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激光3D打印:梦想和现实的距离

  飞机上大型机构件的传统生产主要采用“锻造+机加工”的方法,该方法工序繁多、工艺复杂、材料利用率低、机械加工量大、数控加工效率低、制造成本高、生产周期长,采用激光制造技术直接制造大型钛合金结构件显示了巨大的优势。

  同时,该工艺可直接制造高性能金属零部件,还可制造出薄壁、微孔、中空等特殊结构零部件,在航空航天、汽车等重要领域具有广泛的应用前景。

  值得一提的是,目前整个激光材料加工行业按产值从大到小排主要分激光切割激光打标、激光钻孔、激光焊接、激光表面热处理、激光熔覆、激光合金化等子行业。其中激光切割、钻孔、焊接对激光器和机床精度和控制工艺要求较高,以美、德、日为首的传统制造业强国掌握了尖端技术。但是在激光表面热处理、激光合金化及激光熔覆领域,则是我国的强项,而且我国本身占了全球激光材料加工的15%市场份额,在激光熔覆领域则占到了半壁江山。

  激光快速成形实际上就是激光熔覆的升级版,相对于激光熔覆是表面优质涂层的制备,直接成型则是整体制造的工艺,在控制要求上更为困难和严格,但总体来说,和熔覆是一脉相承的,也就是说,中国的科研力量在这个领域是国际领先的。

  我们预计,激光快速成形技术仅在钛合金制造领域,在我国航空、船舶领域的市场规模为20亿元。未来随着我国航空、航天、船舶领域的快速发展,和在其他应用领域的拓展,以及该技术带来的新市场,激光快速成形技术的空间巨大。

  3D激光打印产业链从最初的原材料处理、设备制造直到最后的打印应用与服务,即使只有一小部分消费品通过3D激光打印的方式来制造,这也将是一个万亿规模的巨大市场。作为3D打印制造的一种,激光快速成形在航空航天、汽车、船舶制造领域优势巨大。

  3D打印的应用领域

  具体应用领域包括:

  1.工业制造:产品概念设计、原型制作、产品评审、功能验证;制作模具原型或直接打印模具,直接打印产品。3D打印的小型无人飞机、小型汽车等概念产品已问世。3D打印的家用器具模型,也被用于企业的宣传、营销活动中。

  2.文化创意和数码娱乐:形状和结构复杂、材料特殊的艺术表达载体。科幻类电影《阿凡达》运用3D打印塑造了部分角色和道具,3D打印的小提琴接近了手工艺的水平。

  3.航空航天、国防军工:复杂形状、尺寸微细、特殊性能的零部件、机构的直接制造。

  4.生物医疗:人造骨骼、牙齿、助听器、假肢等。

  5.消费品:珠宝、服饰、鞋类、玩具、创意DIY作品的设计和制造。

  6.建筑工程:建筑模型风动试验和效果展示,建筑工程和施工(AEC)模拟。

  7.教育:模型验证科学假设,用于不同学科实验、教学。在北美的一些中学、普通高校和军事院校,3D打印机已经被用于教学和科研。

  8.个性化定制:基于网络的数据下载、电子商务的个性化打印定制服务。国内3D打印产业发展现状及问题

  3D打印机虽然发展迅速,但仍面临缺乏宏观规划和引导、研发投入不足、产业链缺乏统筹发展、缺乏教育培训和社会推广等一系列问题。

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