3D打印技術(shù)的核心問題還是新型材料的推廣
昌旭手握的巨型板手由目前最大的3D打印設(shè)備打印。
昌旭費力地手握的是一個巨大的工具板手模型，它是由目前世界上最大的3D打印機(jī)——Objet1000打印出來的，這臺設(shè)備由新合并成的Stratasys公司提供，2012年12月，原Stratasys公司(FDM技術(shù)為主）與以色列的Objet公司（Polyjet技術(shù)為主）合并，成為全球?qū)I(yè)3D打印機(jī)市場最大的公司，占專業(yè)3D打印機(jī)市場份額的一半以上，新公司仍是沿用Stratasys名稱。這臺設(shè)備可以打印1000x800x500mm的巨型寬幅成型尺寸，從而可以為汽車、國防、工業(yè)、消費電子以及家電等應(yīng)用打印工業(yè)級1:1尺寸的模型。
當(dāng)然，這打印的只是模型，而不是真實的能用的產(chǎn)品。這也是很多人的誤會，“打印出的自行車能騎嗎？”有人問。甚至有人問：“我用3D打印機(jī)再打印出一個3D打印機(jī)，不就行了嗎？”這是目前對于3D打印的最大的一個認(rèn)識誤區(qū)，目前3D打印機(jī)主要還是應(yīng)用于概念模型、工業(yè)設(shè)計原型等應(yīng)用，僅有在牙科等領(lǐng)域可以直接打印出工業(yè)可用的產(chǎn)品。
“我們的目標(biāo)是讓設(shè)計師的創(chuàng)意更完美，輕松將創(chuàng)意變?yōu)楝F(xiàn)實并縮短設(shè)計周期；讓制造商獲得更高效率，使用最終模型件實現(xiàn)大規(guī)模定制；改善企業(yè)的設(shè)計和溝通過程，減少生產(chǎn)錯誤。”Stratasys公司創(chuàng)始人、董事會主席Scott Crump表示。他舉個例子，比如打印出設(shè)計師新設(shè)計的1:1汽車模型和各種功能部件，這樣可以更直觀地評估設(shè)計效果，而不僅是停留在2D的圖紙上。“我在23年前有一個夢想，就是讓CAD工程師能通過一個簡單的設(shè)備直接將他們的設(shè)計打印成3D的模型，在大規(guī)模生產(chǎn)前，能讓工程師測試他們的產(chǎn)品。很快，這個夢想實現(xiàn)了，我與夫人一起發(fā)明了FDM技術(shù)。”他回憶道。他們的主要用材是熱塑性材料，目前已發(fā)展到十幾種。
而與他們合并的另一家公司則主要是專注于3D噴墨打印技術(shù)Polyjet，其創(chuàng)始人的夢想是用噴墨打印技術(shù)打印出極高質(zhì)量的工業(yè)產(chǎn)品原型。12年前，他們實現(xiàn)了夢想，成立Objet公司，他們的主要用材是噴墨式光敏樹脂，目前已有100多種材料。“當(dāng)然，目前的3D打印還只是用于工業(yè)原型打印，打印出來的產(chǎn)品不可能替代真實的制造/鑄造。”Scott Crump解釋，“比如最大的一個問題是，3D打印是一層一層打印的，沒法控制各個方向的強度一致性，這是未來要攻克的一個難題。”
雖然目前3D打印在工業(yè)上僅限于概念模型與工業(yè)原型，但是這將來帶來巨大的工業(yè)變革，完全改變目前的制造業(yè)流程，并會帶來無限商機(jī)。舉一個最簡單的例子，手機(jī)廠商的新手機(jī)都需要先做一個“手版”，這需要“開軟模”，雖然比真實的模具便宜，但是價格也不菲，且需要十多天的時間。如果能通過3D打印直接打印出來，也就是幾小時的時間。昌旭預(yù)測不久的將來可能會有不少提供這種類型服務(wù)的公司誕生，“我也準(zhǔn)備去開一家手機(jī)手版廠了。”昌旭已在微博表示（玩笑哈）。因為目前的3D打印設(shè)備價格已可在接受范圍。
“我們的3D打印設(shè)備價格從1萬美元的桌面型，到60萬美元的大型模型打印機(jī)，為用戶提供多種選擇。”Scott Crump解釋，“if you can dream it, we can build it.”他說。
不過，設(shè)備雖然不算貴，但是材料才是真正昂貴的，就像目前打印機(jī)廠商主要是通過打印墨盒來賺錢一樣。材料與3D打印設(shè)備需要完全配套。
3D打印機(jī)的核心技術(shù)是材料，就像目前打印機(jī)廠商主要是通過打印墨盒來賺錢一樣。材料與3D打印設(shè)備需要完全配套，未來3D打印最耗錢的肯定也是材料。
前面談到目前Stratasys公司可以提供10種熱塑性材料與120種噴墨式光敏樹脂材料，擁有幾百項專利。他們未來最大的挑戰(zhàn)仍是不斷開辟新型材料，包括金屬材料。對于目前國內(nèi)有業(yè)者推出基于玉米的3D打印材料，Stratasys公司創(chuàng)始人、董事會主席Scott Crump表示這只是炒作，沒有商業(yè)價值。“我們挑戰(zhàn)還在于混合不同的材料進(jìn)行打印，這個挑戰(zhàn)已在不斷攻克中。”他表示。
他介紹，已經(jīng)商用的基于Objet獨特的PolyJet Matrix技 術(shù)，可以在單一構(gòu)建中打印具有不同機(jī)械或物理特性的多種模型材料組成的零部件。PolyJet Matrix技術(shù)為各個領(lǐng)域提供了無限商機(jī)：最終產(chǎn)品外觀效仿，感覺與功能測試，使其比以往更貼近最終產(chǎn)品。而更具革命性的是，該公司創(chuàng)新的即時構(gòu)建數(shù)碼材料Digital Materials技術(shù)，使用戶能夠預(yù)先設(shè)置材料的機(jī)械特性，進(jìn)而創(chuàng)建復(fù)合材料。 對于目前業(yè)界談?wù)撦^多的金屬材料打印問題，他不愿意多作回答，僅神密地表示這是他們的一個研究方向。“3D打印未來的發(fā)展方向有三個：一是讓Polyjet噴墨打印具有更精細(xì)的畫質(zhì)；一個是能進(jìn)行3D彩色打印；第三是則能打印出藝術(shù)性更強的產(chǎn)品。”
PolyJet噴墨技術(shù)的工作原理是以超薄層(16μ)的狀態(tài)將感光聚合材料一層一層地噴射到構(gòu)建托盤上，直至部件制作完成。而最新的PolyJet Matrix的工作原理是其雙噴嘴可以選擇多種材料組合方式，包括同時噴射兩種不同剛性材料，兩種柔性材料，一剛一柔，任一種模型材料和透明材料，或任兩種相同材料等。每種材料均存放在專用的液體系統(tǒng)以連接到載有八個打印頭的PolyJet Matrix裝置。每種材料包括支撐材料指定了兩個完全同步的打印頭。PolyJet Matrix技術(shù)可以控制每個打印頭上的九十六個噴嘴中的任意一個，可以根據(jù)所處位置和模型類型從指定的噴嘴噴射事先調(diào)整好的模型材料，全面控制噴射材料的機(jī)械特性。這種復(fù)合型材料稱為“Digital Material”數(shù)碼材料，可以根據(jù)材料性能指標(biāo)如拉伸強度，極限拉伸率，熱變形溫度以及Shore A彈性值與實際產(chǎn)品材料進(jìn)行匹配。材料以超薄層的狀態(tài)被一層一層地噴射到構(gòu)建托盤上，直至部件制作完成。每一層感光聚合材料在被噴射后立即用紫外線光進(jìn)行固化，從而制作出完全凝固的模型，可以立即進(jìn)行搬運與使用，而無需事后凝固。可以用手或者通過水槍噴射分離方式很容易地清除為支撐復(fù)雜幾何形狀而特別設(shè)計的凝膠體狀支撐材料。
兩種不同的3D打印方式及對應(yīng)的應(yīng)用。
Stratasys研制的具有不同機(jī)械特性的3D打印材料。
這個腳模則是采用不同材料打印而成
合并之前，兩家公司2011年的總收入為2.77億美元，而據(jù)第三方數(shù)據(jù)顯示目前全球3D打印及耗材配件的市場總值是15億-20億美元。“所以，我們非常歡迎競爭，3D市場才剛剛開始。”新Stratasys公司CEO David Reis表示，“目前全球CAD設(shè)備有1400萬套，我們預(yù)測未來每年由2D CAD轉(zhuǎn)3D CAD的業(yè)務(wù)將達(dá)到100萬套，這是一個巨大的機(jī)會。”他表示公司目前已售出二萬套3D打印設(shè)備，未來的目標(biāo)是一百萬套。
Stratasys公司目前擁有500多項專利，核心專利是FDM與噴墨式PolyJet技術(shù)和相關(guān)材料，都是可直接從3D CAD文件或其他3D立體數(shù)據(jù)中制造產(chǎn)品原型或制成品。由于FDM專利在一年前已到期，現(xiàn)在全球涌現(xiàn)出80多家FDM的3D打印廠商，“我們正在探討基于FDM上的更高一層的專利，比如熱能控制等。”他透露。“競爭對手容易模仿的是簡單操作專利，而對于復(fù)雜的專利比如說支撐系統(tǒng)、材料等是他們模仿不到的。”他評論道。
對于3D打印在家庭市場的應(yīng)用，David認(rèn)為還不到時間。他指出：“如果我們要讓3D打印在家庭市場普及，首先我們要讓設(shè)備操作簡單，像普通打印機(jī)一樣按鍵則操作，而不是通過CAD專業(yè)人員才能實現(xiàn)。第二，當(dāng)然家庭打印設(shè)備需要更便宜和更可靠，否則售后也是一個問題。”他分析認(rèn)為，目前3D打印仍是主要在工業(yè)與醫(yī)療應(yīng)用領(lǐng)域，新興應(yīng)用包括珠寶首飾應(yīng)用。
此外，對于工業(yè)級的3D打印設(shè)備，如果欲快速普及，也需要克服以下幾個挑戰(zhàn)，David認(rèn)為一是要有更多的材料供選擇；二是打印出的物件強度各個方向要一致。“當(dāng)然，我們的ABS打印材料打印出來的物體強度已經(jīng)與傳統(tǒng)的鑄造模型很接近，但是仍需努力。”他稱。
目前業(yè)界三種不同的3D打印平臺
3D打印設(shè)備已具有很大的商業(yè)前景，價格也不貴，最便宜的才一萬美元。
(責(zé)任編輯：admin)
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