锻压技术

3D打印在工业方面的应用

 

在20世纪80年代初以来,工业的3D打印机已经存在,并已广泛用于快速成型设计和研究目的。这些通常是较大的机器,使用专有的金属粉末,铸造介质(如沙子),塑料或磁带,并用于许多快速原型使用的大学和商业公司。制造工业用3D打印机的公司包括Renishaw,Objet Geometries,Stratasys,3D System和Z Corporation公司。

服装

3D打印逐渐应用到服装领域,时装设计师们也会使用3D打印的比基尼泳衣,鞋子和裙装进行时装设计构思。耐克在2012年为美国球员设计的Vapor Laser 的制模和生产中,就利用了3D打印技术,同样的,还有New Balance利用3D技术进行运动员专用跑鞋的私人定制生产。

3D打印研发公司正在研究可投放市场的眼镜,拥有受欢迎的样式,配以定制化的全套产品(除了镜片以外)。但随着快速制模的发展,镜片的定制也逐渐成为可能。

汽车

2014年年初,瑞典超级跑车生产商柯尼赛格发布了新车One:1,其中使用了许多3D打印的零部件。在柯尼赛格生产的汽车中,One:1拥有3D打印的测镜内零件,风道,钛排气部件,和全套的涡轮增压器组装线。

美国公司Local Motors与橡树岭国家实验室,以及Cincinnati公司正在合作研发大型的增量制造系统组装整车车体。Local Motors公司还计划2014年9月在国际生产科技展上在观众面前现场打印汽车:“汽车底盘和车身由纤维加强的热塑性塑料制成,没有动力传送系统,车轮和车闸重量不足450磅,全车总共也只有40个零部件,并且随着每次改进,零部件的数量会越变越少。”

Urbee是世界第一辆使用了3D打印技术的汽车(车身和车窗是3D打印的),它由美国工程公司Kor Ecologic和斯特塔西公司(3D打印机Stratasys的生产商)共同制造,融合了多重技术,外观很有未来主义的风格。

飞机

2015年5月,空中客车公司宣布其最新机种空中客车A350 XWB包括超过1000的部件由3D打印制造。2016年中国华中科技大学机械教授张海鸥,研发出的“智能微铸锻铣复合制造技术”与法国空中客车公司举行技术合作签约仪式,2002年起张海鸥开始主攻金属3D打印,终将金属铸造、锻压技术合二为一成功制造出世界首批3D打印锻件,别于“铸锻铣分离”传统制造方式。由于传统的金属3D打印有铸无锻,容易产生疏松、气孔、未熔合等缺陷,为解决这一世界性技术难题,张海鸥团队经过十多年研究,独立研发此一铸、锻、铣一体化技术省去传统巨型锻压机的成本,可通过电脑直接控制成形路径大降低设备投资和材料成本,该技术以金属丝材为原料,材料利用率达到80%以上,丝材料价格成本为目前普遍使用的激光扑粉粉材的十分之一左右。制造一个2吨重的大型金属件,过去需要三个月以上,现在仅需十天左右。

这种微铸锻生产的零组件,各项技术指针和性能均稳定超过传统锻件。华中科技大学现有设备,已打印出飞机用钛合金、海洋深潜器、核电用钢等8种金属材料,是当今世界上唯一可印出大型高可靠性能金属锻件的增材制造装备,3D打印正逐渐改变锻造的定义。

建筑

直到近年来,建筑模型是由手工建造,并且常常花费很长的时间。因此,建筑师经常被迫向他们的客户展示自己项目的绘图。据Erik Kinipper说,客户通常会需要从空间各个可能的角度查看产品来得到一个清晰的印象以做出明智的决定。为了在很短的时间内得到这些比例模型给客户,建筑师和建筑公司往往依靠3D打印。使用3D打印技术,这些企业可以减少50%到80%的生产时间,做出比加工件轻60%且坚固的比例模型。这样,设计和模型就只受人的想象力限制了。

3D打印技术对精度、速度和材料质量的改进已经为3D打印从建模过程的用途转型到制造策略打开了新的大门。南加州大学Behrokh Khoshnevis博士的研究结果可以用3D打印机在24小时内建造一座房子。这个过程叫做轮廓工艺(Contour Crafting)。Khoshnevis、Russell、Kwon与Bukkapatnam将轮廓工艺定义为采用计算机控制系统反复地放下材料层(如混凝土)的一种增量制造过程。 Bushey也讨论了Khoshnevis的配备可以喷出混凝土的喷嘴并可以基于电脑图案建造房屋的机器人。轮廓工艺技术在建造整体结构和子部件的自动化方面有很大的潜力。使用这个过程,设计可能各不相同的一座房子或房屋集群,可以单次运行自动建造,并将所有电力、水暖、空调管道嵌入。

此外,Sinterhab项目正在研究利用3D打印技术,以月球表层土为基底建造月球基底。为了替换传统的以粘合剂粘合月球表层土,科学家正在尝试使用微波烧结技术将月球表层土砌成坚硬的建材。