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3D打印:概念or革命

发布日期:2013-03-13

       对于当下的科技界,最为人们津津乐道、炒得最火的技术无疑就是3D打印了,美国总统奥巴马在今年年初发表的国情咨文中,谈到3D打印及其重要性时指出:“3D打印有可能革命化我们制造所有产品的方式。”随后3D打印成为美国政府在全国范围内15个制造创新领域计划的第一个样本,美国政府还拨款10亿美元并建立专门基地来支持这项技术。
  3D打印颠覆性地改变了产品制造的方式,所以受其影响最深的在于制造业,最终也将会改变人类的生活。有人把3D打印机比作哆啦a梦的口袋,如今,涉及到人类吃穿住用行的包括鞋子、衣服、巧克力、玩具、雕塑、耳朵、牙齿、玻璃、瓷器、汽车等产品,3D打印都可以做出来。甚至在近日召开的两会上,歼-15总设计师孙聪透露,钛合金和M100钢的3D打印技术已广泛用于新机设计试制过程;欧洲航天局(ESA)正在探索使用月尘作为建筑材料,打造一个3D打印的月球基地的方案。不少网友直呼:人类已经无法阻止3D打印了!
  陶瓷行业作为传统制造业的重要一环,是否会赶上3D打印的顺风车?在陶瓷行业,自从陶瓷喷墨打印技术普及之后,3D打印早已不是什么新鲜的词汇,甚至4D、5D、6D这些概念也层出不穷,但3D打印技术并非陶瓷喷墨打印这种表面装饰技术那么简单,那么真正的3D打印技术是否会对陶瓷行业的工业生产带来变革,对制造业而言,3D打印技术的真正魅力和前景又在何方,这些,都值得业内人士去深入探讨和思考。
  3D打印与3D喷墨
  3D打印技术是一种快速成型技术,也称“增材制造”技术,它可以根据物体的三维模型数据制成实物模型,简单来说,它是一种以数字模型文件为基础,运用粉末状金属或塑料等可粘合材料,通过逐层打印的方式来构造物体的技术。具体说来,人们需要首先需要通过电脑对实物进行扫描或直接创建一个三维设计图,再通过3D打印机对这个立体原型进行“切片”,一层一层地进行数据记录,然后将原材料按切片数据层层叠加,直到最终成型。
  如果从狭义上讲,3D打印指的就是三维印刷工艺,适合的材料为石膏、木材或塑料,但从广义的堆层成型来看,包括熔融沉积造型技术(FDM),其主要材料为ABS树脂;可以加工金属和陶瓷材料的选择性激光烧结技术(SLS)、以及目前应用最广泛的光固化立体造型技术(SLA)都可以列入3D打印技术的范畴。
关于3D打印最生动的例子在一些影视作品中已经出现,比如在成龙的电影《十二生肖》中,成龙扮演的JC戴了一个有许多传感器的手套,把兽首摸了一遍后,  3D打印机就复制出来了一个一模一样的兽首来。此外在《碟中谍4》中,汤姆克鲁斯主演的特工伊森所使用的面具制造机,采用的正是3D打印技术。
  而在陶瓷行业,关于3D这一概念,听到最多的就是3D喷墨,陶瓷喷墨打印技术与3D打印技术在原理上是一样的,但是喷墨打印是一种表面装饰技术,尽管其表面可以实现一定凹凸面的效果,其工作区域还停留在二维空间,就像有业内人士看玩笑指出的:“陶瓷喷墨打印最多属于2D半。”由于3D打印是把材料按数据一层层叠加起来的,其实就是把二维变成了三维,就像一张张书页组成了一本书。
  这样看来,陶瓷行业所谓的3D喷墨、4D瓷砖等,严格来讲都是不成立的。3D打印与3D喷墨打印的差别除了维度上面的差异,另外一个重要的差异在生产流程方面,喷墨打印只是陶瓷生产过程的一个环节,而3D打印机只需要关于产品的数据以及材料,就可以独立完成所有的制造过程,它是终极成型工具。
  专家指出,3D打印技术的核心在于材料,只要材料都变成“墨水”,然后经过高温溶解,熔融,再经过打印固化成型,原理上所有的产品都可以实现3D打印,对于一些特殊的耐高温材料,像陶瓷,就可以通过加分散剂的形式使之形成悬浮剂,进而形成浆料和液体。都有可能实现。
  广东道氏标准制釉股份有限公司副总经理张翼博士也告诉记者,用3D打印生产建筑陶瓷并非没有可能,而是因为其产量低,无法实现连续生产,如果要实现连续生产,设备的体量就要很庞大,喷墨量也非常大,因而存在难度。
  3D打印推动陶瓷行业进入深度个性化时代
  之所以3D打印这个概念可以风靡全球,一个很重要的因素在于它在很大程度上满足了消费者的个性化需求,并且在一些领域实现了传统制造业无法实现的东西。喷墨打印技术被引进陶瓷行业以后,也有不少业内人士认为,陶瓷行业的个性化时代已经到来,但国内陶瓷行业的个性化仅停留于陶企做出了更多在品种、花色及纹理上具有个性化的产品,给设计师和消费者提供了更多样化的选择。
  但是消费者的需求层次在不断提高,在多数陶瓷产品都可以满足消费者基本需求的时候,装饰功能的重要性就会凸显出来。如果未来瓷砖的平面装饰效果已经无法满足消费者的装饰需求,而需要更具立体感甚至3D效果的瓷砖时,陶企就需要考虑借助3D打印的力量了。
  如果3D打印目前看来进入建筑陶瓷领域时机尚未成熟,那么3D打印在可预见的将来,可以为陶瓷行业做些什么?高级工程师徐平告诉记者,3D打印对工业陶瓷、艺术陶瓷、模具制造、样板定制将会产生深远的影响。
  在样板定制方面,就回到陶瓷砖领域了,徐平指出,3D打印在陶瓷砖生产的实验室有较大的应用空间。比如客户向企业提供了一块石头,要求作出一个样板出来,而且对样板的尺寸也有了特殊的要求,这时候3D打印就可以派上用场了,对着石头扫描一下,然后按照客户要求的尺寸进行调整,先用塑料打出一个样品出来,之后用喷墨机打一个表层,这样很快就可以给客户送样,而如果照传统的做法,还需要压机、雕刻,过程复杂而且成本很高。
  徐平认为,3D打印是立体打印,对于一些立体零部件比较复杂,常规方式不好做的产品,用3D打印来做,大尺寸的精度非常好;此外对于一些个性化非常强、小批量定制的产品,比如工业陶瓷或艺术陶瓷,也可以通过这种设备来生产,“虽然它的成本会很高,但是个性化需求本身能够承担起这些费用。”
而在目前3D打印技术应用也比较广泛的模具制造领域,陶瓷行业同样也会因此受益。卫浴洁具多是立体的,徐平告诉记者,3D打印有可能会用于洁具的模具设计上,过去人工做一套模具可能要花费一个月的时间,现在设计师利用这一技术,一到两天就可以把这套模具做出来。
  3D打印相比传统制造的最大一个优势在于它突破了结构和空间的束缚,理论上只要人类能设计出来的形状,通过3D打印机都可以实现,就像古人所说的,水无形而有万形。国外有研究者做出了水运动瞬间的3D打印结构,而极具艺术表现力的3D打印瓷器也已问世。
3D打印能否重塑制造业的未来
  美国作家威廉?罗森在其著作《世界上最有力的创意》中说:“工业革命首先是一场发明革命,不仅新发明数量激增,而且发明过程本身也发生了根本性转变。”从这个角度来看,说3D打印成为引领第三次工业革命的力量并不为过。
  也有专家指出,3D打印的火爆只是停留在资本市场和媒体层面,而真正在商业及工业领域只是处于平稳发展阶段。
  不管3D打印的浪潮是暗流涌动还是席卷而来,对制造业的作用和影响都值得思考。前《连线》杂志主编、畅销书《长尾理论》和《免费》的作者克里斯?安德森在其最新的一本著作???《创客》里,思考了3D打印对未来制造业的影响。
  安德森提出了一个全新的词汇???“创客”,他认为,大规模生产的优势在于重复制造与标准化,而3D打印则有利于个性化与定制化。数字制造时代的一大胜利是我们可以在大规模生产与定制之间做出选择。产品制造的数字化变革绝不仅仅是优化现有的制造业,而且是将制造延伸至范围更广的生产人群当中???既有现存的制造商又有正成为创业者的普通民众,创客就来自这些普通民众。
  安德森指出,塑造未来制造业的力量就在于这些创客,而非像通用汽车那样拥有百年历史的制造企业。当然,在美国已经有越来越多的创客,也有数不清的“从宿舍到富翁”的传奇故事,乔布斯就是创客的代表人物。但是在国内,创客运动并未有多大的起色,一是因为国内消费者的DIY意识尚未形成,二是制造业是一个产业链的东西,从开源设计到获得投资,再到构建营销渠道,都尚未完善。
  18世纪60年代,织工哈格里夫斯发明了珍妮纺纱机,标志着英国工业革命的开始,3D打印技术使制造业在工厂生产车间变为每个家庭的桌面成为了可能,它是否会给21世纪的制造业带来颠覆性的改变,目前来看,还有很长的一段路要走。
  不过可以预见的是,3D打印既不会成为过眼云烟,也不会在短时间内取代传统制造业,但其革命性不容小觑。陶瓷行业作为传统制造业,在数字化水平和商业模式探索上,距离制造业的前沿技术和思想都会存在一定的滞后性,但是如果能够创新性地进行吸收利用,相信会对推动陶瓷行业的变革升级注入新的活力。
(本文来自:安康)

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