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一方面,随着材料科学的进步,将有可能开发出种类更为丰富、功能更为齐全的3D打印材料,如智能材料、功能梯度材料、纳米材料、非均质材料、复合材料以及金属材料等,3D打印产品的表面质量、力学和物理性能也将会有很大的提升;另一方面,随着3D打印设备向精密化方向发展,3D设备打印的速度、效率和精度也将有很大的提升,并行打印、连续打印、大件打印、多材料打印的工艺方法也将得到广泛应用,从而能够打印出各种更高精度的产品,使3D打印向精密化方向发展。
趋势二:智能化
当前,软件产业正在生产生活的各个领域得到广泛应用,使得我们的生产制造活动更加智能化。
随着软件开发的进步和软件集成的发展,将会促进CAD、CAPP、RP等软件实现一体化,从而让设计软件和生产控制软件能够做到无缝对接,实现设计者通过互联网与远程3D打印设备连接,进而直接联网对3D打印设备进行远程控制,实现远程在线制造,不断提升3D打印的智能化水平。
趋势三:通用化
3D打印是一种制造理念,但从目前的发展情况来看,更多的还是处于试验阶段,仅有的一些应用也体现在科技含量比较高的机器设备零部件中。
随着3D打印技术的不断成熟和产业化的不断发展,操作更加便捷,成本更加低廉,更加适应分布化生产、设计与制造一体化的需求以及家庭日常应用的需求。
到这个时候,3D打印技术及其应用也将飞入寻常百姓家,在生物医学、建筑、汽车、服装等更多领域进行推广和普及,从而制造出各种通用化的3D打印产品,成为我们日常工作和生活中不可或缺的组成部分。
趋势四:便捷化
在未来,随着3D打印技术的进步,3D打印机本身也会得到不断改进,体积也会向小型化、桌面化发展,就和我们现在办公用的打印机一样,成为一个必备的便携办公用品,甚至可以随意放在我们的办公桌上,也可能像微波炉一样,成为我们家庭中不可或缺的生活用品,而打印材料也会像我们今天的打印纸一样,在各个办公用品超市随处就可以买到,从而使3D打印这种技术和制造模式在更加广泛的范围内得以普及。
因此,3D打印技术的发展和普及,将会对人们的日常工作和生活方式产生重大的影响。
(2)可能的技术应用方向
3D打印技术以及3D打印产品的应用尽管目前发展比较迅速,大有推进传统制造技术和制造模式实现革命性突破之势,但总体而言,目前的3D打印技术及其应用还处在一个起步阶段,通过对3D打印技术发展趋势及其市场应用前景的判断,估计未来的3D打印技术和3D打印产品应用有可能往以下几个方向发展。
方向一:发展日常消费品制造
近二十年来,尤其是近三年来,随着3D打印技术的逐渐成熟,3D打印已经成为国外制造技术发展的一个热点,其产品的产业化应用被称为3D打印机,可以直接将电脑中设计的3D模型打印成为现实的3D产品。
而打印机过去一直仅仅被视为电脑的一个外部输出设备。
这种打印技术在工业造型、产品创意、工艺美术等领域,有着广阔的应用前景和巨大的商业价值。
近年来,随着3D打印技术的成熟,3D打印机的地位大有不断提升的趋势,逐渐成为3D打印的核心组成部件。
许多家庭日常消费品,如杯子、碗、桌子、椅子等,都有可能成为3D打印技术的产业化应用成果而得以广泛应用。
方向二:发展功能零件制造
随着新型材料科学的进展,许多金属材料有可能被先进的激光或电子束直接熔化成为金属粉,然后3D打印设备再利用高强度的粘合剂通过逐层堆积成为金属构件,这种技术也被称为金属直接成型技术。
这种技术可以直接制造出结构复杂、功能特殊的金属零件,而且这种零件的力学性能可以达到很高的锻件性能指标,甚至在很多时候能够超过金属零件本身的性能,进而改变传统的铸锻造制造模式。
随着金属新材料和粘合剂的进一步成熟,这些技术将与陶瓷零件的快速成型技术和复合材料的快速成型技术一起,发展功能多样的零件制造,进而推动3D打印技术和3D打印技术应用产品的不断发展。
方向三:发展组织与结构一体化制造
3D打印的一个重大发展方向就是用来打印人体器官组织,进而实现从微观组织到宏观结构的可控制造。
比如说,在制造复合材料时,不用将复合材料组织设计制造与外形结构设计制造分开来单独完成,而可以将两个部分合起来进行,进而实现结构体的“设计—材料—制造”
的一体化。
目前,美国已经在梯度材料结构的人工关节,以及陶瓷涡轮叶片等零件增材制造的研究方面开展了一些研究,而且已经取得了突破性进展,这使得发展组织与结构一体化制造将在不久的将来得以实现。
精华小结
3D打印在技术和产业方面都具有明显的优势,很有可能给传统制造领域带来一场革命。
美国是世界上3D打印的技术和产业发展相对成熟的国家,充分的市场竞争、强大的政府资助、行业协会的长期推动、健全的技术标准、发达的金融支持、强大的市场需求和整合的技术路线等经验都可以为我国3D打印技术和产业发展借鉴。
虽然,3D打印在打印速度、材料性能、打印材料成本、成型精度等方面还有待改善,而且在环境、道德、安全等方面还存在一些疑问,但是,随着3D打印的技术进步,3D打印将成为第三次工业革命的引擎,将可能会给人类工业生产模式和日常生活带来颠覆性影响,因此3D打印被广泛看好。
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