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3D打印与企业转型升级

发布时间:2015年9月4日

  9月2日,由辽宁3D打印行业协会主办,辽宁巨子实业股份有限公司、北京三帝打印科技有限公司、沈阳盖恩科技有限公司承办,沈阳市科学技术局支持的“3D打印与企业转型升级”高峰论坛暨辽宁省工商联3D打印行业协会(以下简称“协会”)成立大会在沈阳国际会展中心召开。辽宁省、市领导及3D打印行业的专家、学者、企业家们应邀出席。

  上午的协会成立大会中,选举产生了第一届领导名单,辽宁巨子实业股份有限公司卢升萍董事长任协会会长,原沈阳市人大副主任宋铁瑜、北京三帝打印科技有限公司董事长、宗贵升博士任协会名誉会长。

  在今后的发展中,协会将统筹协调辽宁省范围内3D打印技术和产业相关资源,提升在3D打印技术相关领域的研究、开发、制造、服务水平,促进3D打印技术标准的推广和应用,保护知识产权,促进产业发展。团结带领广大会员,大力开展产学研合作,共同突破新兴科技产业技术创新,形成联合开发、优势互补、利益共享、风险共担的新兴科技产业技术创新合作组织,带动产业技术进步,提升产业整体竞争力。做大、做优新兴科技产业,实现辽宁省综合实力的高水平崛起。

  下午的“3D打印与企业转型升级”高峰论坛由北京三帝打印科技有限公司董事长兼CEO、深圳七号科技有限公司董事长、中国粉末冶金产业技术创新战略联盟3D打印专业委员会主任宗贵升博士主持,并发表了主题演讲。

宗贵升:《3D打印与企业转型升级》

  宗贵升博士首先分析了中国制造业的现状。虽然2010年中国成为了世界第一制造大国,但依然存在低水平产能过剩,管理水平低,产品技术含量及附加值低,技术创新能力薄弱等诸多问题。面临成本优势丧失,倒逼强制性淘汰,互联网冲击猛烈,产业环境陡然大变的重重挑战。中国制造业企业的转型升级迫在眉睫。
如何转型?宗贵升博士认为,应从“智造”与社会价值链的融合,“质造”与生态链文明发展的融合,产业链延伸与产业整合的融合,高科技新产业与传统产业的融合等入手,最终实现向“轻”、“精”、“强”的转变。

  近年来,从美国奥巴马政府将3D打印列为刺激制造业回流、加速美国经济增长的重要“武器”,到德国“工业4.0”战略支持工业领域新一代革命性技术的研发与创新,再到国内的《中国制造2025》规划明确了提升我国制造业整体竞争力的任务和目标,全球制造业国家纷纷出台竞争策略。在全球制造业挑战不断升级的今天,为了在竞争中不败,我们要提高效率、缩短产品入市的时间,并增强灵活性,这些需求推动了智能制造的发展。3D打印作为智能制造的核心技术之一,具有改变整个生产行业的巨大潜力,有望成为中国高端制造业的重点环节,促进中国制造业升级。

  3D打印创造了全新的生产各种形状和尺寸物品的能力,使工程师能够设计出之前实现不了的更加复杂的产品。3D打印因其制造复杂零部件、产品多样化不增加成本、免组装、云制造、零技能制造,便携制造、净成型等优势,而被广泛应用于航空航天、汽车制造、铸造、医疗、数字建造、民用等领域的快速成型、快速制造。但是,如果不改变规则、要求和期望,3D打印相较传统制造来说有许多缺陷,还不能用来替代传统的成熟制造方法;而如果改变规则、要求和目标,把3D打印作为另一种制造方法,增量发展,3D打印将带来设计、制造的新纪元。面向未来,我们应用3D打印思维来设计、制造产品,拥抱智能制造,用3D打印思维来设计、制造产品,推动企业转型。

李述军:《电子束熔融金属成型技术在骨科植入器械应用》

  中国科学院金属研究所沈阳材料科学国家(联合)实验室李述军博士就电子束熔融金属成型技术(EBM)及其在骨科植入器械领域的应用进行了阐述与分析。据介绍,EBM是一种计算机程序控制的高精度快速制造技术,可实现金属材料任意结构的设计与制造,其材料的综合力学性能优于铸造工艺,金属粉末可回收利用并循环使用。

  近年来,EBM骨科植入器械应用持续增长。主要应用于:个体化定制关节的快速制造。如个性化定制膝关节,骨小梁结构颅骨修复植入物,个体化定制髋关节等;钛合金多孔植入器械。如梯度多孔股骨头支撑棒,骨小梁结构髋臼杯,多孔cage植入材料等。

  随后,李述军博士分别从电子束熔融金属成型技术的制备工艺、电子束熔融金属成型技术制备构件力学性能、电子束熔融金属成型技术制备构件生物相容性等方面进行了全面的解析。并指出,电子束熔融金属成型技术(EBM)是近年来国际上新近发展起来的一项先进金属成型技术。该技术可以高效制备高性能钛合金个体化骨科植入器械、多孔钛合金骨科植入器械,能明显提高金属植入物的骨整合能力,在骨科植入器械应用领域具有广泛的应用前景。

王联凤:《激光选区熔化在航天中的应用》

  上海航天增材研究室主任、中国科技大学特聘教授、中国3D打印技术产业联盟副理事长、上海增材制造协会会长王联凤教授介绍了激光选区熔化增材制造技术(SLM)及其在航天中的应用。激光选区熔化增材制造技术(SLM)是金属粉末在激光束的热作用下逐层选取完全熔化、冷却凝固而成形的技术,其在制造效率、制造精度、结构复杂度、力学性能等方面的优势,使其成为航天领域需求最迫切的增材制造技术。全球很多国家已经广泛开展了相关的研究与测试:如,美国航天局使用SLM打印火箭喷嘴及喷嘴点火试验;澳大利亚莫纳什大学用SLM技术制造航空发动机等;GE公司采用SLM技术研制LEAP发动机的燃烧系统关键部件;Honeywell公司在福岛核电站泄漏后用于勘测的垂直起降无人机;我国相关研究机构也在针对太空中失重、真空、温差大、电源有限等特有难题进行研究,并已将3D打印技术应用于部分航天精密部件的制造中。未来,3D打印技术在航天中的应用,将从地面加工、在轨组装、在轨制造向外星基地建设的方向发展。

衣惠君:《树脂材料在 3D 打印中的应用及发展》

  北京燕山石化高科技术有限责任公司、中石化北京燕山分公司树脂应用研究所项目经理、高级工程师衣惠君女士介绍了树脂材料在3D打印中的应用及发展状况。3D打印所用的聚合物材料主要包括热塑性塑料、光敏树脂、橡胶类材料、复合材料等,生物材料、细胞材料、DNA框架材料、干细胞材料等极具未来前景的材料也已处于研发阶段,想象空间巨大。从当前我国的3D打印市场应用来看,普通材料占据了半壁江山,国内自行研发的中端材料产品约占40%,国外高品质进口耗材占10%。针对3D打印材料的未来应用前景,如燕山石化树脂应用研究所这样的权威科研机构将致力于开发更多特殊用途的耗材产品,针对特定要求开发功能性更强的产品,提高材料与3D打印设备的适用性。

陆春:《3D打印就在我们身边》

  沈阳航空航天大学航空航天工程学部陆春教授指出,在没有接触3D打印之前,加工模具或零件,我们通常会习惯性地考虑采用数控加工的铣削加工方式,也就是减法成型工艺;而熟悉3D打印工艺后,就会把3D打印技术作为我们解决问题的方法。比如,3D打印手机壳,用3D打印制造碳纤三通管成型模具,制造复合材料螺旋桨成型模具和复合材料升降舵成型模具等。3D打印使我们的生活和工作变得更为简便。

  对于3D打印今后的发展,陆春教授提出了几方面期盼:

  能具备更优异的力学性能和耐热性能。目前基于树脂(塑料)基的3D打印技术,多采用力学性能较低的PLA、ABS、PS等树脂作为打印材料,力学性能较低,耐温性能较差,通常只能在室温使用,环境温度高于80℃工件的完全丧失力学性能。很多研究人员都试图对树脂基体进行改性。如通过在ABS材料中加入短切碳纤维,利用碳纤维增强ABS树脂,所制备的工件力学性能为ABS材料30倍;在树脂中加入陶瓷材料,利用树脂作为载体,经过排胶、烧结、上釉等工艺,可以使打印工件的耐温性能达到1000℃以上,目前我们和国内研究机构也在开展该技术的研究,已经取得一些进展。

  有更快的成型速度、更高的成型精度。具有声、光、电、磁等功能性。人们对3D打印材料将不仅仅满足成型工艺方面的需求,还对材料的功能性提出要求。目前该领域的研究成果也开始陆续问世。比如美国西北大学的科研团队开发出了高石墨烯含量的可3D打印油墨,石墨烯含量可达到60%以上,它将赋予打印材料导热、导电性能。目前可打印的功能材料研发正处于加速发展阶段,相信不久就会有更多的产品问世。

  最后,陆教授分享了其团队目前的研究进展。其研发的3D打印机及控制软件,采用TCP控制通讯协议,及高精度伺服电机闭环控制,有效保证打印过程中不丢步,目前打印机连续稳定工作超过140小時,没有出现模型错位,断丝的问题。其自主研发的高速打印机的打印精度0.025mm,最快成型速度60mm/小时。

刘建荣:《电子束熔丝沉积用钛合金研究进展》

  中国科学院金属研究所的刘建荣博士介绍了电子束熔丝沉积(EBRM)用钛合金丝材的研究进展。他指出,金属材料3D打印技术目前需解决四控问题:控“形”,即形状、尺寸精度,设备、工艺;控“性”,即零件性能、材料成分及热处理;控缺陷,即气孔、疏松、开裂;控成本,即材料、工艺、设备,其技术优势最终方能彰显。

  电子束熔融沉积是四种典型金属材料3D打印技术之一。其可实现快速制造大型结构毛坯,丝材、真空环境下的空间在轨制造。国内电子束熔丝沉积技术从2010年起开始得到较快发展,目前技术链条比较完整,设备、材料、工艺研究均衡发展并取得了较大进步,并在航空领域得到初步应用。钛合金是一种比较理想的3D打印材料,其焊接性良好,偏晶、偏析倾向低,冷裂、热裂现象不明显,用途广泛,物性活泼,但成本高。EBRM用钛合金丝材,具备工艺简单、成本低的优点。目前国内已开发了几种强度级别的钛合金丝材,满足了EBRM技术现阶段发展和应用需要。国内EBRM技术在航空结构件的研究和应用方面处于比较先进水平。

  针对当前设备的“短板”问题,刘建荣博士认为,应积极支持装备核心技术的突破,占领3D打印产业的战略制高点。同时,应推动设备、材料、工艺的协同、滚动发展,通过工艺完善装备(功能、稳定性),通过与材料的集成提高整体技术水平,突出3D打印技术优势,提高行业竞争力。政府、协会也应多着眼行业发展大计、资源整合及有效利用,最终实现合作共赢。

  付昕亮:《2015中国白车身装备业的创新与发展》

  一汽模具制造有限公司企管与信息化室主任,高级工程师付昕亮博士分享了中国白车身装备业的创新与发展,并结合3D打印在汽车模具制造领域的应用提出了方向。据介绍,当前中国车身装备制造业的高速发展,得益于多年来与国际先进企业的技术合作。中国车身装备制造业的强劲增长也使世界汽车装备产业呈现新的活力,为世界汽车产业摆脱金融危机,重入发展轨道作出了重要的贡献。现在“中国制造2025”、“新两化融合”等以信息技术与制造深度融合为主线的新一轮制造业升级已经拉开序幕。未来中国的车身装备制造也必将深度融入全球的制造业升级的趋势之中。

  付昕亮博士认为,3D打印在汽车模具制造领域可应用于模具镶块、模具泡沫实型、小批量、试制模具或产品件、焊装或滚压支撑块、检具树脂支撑块等领域。比如模具镶块的应用。其优势是,加工留量小,加工成本低,表面质量好,可成型复杂形状,材料机械性能满足使用要求,但打印成本较高,周期较长、批量少。

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