侵权投诉
订阅
纠错
加入自媒体

中美增材制造路线图对比:不可能一蹴而就

2015-11-11 09:23
夜隼008
关注

  2015年8月在国务院第一次专题讲座上,李克强总理对增材制造表示出浓厚兴趣。他表示,这给我们一个很重要的启示:中国发展到今天,我们要瞄准下一个发展阶段,要想由制造大国迈向制造强国,就需要在理念上提升一个层次。

  李克强同时称,“增材”的理念非常符合我国的国情需要。我国的自然禀赋并不占优,人均资源占有量在很多方面都低于世界平均水平,“增材”的方式可能会对我国发展方式带来颠覆性的重大转变。不仅是3D打印,还有很多其他技术,要围绕这一理念认真思考:怎样转变发展方式,走出一条推动中国产业、经济迈上中高端的路子来。

  据OFweek激光网编辑了解,增材制造技术起源于美国,是基于材料堆积法的一种新型技术,被认为是近20年来制造领域的一个重大成果。随着美国总统奥巴马多次在国情咨文中强调增材制造(3D打印)的重要性,至此增材制造技术开始在全球风靡,于此同时中国也制定出相关推进技术,促进增材制造产业发展。接下来OFweek激光网将带你领略中美增材制造的不同方向与侧重。

李克强总理关注“增材”

  增材制造——创新与创业的利器

  增材制造(AdditiveManufacturing,AM)技术是通过CAD 设计数据并采用材料逐层累加的方法制造实体零件的技术,相对于传统的材料去除(切削加工)技术,是一种“自下而上”的材料累加制造方法。自20 世纪80 年代末,增材制造技术逐步发展,期间也被称为“材料累加制造”、“快速原型”、“分层制造”、“实体自由制造”、“3D 打印技术”等。美国材料与试验协会(ASTM)F42国际委员会对增材制造给出了定义:增材制造是依据三维模型数据将材料连接制作物体的过程,相对于减法制造,它通常是逐层累加的过程。3D打印也常用来表示“增材制造”技术。狭义的3D 喷印是指采用打印头、喷嘴或其他打印技术沉积材料来制造物体的技术,这些增材制造设备相对价格较低,总体功能较弱。

  从更广义的原理上来看,以三维CAD设计数据为基础,将材料(包括液体、粉材、线材或块材等)自动化地累加起来成为实体结构的制造方法,均可视为增材制造技术。

  增材制造技术不需要传统的刀具、夹具及多道加工工序,利用三维设计数据在一台设备上可快速而精确地制造出任意复杂形状的零件,从而实现“自由制造”,解决许多过去难以制造的复杂结构零件的成形,并大大减少了加工工序,缩短了加工周期。而且越是结构复杂的产品,其制造的速度优势越明显。近20 年来,增材制造技术得到了快速的发展,增材制造原理与不同的材料和工艺结合发展出了许多增材制造设备,目前已达到20 多个种类。这一技术在各个领域都获得了广泛的应用,如电子产品、汽车、航空航天、医疗、军工、地理信息、艺术设计等。

  增材制造(3D 打印)技术被认为是“一项将要改变世界的技术”。英国《经济学人》杂志认为增材制造将“与其他数字化生产模式一起推动实现第三次工业革命”。2013 年麦肯锡发布“展望2025”,而增材制造被纳入决定未来经济的12 大颠覆技术之一。增材制造技术为我国制造业发展和升级提供了历史性机遇。增材制造可以快速、高效地实现新产品物理原型的制造,为产品研发提供快捷技术途径。该技术降低了制造业的资金和人员技术门槛,有助于催生小微制造服务业,有效提高就业水平,有助于激活社会智慧和资金资源,实现制造业结构调整,促进制造业由大变强。

  (1)为创新、创业开拓了巨大空间。3D 打印适用于复杂形状结构、多品种、小批量的制造以及众多领域的应用。人们可以通过拓扑优化设计及多材料制造功能梯度结构,最大限度地发挥材料的功能,为许多装备设计和制造带来颠覆性进步,使设计摆脱了传统技术可制造性的约束,给创新设计释放了巨大的空间。

  (2)崭新的生产组织模式为创业提供了无限商机。增材制造带来集散制造的崭新模式,即通过网络平台,实现个性化订单、创客设计、制造设备,乃至资金的集成规划与分散实施,这一生产模式可以有效实现社会资源的最大发挥,为全民创业和泛在制造提供技术支撑。

  (3)促进学科交叉研究的革命性发展。发展微型冶金试验平台,应用于材料基因研究,创造新合金材料。可以通过细胞打印、组织工程,发展器官再造,通过建设干细胞试验台,快速、高效进行干细胞诱导试验,发展基因打印,为生命学科发展提供跃进式发展。

  (4)为我国制造业发展和升级带来重大机遇。3D 打印是产品创新的利器,已经成为先进开发模式。而生产能力过剩,产品开发能力严重不足,是我国制造业发展的瓶颈。将3D 打印迅速在各个领域推广应用,是发展高技术的服务业,实现制造业结构调整和促进制造业由大变强的重要手段。

  关键技术

  (1)智能化增材制造装备。增材制造装备是高端制造装备重点方向,在增材制造产业链中居于核心地位。增材制造装备制造包括制造工艺、核心元器件和技术标准及智能化系统集成。面向装备发展需求,应重点研究装备的系统集成和智能化,包括:多材料、多结构、多工艺增材制造装备;增材制造数据规范与软件系统平台;材料工艺数据库建设与装备的智能控制;增材制造装备关键零部件及系统集成技术。

  (2)增材制造材料工艺与质量控制。增材制造的材料累积过程对构件成形质量有重要影响,主要体现在零件性能和几何精度上。为保证制造质量,需要不断研发面向增材制造的新材料体系;通过材料、工艺、检测、控制等多学科交叉,提升制件质量。研究内容包括:面向增材制造的新材料体系;金属构件成形质量与智能化工艺控制;难加工材料的增材制造成形工艺;增材制造材料工艺的质量评价标准。

  (3)功能驱动的材料与结构一体化设计。增材制造因其降维和逐点堆积材料的原理,给设计理论带来了新的发展机遇。一方面突破了传统制造约束的设计理念,为结构自由设计提供可能,另一方面超越传统均质材料的设计理念,为功能驱动的多材料、多色彩和多结构一体化设计提供新方向。研究内容包括:功能需求驱动的宏微结构一体化设计;多材料、多色彩的结构设计方法与智能化制造工艺集成;面向增材制造工艺的设计软件系统。

  (4)生物制造。增材制造技术与生物医学结合形成了新的学科方向——生物制造(Biofabrication)。它是制造、材料、信息和生命科学的交叉融合,目标是为生物组织从细胞和生物材料向有形大结构组织和器官发展提供结构载体;研发定制化组织器官及其替代物,发展新兴产业,为人类健康服务。重点研究包括:个性化人体组织替代物及其临床应用;人体器官组织打印及其与宿主组织融合;体外生命体组织仿生模型的设计与细胞打印。

  (5)云制造环境下的增材制造生产模式。发挥并利用全社会智力和生产资源是未来社会形态变革的方向,增材制造正是促进这一社会模式形成的技术动力。新一代生产模式趋向于集散制造发展,实现工艺、数据、报价统一,形成众创、众包、众筹的运作方式。因此,需要技术和管理的集成创新,需要开展制造学科与管理学交叉融合的研究与应用实践。主要研究包括:增材制造技术与传统制造工艺的技术集成;增材制造服务业对社会化生产组织模式变化的影响;效益驱动的分散增材制造资源与传统制造系统的动态配置;分散社会智力资源和增材制造资源的快速集成。

1  2  3  下一页>  
声明: 本文由入驻维科号的作者撰写,观点仅代表作者本人,不代表OFweek立场。如有侵权或其他问题,请联系举报。

发表评论

0条评论,0人参与

请输入评论内容...

请输入评论/评论长度6~500个字

您提交的评论过于频繁,请输入验证码继续

暂无评论

暂无评论

文章纠错
x
*文字标题:
*纠错内容:
联系邮箱:
*验 证 码:

粤公网安备 44030502002758号