程中，非常容易產(chǎn)生裂紋，成品率不到10%。通過這樣的技術可以的做出來，并且沒有缺陷。千百年來發(fā)展起來的鑄鍛技術，通過與3D打印技術的結合，獲得了新生。
轎車翼子板的沖壓成型模具也可以采用3D打印技術。這種模具實現(xiàn)了模具表面為模具鋼，內(nèi)部大部分是鑄鋼，大大降低了成本——大部分用一般材料，少部分用很好的材料。不光是模具，用材料非常昂貴的閥方面，僅僅在材料上就有壓倒性的競爭優(yōu)勢。將3D打印固有的住裝晶變成均勻等軸細晶，形與質并行創(chuàng)制，性能超過傳統(tǒng)鍛件。
3D打印是一個高度依賴材料和設備的技術領域，整個行業(yè)的發(fā)展很大程度取決于如何找到成本更低，易于使用的材料。在行業(yè)發(fā)展的初期3D打印應該做減法，集中專注于幾個領域，才能更多地發(fā)展。同時也要用工業(yè)手段解決個性化問題，使3D打印行業(yè)變成正常的行業(yè)，有前途的行業(yè)。
后，也是重要的一點，3D打印還處于發(fā)展初期，在很多領域都還沒建立行之有效的標準，這需要一定的時間去探索和實踐。
(原標題：成熟的3D打印技術能改變哪些行業(yè)？)
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