■ 金 文

石化產(chǎn)品復(fù)雜部件制造迎來3D打印時代

■ 金 文

制造“不可能的產(chǎn)品”

3D打印是一種通過逐層打印的方式制造工件的制造工藝。該技術(shù)無需使用將所需部件塑造成型的工具或模具。此外，與傳統(tǒng)的制造方法相比，3D打印使產(chǎn)品設(shè)計更為靈活。產(chǎn)品的設(shè)計工作通過計算機輔助設(shè)計（CAD）或醫(yī)學(xué)成像技術(shù)完成，并可立即進行打印，從而獲得實體部件。在不久的將來，3D打印還將制造出通過現(xiàn)有技術(shù)無法制造的產(chǎn)品，也就是所謂的“不可能的產(chǎn)品”。

3D打印的細分市場通常包括：企業(yè)用打印機、個人用戶打印機、材料和服務(wù)。所提供的主要服務(wù)是生產(chǎn)定制部件，這也是最具經(jīng)濟效益的主導(dǎo)細分市場。在地區(qū)分布方面，北美市場目前占有50%以上的市場份額。汽車和航空航天是3D打印的主要應(yīng)用領(lǐng)域，而消費品和醫(yī)療保健則被視為發(fā)展最快的應(yīng)用領(lǐng)域。據(jù)領(lǐng)先市場研究公司預(yù)測，到2020年，3D打印的市場規(guī)模將超過200億美元。

目前，3D打印雖然已開始應(yīng)用于小批量的直接制造，但受打印時間、精度和材料等限制，3D打印還不可能替代傳統(tǒng)制造業(yè)，只是利用研發(fā)、設(shè)計開發(fā)優(yōu)勢，為大批量制造業(yè)做輔助。當前最迫切的需求是以更快的速度進行原型制造或?qū)崿F(xiàn)產(chǎn)品小批量生產(chǎn)，這通常被稱為快速成型或快速生產(chǎn)。不過，人們普遍認為，定制產(chǎn)品設(shè)計和高幾何復(fù)雜性的部件在將來更為重要。

瓦克化學(xué)集團開創(chuàng)有機硅打印技術(shù)先河

總部位于德國慕尼黑的瓦克化學(xué)集團正用一種全新的商業(yè)模式，以ACEO為品牌，為有機硅3D打印提供全方位服務(wù)，加速進軍3D打印市場。

有機硅的獨特性能使其成為眾多應(yīng)用不可或缺的材料。例如：耐熱性、低溫柔韌性、透明性、生物相容性、顏料相容性和阻尼性能。在市場評估中，瓦克發(fā)現(xiàn)許多需求亟需得到滿足，尤其是在有機硅3D打印方面。3D打印自25年前發(fā)明以來，所使用的材料多為感光樹脂和熱塑性塑料，迄今為止還沒有適合彈性體、尤其是有機硅3D打印的終極技術(shù)解決方案。

因此，瓦克面臨的首要任務(wù)之一，就是要探索和開發(fā)一種適合這種特殊材料性能的工藝。瓦克選擇了噴射工藝，該工藝與使用噴墨打印機在紙張上打印非常相似。噴射工藝基于有機硅體素的拋射式給料。經(jīng)過一層一層的粘合，工件被制造出來。通過對有機硅進行調(diào)節(jié)，有機硅液滴可融合在一起，然后暴露在紫外光下，開始固化。體素和有機硅層共同形成與注射成型有機硅相差無幾的均質(zhì)材料。

在打印過程中，噴射工藝使用支撐材料來制造形狀復(fù)雜的飛檐和空心結(jié)構(gòu)，這樣，就可以順利完成所設(shè)計的產(chǎn)品造型。打印完成后，將該材料溶解于水中便可去除。幾乎任何顏色都可以添加到有機硅材料中。

基于廣泛深入的市場調(diào)查結(jié)果，瓦克于2014年第二季度開始啟動有機硅3D打印開發(fā)項目。項目進展非常順利。瓦克與敏捷的工程合作伙伴展開全面合作，共同開發(fā)材料、硬件和軟件，從而進入了發(fā)展的快車道。由于數(shù)項工作同步展開，而不是先后進行，瓦克3D打印項目的進展速度超乎想象。

ACEO包含四個不可分割的部分：材料、硬件、軟件，以及設(shè)計和制造3D打印有機硅部件的專業(yè)知識。毗鄰?fù)呖瞬└窈郎a(chǎn)基地的一座面積為600平方米的園區(qū)內(nèi)，配備有一個3D有機硅打印工廠、12個設(shè)備齊全的工作場所和一個供產(chǎn)品設(shè)計師和客戶通過采用瓦克有機硅3D打印技術(shù)開展項目的開放式實驗室。打印工廠將使用5臺3D打印機用于客戶項目和進一步工藝開發(fā)。從2016年8月起，瓦克化學(xué)的客戶便可通過網(wǎng)上商店，上傳設(shè)計產(chǎn)品，訂購有機硅3D打印部件，在ACEO印刷廠建成后，產(chǎn)品可發(fā)送至世界各地。此外，瓦克跨學(xué)科的ACEO團隊還為產(chǎn)品設(shè)計，以及有機硅部件或組件生產(chǎn)提供咨詢和開發(fā)服務(wù)。

固特異推出首款3D打印球形輪胎

2016年3月7日，固特異在日內(nèi)瓦國際車展發(fā)布首款3D打印的球形概念輪胎——Eagle-360。

固特異表示，這款輪胎將是自動駕駛汽車的一大輪胎解決方案，能大大提高汽車駕駛安全性能。據(jù)悉，球形輪胎能朝多個方向靈活移動，有效減少側(cè)滑，使橫向移動更流暢。在不急速改變行駛方向時，它還可以有效避開障礙物。而對于停車困難戶來說，這款球形輪胎能使汽車的入庫更簡單。

此外，這款球形輪胎還配置了磁懸浮連接裝置以增加乘坐舒適度，并還可以根據(jù)路面干濕情況自動變換胎面軟硬程度。因胎面由3D打印而成，這款輪胎將實現(xiàn)輪胎表面紋路的定制。車主可根據(jù)所在地區(qū)或行車路面的具體情況，自行定制輪胎花紋。

新加坡技術(shù)和設(shè)計大學(xué)開發(fā)出3D打印彈性體能夠延伸高達1100%

新加坡技術(shù)和設(shè)計大學(xué)的研究人員于2017年2月13日宣布，已開發(fā)出高度可伸縮和（UV）固化(SUV)的彈性體家族, 可以延伸高達1100%，并適用基于UV固化的3D打印技術(shù)。利用高分辨率3D打印與SUV彈性體成分可以直接創(chuàng)建復(fù)雜的3D晶格或空心結(jié)構(gòu), 表現(xiàn)出非常大的變形。這種SUV彈性體的制造時間也大大縮短。該彈性體項目是新加坡技術(shù)和設(shè)計大學(xué)數(shù)字制造和設(shè)計中心(DManD)、校園研究優(yōu)秀科技企業(yè)(CREATE)和耶路撒冷希伯來大學(xué)(HUJI)的研究人員共同協(xié)作的結(jié)果。DManD和CREATE都得到新加坡國家研究基金會(NRF)的資助。圍繞該項目的研究成果已發(fā)表在《先進材料雜志（Journal of Advanced Materials）》上。

SUV彈性體也顯示出好的機械重復(fù)性，適用于柔性電子元件。這個特性已被研究人員證明，3D打印使用彈性體的巴基球燈的開關(guān)，并按動1000次。測試后，燈的開關(guān)仍可正常工作。研究項目的共同引領(lǐng)者HUJI和CREATE的教授Shlomo Magdassi得出結(jié)論：總體而言，可以認為，SUV彈性體連同基于UV固化的3D打印技術(shù)，將大大提高可變形的3D結(jié)構(gòu)和設(shè)施的能力，包括軟驅(qū)動器和機器人、柔性電子元件、聲學(xué)超材料和許多其他應(yīng)用。

美國勞倫斯利弗莫爾國家實驗室采用高性能碳纖維的3D打印

美國勞倫斯利弗莫爾（Lawrence Livermore）國家實驗室(LLNL)研究人員于2017年3月1日宣布，已首次為航天級碳纖維復(fù)合材料實施3D打印，打開了輕量級但卻比鋼材更堅硬的材料更好控制和優(yōu)化的大門。

這項研究成果已發(fā)表在《自然科學(xué)（Nature Scientific）》雜志上，它代表著3D打印技術(shù)應(yīng)用于碳纖維的“重大進步”。

碳纖維復(fù)合材料油墨拉伸來自于定制的油墨寫讀(DIW) 3D打印機, 最終建立火箭噴嘴部件。

碳纖維復(fù)合材料油墨拉伸來自于定制的油墨寫讀(DIW) 3D打印機，最終建立火箭噴嘴部件。

碳纖維復(fù)合材料通常通過兩種方法制造，即通過將絲圍繞心軸纏繞，或?qū)⒗w維編織在一起，就像一個柳條籃子，導(dǎo)致成品限于要么呈扁平形狀或要么呈圓柱形狀。

然而，LLNL研究人員Lewicki介紹，可通過改進的直接DIW 3D打印過程打印出幾種復(fù)雜的3D結(jié)構(gòu)。Lewicki和他的團隊也開發(fā)并為新的化學(xué)申請了專利，可在幾秒內(nèi)使材料固化，而不是幾個小時，并利用實驗室的高性能計算能力開發(fā)出碳纖維長絲的精確模型。

計算機化的建模，由該工程師團隊在LLNL的超級計算機上執(zhí)行，需要模擬成千上萬的碳纖維，將他們從油墨噴嘴產(chǎn)生，并在過程中可實現(xiàn)如何最好地對齊。