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3D打印與企業(yè)轉型升級

發(fā)布時間:2015年9月4日

  9月2日,由遼寧3D打印行業(yè)協(xié)會主辦,遼寧巨子實業(yè)股份有限公司、北京三帝打印科技有限公司、沈陽蓋恩科技有限公司承辦,沈陽市科學技術局支持的“3D打印與企業(yè)轉型升級”高峰論壇暨遼寧省工商聯(lián)3D打印行業(yè)協(xié)會(以下簡稱“協(xié)會”)成立大會在沈陽國際會展中心召開。遼寧省、市領導及3D打印行業(yè)的專家、學者、企業(yè)家們應邀出席。

  上午的協(xié)會成立大會中,選舉產生了第一屆領導名單,遼寧巨子實業(yè)股份有限公司盧升萍董事長任協(xié)會會長,原沈陽市人大副主任宋鐵瑜、北京三帝打印科技有限公司董事長、宗貴升博士任協(xié)會名譽會長。

  在今后的發(fā)展中,協(xié)會將統(tǒng)籌協(xié)調遼寧省范圍內3D打印技術和產業(yè)相關資源,提升在3D打印技術相關領域的研究、開發(fā)、制造、服務水平,促進3D打印技術標準的推廣和應用,保護知識產權,促進產業(yè)發(fā)展。團結帶領廣大會員,大力開展產學研合作,共同突破新興科技產業(yè)技術創(chuàng)新,形成聯(lián)合開發(fā)、優(yōu)勢互補、利益共享、風險共擔的新興科技產業(yè)技術創(chuàng)新合作組織,帶動產業(yè)技術進步,提升產業(yè)整體競爭力。做大、做優(yōu)新興科技產業(yè),實現(xiàn)遼寧省綜合實力的高水平崛起。

  下午的“3D打印與企業(yè)轉型升級”高峰論壇由北京三帝打印科技有限公司董事長兼CEO、深圳七號科技有限公司董事長、中國粉末冶金產業(yè)技術創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟3D打印專業(yè)委員會主任宗貴升博士主持,并發(fā)表了主題演講。

宗貴升:《3D打印與企業(yè)轉型升級》

  宗貴升博士首先分析了中國制造業(yè)的現(xiàn)狀。雖然2010年中國成為了世界第一制造大國,但依然存在低水平產能過剩,管理水平低,產品技術含量及附加值低,技術創(chuàng)新能力薄弱等諸多問題。面臨成本優(yōu)勢喪失,倒逼強制性淘汰,互聯(lián)網(wǎng)沖擊猛烈,產業(yè)環(huán)境陡然大變的重重挑戰(zhàn)。中國制造業(yè)企業(yè)的轉型升級迫在眉睫。
如何轉型?宗貴升博士認為,應從“智造”與社會價值鏈的融合,“質造”與生態(tài)鏈文明發(fā)展的融合,產業(yè)鏈延伸與產業(yè)整合的融合,高科技新產業(yè)與傳統(tǒng)產業(yè)的融合等入手,最終實現(xiàn)向“輕”、“精”、“強”的轉變。

  近年來,從美國奧巴馬政府將3D打印列為刺激制造業(yè)回流、加速美國經(jīng)濟增長的重要“武器”,到德國“工業(yè)4.0”戰(zhàn)略支持工業(yè)領域新一代革命性技術的研發(fā)與創(chuàng)新,再到國內的《中國制造2025》規(guī)劃明確了提升我國制造業(yè)整體競爭力的任務和目標,全球制造業(yè)國家紛紛出臺競爭策略。在全球制造業(yè)挑戰(zhàn)不斷升級的今天,為了在競爭中不敗,我們要提高效率、縮短產品入市的時間,并增強靈活性,這些需求推動了智能制造的發(fā)展。3D打印作為智能制造的核心技術之一,具有改變整個生產行業(yè)的巨大潛力,有望成為中國高端制造業(yè)的重點環(huán)節(jié),促進中國制造業(yè)升級。

  3D打印創(chuàng)造了全新的生產各種形狀和尺寸物品的能力,使工程師能夠設計出之前實現(xiàn)不了的更加復雜的產品。3D打印因其制造復雜零部件、產品多樣化不增加成本、免組裝、云制造、零技能制造,便攜制造、凈成型等優(yōu)勢,而被廣泛應用于航空航天、汽車制造、鑄造、醫(yī)療、數(shù)字建造、民用等領域的快速成型、快速制造。但是,如果不改變規(guī)則、要求和期望,3D打印相較傳統(tǒng)制造來說有許多缺陷,還不能用來替代傳統(tǒng)的成熟制造方法;而如果改變規(guī)則、要求和目標,把3D打印作為另一種制造方法,增量發(fā)展,3D打印將帶來設計、制造的新紀元。面向未來,我們應用3D打印思維來設計、制造產品,擁抱智能制造,用3D打印思維來設計、制造產品,推動企業(yè)轉型。

李述軍:《電子束熔融金屬成型技術在骨科植入器械應用》

  中國科學院金屬研究所沈陽材料科學國家(聯(lián)合)實驗室李述軍博士就電子束熔融金屬成型技術(EBM)及其在骨科植入器械領域的應用進行了闡述與分析。據(jù)介紹,EBM是一種計算機程序控制的高精度快速制造技術,可實現(xiàn)金屬材料任意結構的設計與制造,其材料的綜合力學性能優(yōu)于鑄造工藝,金屬粉末可回收利用并循環(huán)使用。

  近年來,EBM骨科植入器械應用持續(xù)增長。主要應用于:個體化定制關節(jié)的快速制造。如個性化定制膝關節(jié),骨小梁結構顱骨修復植入物,個體化定制髖關節(jié)等;鈦合金多孔植入器械。如梯度多孔股骨頭支撐棒,骨小梁結構髖臼杯,多孔cage植入材料等。

  隨后,李述軍博士分別從電子束熔融金屬成型技術的制備工藝、電子束熔融金屬成型技術制備構件力學性能、電子束熔融金屬成型技術制備構件生物相容性等方面進行了全面的解析。并指出,電子束熔融金屬成型技術(EBM)是近年來國際上新近發(fā)展起來的一項先進金屬成型技術。該技術可以高效制備高性能鈦合金個體化骨科植入器械、多孔鈦合金骨科植入器械,能明顯提高金屬植入物的骨整合能力,在骨科植入器械應用領域具有廣泛的應用前景。

王聯(lián)鳳:《激光選區(qū)熔化在航天中的應用》

  上海航天增材研究室主任、中國科技大學特聘教授、中國3D打印技術產業(yè)聯(lián)盟副理事長、上海增材制造協(xié)會會長王聯(lián)鳳教授介紹了激光選區(qū)熔化增材制造技術(SLM)及其在航天中的應用。激光選區(qū)熔化增材制造技術(SLM)是金屬粉末在激光束的熱作用下逐層選取完全熔化、冷卻凝固而成形的技術,其在制造效率、制造精度、結構復雜度、力學性能等方面的優(yōu)勢,使其成為航天領域需求最迫切的增材制造技術。全球很多國家已經(jīng)廣泛開展了相關的研究與測試:如,美國航天局使用SLM打印火箭噴嘴及噴嘴點火試驗;澳大利亞莫納什大學用SLM技術制造航空發(fā)動機等;GE公司采用SLM技術研制LEAP發(fā)動機的燃燒系統(tǒng)關鍵部件;Honeywell公司在福島核電站泄漏后用于勘測的垂直起降無人機;我國相關研究機構也在針對太空中失重、真空、溫差大、電源有限等特有難題進行研究,并已將3D打印技術應用于部分航天精密部件的制造中。未來,3D打印技術在航天中的應用,將從地面加工、在軌組裝、在軌制造向外星基地建設的方向發(fā)展。

衣惠君:《樹脂材料在 3D 打印中的應用及發(fā)展》

  北京燕山石化高科技術有限責任公司、中石化北京燕山分公司樹脂應用研究所項目經(jīng)理、高級工程師衣惠君女士介紹了樹脂材料在3D打印中的應用及發(fā)展狀況。3D打印所用的聚合物材料主要包括熱塑性塑料、光敏樹脂、橡膠類材料、復合材料等,生物材料、細胞材料、DNA框架材料、干細胞材料等極具未來前景的材料也已處于研發(fā)階段,想象空間巨大。從當前我國的3D打印市場應用來看,普通材料占據(jù)了半壁江山,國內自行研發(fā)的中端材料產品約占40%,國外高品質進口耗材占10%。針對3D打印材料的未來應用前景,如燕山石化樹脂應用研究所這樣的權威科研機構將致力于開發(fā)更多特殊用途的耗材產品,針對特定要求開發(fā)功能性更強的產品,提高材料與3D打印設備的適用性。

陸春:《3D打印就在我們身邊》

  沈陽航空航天大學航空航天工程學部陸春教授指出,在沒有接觸3D打印之前,加工模具或零件,我們通常會習慣性地考慮采用數(shù)控加工的銑削加工方式,也就是減法成型工藝;而熟悉3D打印工藝后,就會把3D打印技術作為我們解決問題的方法。比如,3D打印手機殼,用3D打印制造碳纖三通管成型模具,制造復合材料螺旋槳成型模具和復合材料升降舵成型模具等。3D打印使我們的生活和工作變得更為簡便。

  對于3D打印今后的發(fā)展,陸春教授提出了幾方面期盼:

  能具備更優(yōu)異的力學性能和耐熱性能。目前基于樹脂(塑料)基的3D打印技術,多采用力學性能較低的PLA、ABS、PS等樹脂作為打印材料,力學性能較低,耐溫性能較差,通常只能在室溫使用,環(huán)境溫度高于80℃工件的完全喪失力學性能。很多研究人員都試圖對樹脂基體進行改性。如通過在ABS材料中加入短切碳纖維,利用碳纖維增強ABS樹脂,所制備的工件力學性能為ABS材料30倍;在樹脂中加入陶瓷材料,利用樹脂作為載體,經(jīng)過排膠、燒結、上釉等工藝,可以使打印工件的耐溫性能達到1000℃以上,目前我們和國內研究機構也在開展該技術的研究,已經(jīng)取得一些進展。

  有更快的成型速度、更高的成型精度。具有聲、光、電、磁等功能性。人們對3D打印材料將不僅僅滿足成型工藝方面的需求,還對材料的功能性提出要求。目前該領域的研究成果也開始陸續(xù)問世。比如美國西北大學的科研團隊開發(fā)出了高石墨烯含量的可3D打印油墨,石墨烯含量可達到60%以上,它將賦予打印材料導熱、導電性能。目前可打印的功能材料研發(fā)正處于加速發(fā)展階段,相信不久就會有更多的產品問世。

  最后,陸教授分享了其團隊目前的研究進展。其研發(fā)的3D打印機及控制軟件,采用TCP控制通訊協(xié)議,及高精度伺服電機閉環(huán)控制,有效保證打印過程中不丟步,目前打印機連續(xù)穩(wěn)定工作超過140小時,沒有出現(xiàn)模型錯位,斷絲的問題。其自主研發(fā)的高速打印機的打印精度0.025mm,最快成型速度60mm/小時。

劉建榮:《電子束熔絲沉積用鈦合金研究進展》

  中國科學院金屬研究所的劉建榮博士介紹了電子束熔絲沉積(EBRM)用鈦合金絲材的研究進展。他指出,金屬材料3D打印技術目前需解決四控問題:控“形”,即形狀、尺寸精度,設備、工藝;控“性”,即零件性能、材料成分及熱處理;控缺陷,即氣孔、疏松、開裂;控成本,即材料、工藝、設備,其技術優(yōu)勢最終方能彰顯。

  電子束熔融沉積是四種典型金屬材料3D打印技術之一。其可實現(xiàn)快速制造大型結構毛坯,絲材、真空環(huán)境下的空間在軌制造。國內電子束熔絲沉積技術從2010年起開始得到較快發(fā)展,目前技術鏈條比較完整,設備、材料、工藝研究均衡發(fā)展并取得了較大進步,并在航空領域得到初步應用。鈦合金是一種比較理想的3D打印材料,其焊接性良好,偏晶、偏析傾向低,冷裂、熱裂現(xiàn)象不明顯,用途廣泛,物性活潑,但成本高。EBRM用鈦合金絲材,具備工藝簡單、成本低的優(yōu)點。目前國內已開發(fā)了幾種強度級別的鈦合金絲材,滿足了EBRM技術現(xiàn)階段發(fā)展和應用需要。國內EBRM技術在航空結構件的研究和應用方面處于比較先進水平。

  針對當前設備的“短板”問題,劉建榮博士認為,應積極支持裝備核心技術的突破,占領3D打印產業(yè)的戰(zhàn)略制高點。同時,應推動設備、材料、工藝的協(xié)同、滾動發(fā)展,通過工藝完善裝備(功能、穩(wěn)定性),通過與材料的集成提高整體技術水平,突出3D打印技術優(yōu)勢,提高行業(yè)競爭力。政府、協(xié)會也應多著眼行業(yè)發(fā)展大計、資源整合及有效利用,最終實現(xiàn)合作共贏。

  付昕亮:《2015中國白車身裝備業(yè)的創(chuàng)新與發(fā)展》

  一汽模具制造有限公司企管與信息化室主任,高級工程師付昕亮博士分享了中國白車身裝備業(yè)的創(chuàng)新與發(fā)展,并結合3D打印在汽車模具制造領域的應用提出了方向。據(jù)介紹,當前中國車身裝備制造業(yè)的高速發(fā)展,得益于多年來與國際先進企業(yè)的技術合作。中國車身裝備制造業(yè)的強勁增長也使世界汽車裝備產業(yè)呈現(xiàn)新的活力,為世界汽車產業(yè)擺脫金融危機,重入發(fā)展軌道作出了重要的貢獻?,F(xiàn)在“中國制造2025”、“新兩化融合”等以信息技術與制造深度融合為主線的新一輪制造業(yè)升級已經(jīng)拉開序幕。未來中國的車身裝備制造也必將深度融入全球的制造業(yè)升級的趨勢之中。

  付昕亮博士認為,3D打印在汽車模具制造領域可應用于模具鑲塊、模具泡沫實型、小批量、試制模具或產品件、焊裝或滾壓支撐塊、檢具樹脂支撐塊等領域。比如模具鑲塊的應用。其優(yōu)勢是,加工留量小,加工成本低,表面質量好,可成型復雜形狀,材料機械性能滿足使用要求,但打印成本較高,周期較長、批量少。

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