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3D打印完美契合德国工业4.0

时间:2022-05-15 09:45:03 浏览次数:

目前,制造业热议的德国工业4.0的核心就是3个关键点:智能制造、绿色制造,泛在制造。泛在制造中特别提出,雇员能够在家中工作。这个概念较好,体现在:可在家中工作,不受公司与杂事的约束,能充分发挥个人的独创性,提高效率;路上汽车少了,交通不再拥堵了,我们生存的环境也将更绿色、环保。

最符合工业4.0的精神

3D打印最符合德国工业4.0的精神。从以下3点分析并可知晓。

首先,3D打印技术有着统一的工艺流程、编程,数据转换非常便捷,所以它最支持智能工厂和敏捷生产。

其次,在打印过程中,对材料的利用率是100%,因此它最符合绿色制造。材料的浪费是现代制造业最大的成本。例如说发动机的机匣、叶轮盘,以及腹板或飞机的背板等结构异形件,采用传统制造工艺,有时材料的废除率达到95%~97%。而采用增材制造工艺,需要多少材料就用多少,对材料的利用率接近100%。另外,3D打印技术还可实现组装部件的一体化制造。比如在飞机装配中,要用到铆钉1万多个,有时甚至要10多万个铆钉,且目前我国主要依靠比普通铆钉价格高出10几倍的进口铆钉来装配飞机,如果采用3D打印的一体化制备将铆钉直接打印出来,会缩减大量成本。

再次,通过多头联动3D打印技术,还可集成多种材料的功能。通过零件结构的优化设计:表面采用耐磨材料、骨架采用高强度材料、芯部空心以减轻重量,这样可以把材料用在能发挥其最大效用的地方,实现零件性能的优化设计与经济性设计。

此外,3D打印机既可以为自己做零件,也可以在社会上接单,既是创客,也可创业。如此一来,社会资源可得到充分利用。

由此看出,3D打印技术是最支持德国工业4.0的产物。

是馅饼不是陷阱

目前,3D打印话题被很多人热议,当中也有不少人提出疑惑:宣传得那么好,是不是炒作?要想得到明确答案,请看以下几个实例。

以航空航天上使用的一些零件为例。如航天发动机的尾推管,其管体内有许多流道用于热交换。此前,在流道设计方面,很多相关人员提出了不少优化思想,但由于制造技术条件的制约而无法实现。如今,采用3D打印均可把内部流道等打印出来,实现最优的热交换。同理,应用3D打印技术也可打印出多级叶轮、战机的隔栅板。

隔栅板最初的设计是平面型的,且需加工很多均匀小孔。按照优化设计的思想,该零件应是曲面型的,且是弯的。如此形状,用3D打印技术也可实现。所以,飞机制造企业迫切需要3D打印机,因为3D打印技术的出现极大地改变了飞机设计的思路。

2011年9月,世界上第一辆“打印汽车”在加拿大亮相,该车采用复合材料制造,18马力,最高时速可达112公里,且一百公里耗油1.17升,相当经济环保。当前,世界三大汽车公司都在利用3D打印技术开发新型发动机,可以说3D打印技术使美国汽车公司复苏起来。

3D打印技术与传统制造技术结合,不断涌现出新的成果。例如涡轮增压器的铸型,以前采用等压铸造,现在则可以运用3D打印技术直接铸造出来;汽车发动机的缸体缸盖,上面有很多流道,也可用3D打印技术直接打印出铸型;一架飞机,需要上万个零件铸型、很大的贮存量,采用3D打印技术,在需要时,只要将设计数据调出来,就可直接做一个砂型。

最值得一提的是,美国GE公司应用3D打印技术将飞机发动机的油嘴设计进行了一体化改进,由原来20个零件的组合变成一个零件,且重量减轻了25%、燃油的效率增加了15%,所以一下获得8.5万个订单。3D打印在该公司不再仅做产品开发技术,而成为直接制造的技术。

GE公司还做了个试验:在网上发布名为“挑战3D打印”的方案征集活动,邀请全社会的创客进行一个飞机零件的设计,然后用3D打印机来进行实现,再进行评测。当时,他们从征集得到的730余个设计方案中,选出10个方案进行评测,发现8个方案都能够满足要求。其中,通过第1名的设计方案做出来的零部件重量是原来零部件重量的1/6,第2名只有原来重量的1/5。假如能减轻飞机上每个零部件的重量,可大大提升效率。这个案例不仅体现了3D打印技术的威力:能够有效地支持创新设计,还证实了集散制造模式下创客资源的巨大潜力。像GE这样的专业飞机发动机设计公司,已有上百年的经验,而业余的创客设计超越了专业设计师,可见创客资源的潜力值得深入挖掘。

国外的3D打印企业正如雨后春笋般出现,且得到了各种渠道资金的支持,尤其是资本市场的支持。如今,已有3个3D打印公司:3D System、Stratasys和EXONE先后上市。他们前期靠雄厚的资金投入研发,获得大量的专利后,通过专利护航来保证其高额的收益。特别是3Dsystem公司,成长起来后就开始不断并购小公司,一方面消灭了竞争对手,另一方面加速了技术的对外扩张。

所以,3D打印是馅饼而不是陷阱。进入得快,就可以享受大块;进入得慢,则只能享受小块。当然,也要注意分析。将技术用在最合适的地方就是馅饼,选择的领域不对,那么对个人或企业而言就可能成为陷阱。因此,对应用领域的判断和选择很重要。

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