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激光3D打印将中国制造业“逼上梁山”

  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。

  二、革新的号角

  美国3D打印设备巨头3D Systems(DDD.NYSE)的创始人,查尔斯•胡尔(Charles W. Hull)比颜永年小1岁,他至今仍管理着公司,担任执行副主席一职,还是公司的首席技术官。

  1982年,在一家紫外线设备生产企业任职的胡尔,尝试把光学技术应用于快速成型领域。他将一种液态光敏树脂倒入大容器中,在容器里放置一个升降平台,容器上方的紫外激光器根据计算机指令照射液面,所到之处,材料会发生光聚合反应,迅速从液态转变为固态,当一层打印完成后,未被照射的地方仍保持液态,此时在液面以下0.05毫米-0.15毫米的升降平台会下降一层,激光器开始打印第二层。这个过程不断重复,直到整个物件制造完毕(参见图1)。这项立体光刻(SLA)技术就是最早的3D打印。

  胡尔于1986年申请了专利,并成立3D Systems公司。“30年前发明这项技术时,我们觉得这对制造业来说是一个机会。”胡尔的合伙人、3D Systems公司总裁亚伯拉罕·雷切特勒(Abraham Reichental)对《财经》记者说,“现在,客户比我们还要积极,推动我们进行适用性研究。五年前,大部分客户购买设备用于设计;从两年前开始,有一半的客户用在了直接制造上。”

  3D打印不需要模具,可以直接进行样品原型制造,因而大大缩短了从图纸到实物的时间。任何形状复杂的零件,都可以被分解为一系列二维制造的叠加。

  这种快速制造的理念还衍生出多种不同的技术类型,除了SLA,常见的有熔融沉积造型(FDM)、选择性激光烧结(SLS)、三维打印(3DP)等,其基本工作原理都是逐层增加材料,最终形成物件,因此,这些技术都被通俗地称作3D打印。

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