江門(mén)市新會(huì)區(qū)會(huì)城邦諾模具加工部 柯秉光

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3D打印正改變我們的工作與生活

江門(mén)市新會(huì)區(qū)會(huì)城邦諾模具加工部 柯秉光

時(shí)下在我們的日常生活當(dāng)中經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)3D打印這個(gè)詞，國(guó)內(nèi)外媒體的新聞資訊也對(duì)其做了大量的報(bào)道：比如科幻電影中出現(xiàn)的3D打印場(chǎng)景，現(xiàn)實(shí)當(dāng)中的3D打印汽車(chē)、3D打印房子，實(shí)驗(yàn)室里的3D打印器官，就連我們的起居飲食當(dāng)中也能找到3D打印服飾、3D打印巧克力等，仿佛一夜之間我們都進(jìn)入了3D打印的時(shí)代。面對(duì)當(dāng)前傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)持續(xù)低迷，以3D打印為代表的增材制造技術(shù)已成為世界各國(guó)關(guān)注的熱點(diǎn)之一，歐美以及亞洲多個(gè)國(guó)家與經(jīng)濟(jì)體還制定了相關(guān)的發(fā)展戰(zhàn)略與規(guī)劃：德國(guó)推出的《工業(yè)4.0》；歐盟發(fā)布的《3D打印標(biāo)準(zhǔn)化路線圖》；美國(guó)國(guó)家科學(xué)與技術(shù)委員會(huì)發(fā)布的《先進(jìn)制造國(guó)家戰(zhàn)略計(jì)劃》。2015年5月8日，國(guó)務(wù)院印發(fā)《中國(guó)制造2025》，是我國(guó)實(shí)施制造強(qiáng)國(guó)戰(zhàn)略第一個(gè)十年的行動(dòng)綱領(lǐng)。有人說(shuō)3D打印正引發(fā)一場(chǎng)新的工業(yè)革命，依我看不管你是否準(zhǔn)備好迎接變革的到來(lái)，我們都已經(jīng)在這場(chǎng)革命的洪流中并肩前行。

傳統(tǒng)的產(chǎn)品加工生產(chǎn)模式（減材制造），一般是先把原材料做成產(chǎn)品的毛坯，然后通過(guò)機(jī)床與刀具對(duì)毛坯進(jìn)行切削加工，再配合后續(xù)的工藝并最終做出成品。而增材制造標(biāo)志性工藝之一的3D打印，可將液態(tài)、絲狀、粉末等狀態(tài)的光敏樹(shù)脂、塑料、金屬，運(yùn)用SLA、FDM、SLS等3D打印技術(shù)，經(jīng)過(guò)逐層加工，疊加成型的工藝過(guò)程，直接加工成最終的成品。與傳統(tǒng)生產(chǎn)模式相比，3D打印的材料利用率極高（幾乎無(wú)損耗），工藝環(huán)節(jié)較少，適合生產(chǎn)結(jié)構(gòu)復(fù)雜的產(chǎn)品，如垂直方向的凹陷、中空、鏤空等結(jié)構(gòu)，但缺點(diǎn)是批量生產(chǎn)效率仍很低。下面將從工作與生活兩個(gè)方面講述下當(dāng)前3D打印的應(yīng)用現(xiàn)狀。

在工業(yè)上，目前3D打印技術(shù)的應(yīng)用尚未普及，小批量的3D打印加工多用于航天航空工業(yè)的特殊零部件，而目前應(yīng)用最多的還是在產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)以及個(gè)別模具的試制上。這里以一款手推車(chē)的轉(zhuǎn)向輪機(jī)構(gòu)為例，講述3D打印輔助產(chǎn)品開(kāi)發(fā)。某外國(guó)A公司需要開(kāi)發(fā)一款手推車(chē)，其中轉(zhuǎn)向輪機(jī)構(gòu)由國(guó)內(nèi)B公司設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)，B方需要按A方要求設(shè)計(jì)產(chǎn)品并將其試樣提供給A方檢測(cè)，直至樣板確認(rèn)方可進(jìn)行模具的開(kāi)發(fā)以及產(chǎn)品的生產(chǎn)。按往常的做法，B方一般是以A方確認(rèn)的設(shè)計(jì)圖，用CNC加工出塑料樣板并人工修正難以加工的部位，然后通過(guò)國(guó)際快遞交付給A方檢測(cè)。A方收到樣板后作測(cè)試評(píng)估并提出修正意見(jiàn)，B方根據(jù)修正意見(jiàn)重新設(shè)計(jì)做試樣然后快遞給A方再測(cè)評(píng)，如此流程直至產(chǎn)品設(shè)計(jì)定案。通常CNC加工手板需要兩天時(shí)間，國(guó)際快遞需要三天，算上設(shè)計(jì)以及評(píng)估的時(shí)間，一個(gè)月可以完成四套方案的整個(gè)設(shè)計(jì)流程。當(dāng)我們引入3D打印技術(shù)，只需普通的桌面級(jí)3D打印機(jī)，整個(gè)開(kāi)發(fā)的流程將發(fā)生巨大的變化。通過(guò)實(shí)際的測(cè)試，用桌面級(jí)3D打印機(jī)完成該手板僅需10小時(shí)（含打印件的支撐去除），而且打印過(guò)程可以無(wú)人值守，設(shè)計(jì)師在傍晚下班前只需按下打印啟動(dòng)按鈕，第二天到公司就可以拿到打印件，去除支撐后便可以直接給A方寄出去了。而且不用耽誤CNC的正常加工時(shí)間，無(wú)需鉗工師傅作樣板的精修，相同的設(shè)計(jì)流程僅需20天完成。如果兩家公司都使用3D打印機(jī)，B方只需將設(shè)計(jì)方案提供給A方，A方便可以完成手板制作以及測(cè)試評(píng)估的整個(gè)流程，節(jié)省下CNC加工以及國(guó)際快遞兩個(gè)環(huán)節(jié)，相同的設(shè)計(jì)流程可以縮短至10天內(nèi)完成。3D打印技術(shù)用于模具開(kāi)發(fā)也是很適合的，比如SLS成型的隨形冷卻模芯，可以改善產(chǎn)品的成型質(zhì)量并提高生產(chǎn)效率。而產(chǎn)品的試樣與開(kāi)發(fā)，也可以用特殊的3D打印技術(shù)把核心模具配件打印出來(lái)并組立成簡(jiǎn)易模具，生產(chǎn)出小批量的試驗(yàn)產(chǎn)品，節(jié)省了模具開(kāi)發(fā)費(fèi)用與時(shí)間。

與此同時(shí)，3D打印技術(shù)正在不斷的改變我們平常的生活，桌面級(jí)3D打印機(jī)也逐漸成為家庭的常用工具。如圖1所示玩具車(chē)的3D打印修復(fù)所示，一輛玩具車(chē)由于底盤(pán)上的卡扣斷了導(dǎo)致后輪及動(dòng)力部分松動(dòng)而損壞。個(gè)別不會(huì)修復(fù)的朋友就直接把玩具車(chē)報(bào)廢了，而會(huì)修復(fù)的一般都是用膠水一類(lèi)的塑料粘合劑把動(dòng)力車(chē)輪組在底盤(pán)上粘牢，但由于粘合的抗沖擊能力不高，玩具車(chē)很快又會(huì)因相同的問(wèn)題而損壞。當(dāng)我們身邊有3D打印機(jī)而且具備基礎(chǔ)的建模能力，就會(huì)分析卡扣附近的配合結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)出合理的固定壓塊，然后用3D打印機(jī)做出來(lái)并重新安裝到玩具車(chē)上。整個(gè)拆解分析、建模、打印及安裝的過(guò)程僅需30min，玩具車(chē)的結(jié)構(gòu)比原先的設(shè)計(jì)更合理，抗沖擊的能力也更強(qiáng)。

如果你喜歡養(yǎng)花，可以打印藝術(shù)造型的花瓶，要是單層的廣口花瓶，還可以在里面放置一盞LED燈，將其變?yōu)榘踩?jié)能的藝術(shù)燈飾點(diǎn)綴房間。我們還可以給家里的小孩打印齒輪魔方、恐龍頭骨模型、豎笛之類(lèi)的玩具，激發(fā)他們對(duì)科學(xué)技術(shù)的興趣，培養(yǎng)創(chuàng)意思維，讓智造中國(guó)從娃娃抓起（見(jiàn)圖2創(chuàng)意家居與3D打印）。另外，如圖3個(gè)性定制的3D打印烘焙所示，3D打印相關(guān)的食品也逐漸推出市場(chǎng)。

可以預(yù)見(jiàn)的未來(lái)，3D打印技術(shù)將改變我們的生活方式：眾多的日常生活用品將支持家庭3D打印機(jī)，我們網(wǎng)購(gòu)的時(shí)候直接對(duì)產(chǎn)品模型或者加工程序進(jìn)行支付，便可通過(guò)家里的3D打印機(jī)獲取所需的產(chǎn)品。對(duì)于支持3D打印的食品，我們也可以通過(guò)類(lèi)似的方式進(jìn)行支付，足不出戶即可得到個(gè)性化訂餐。在憧憬未來(lái)的同時(shí)，我們應(yīng)立足現(xiàn)狀：當(dāng)前我國(guó)所掌握的3D打印硬件核心技術(shù)較少，相關(guān)的國(guó)產(chǎn)化建模、打印軟件屈指可數(shù)，3D打印技術(shù)認(rèn)知與教育培訓(xùn)普及率低。個(gè)人認(rèn)為當(dāng)前3D打印可從學(xué)生抓起，如同計(jì)算機(jī)普及教育一樣，以學(xué)生為起點(diǎn)家庭為單位，逐步普及3D打印技術(shù)。在這個(gè)基礎(chǔ)上集思廣益，潛心鉆研尋求突破，自主研發(fā)建模軟件并掌握核心技術(shù)。工匠精神、全民創(chuàng)新，將引領(lǐng)我們逐步實(shí)現(xiàn)智造強(qiáng)國(guó)?！?/p>

圖1　玩具車(chē)的3D打印修復(fù)

圖2　創(chuàng)意家居與3D打印圖3　個(gè)性定制的3D打印烘焙