加入
我们
投稿
反馈
评论 返回
顶部

内容字号: 默认 大号超大号

段落设置: 段首缩进取消段首缩进

字体设置:切换到微软雅黑切换到宋体

3D打印激发个性化创新,社会分工将彻底改变

2019-05-25 09:59 出处:未知 人气: 评论(

  3D打印本来是上个世纪的技术,不过近一年以来的高速发展让3D打印回到大众视野,对我们的生活可能产生前所未有的影响。通过3D打印技术,我们甚至可以创造出任何东西,包括那些结构复杂,或者是精度要求很高的产品,因此它可以把人类的想象力更完美地还原。未来,“定制”也许将成为常态。

  3D数字化就是利用计算机来生成数字化的3D图纸模型,以便输出到3D打印机。目前有两类方法进行3D数字化。第一类是使用3D设计软件,由设计师从无到有地设计3D数字化产品。目前常见的3D商业设计软件有:SolidWorks、AutoCAD、等。此外,还有多款各有特色的免费设计软件:Blender、Tinkercad等,其中很多还支持基于WebGL的网络在线编辑。

  当然,并非人人都有能力自己设计3D形状,因此第二类3D数字化就是3D扫描,基于计算机视觉、计算机图形学、模式识别与智能系统、光机电一体化控制等技术对现实存在的3D物体进行扫描采集,以获得逼真的数字化重建。3D扫描技术分主动扫描与被动扫描两种。

  主动式扫描是对被测物体附加投射光,包括激光、可见白光、超声波与X射线等。其中激光线式的扫描,可以扫描大型的物体,但是由于每次只能投射一条光线,所以扫描速度慢。而目前最新的基于结构白光的扫描设备,能同时测量物体的一个面,点云密度大、精度高,在快速采集物体三维表面信息方面具有独特优势。此外还有基于光照编码的扫描设备,如微软2010年发布的Kinect,具有实时性的特点。

  被动式扫描对被测物体不发射任何光,而是通过采集被测物表面对环境光线的反射进行,因不需要规格特殊的硬件,所以成本非常便宜。被动式扫描重建技术,如Autodesk最新的123DCatch,通常基于计算机三维视觉的理论方法,如立体视觉法等。受环境光照对图像质量的影响,被动式扫描往往精度较低、噪声误差较大。

  在获得3D扫描的原始数据后,往往还需对其进行复杂的处理,如将多个视角的形状片段进行对齐和拼接配准,以统一在同一个世界坐标系下。此外还需进行漏洞修补、噪声去除、三角化、重网格化等,以生成最终的高质量水密曲面。

  目前还没有一种成熟的3D数字化技术能够对自然界的任意形状进行全自动地真实重建,如对于人体的头发等。因此在实际操作过程中,往往需要同时结合多种扫描技术,以及一定的手工编辑,以获得一个好的重建质量。

  3D打印诞生于上世纪80年代

  3D打印并非是新鲜的技术,这个思想起源于19世纪末的美国,并在20世纪80年代得以发展和推广。早期的3D打印用于将虚拟世界中复杂的3D数字化模型变成客观世界中真实存在的3D实体。与传统的“切削去除材料”的加工技术不同,3D打印采用“逐层增加材料”的方式来生成3D实体。3D打印无需机械加工或任何模具,这样极大地减小了复杂产品的制造难度,缩短了研制周期。目前3D打印在电影制作、游戏动漫、医疗、教育、建筑、文物考古、生产制造业都发挥了独特的作用。

  3D打印成为近年来的新闻热点,与2006年英国Reprap开源项目的发布不无关系。Reprap是3D桌面打印发展的基石,直接催生了包括Makerbot在内的一大批廉价普及型3D打印机,价格从几千到几万元人民币不等。

  而在高精度大尺寸工业打印领域,美国3DSystems和Stratasys两大公司占据了大部分的市场份额。当然,在这个新技术竞争激烈的领域不乏挑战者,如Mcor公司2012年新推出的Iris全彩打印机,只需普通A4办公纸作为原材料,具有超低的成本优势和绿色环保的优势。在国内,由亚洲制造业协会联合华中科技大学、北京航空航天大学、清华大学等科研机构和企业发起的中国3D打印技术产业联盟于2012年成立。

  目前,3D打印机已经能够使用各式各样的新材料(液体、粉末、塑料丝、金属、沙子、纸张甚至巧克力、人体干细胞等),通过喷墨沉积、熔融沉积成型、激光烧结、立体光刻等工艺将三维数字模型变成实物,从玩具、工具,到厨房用品、建筑、时尚衣服应有尽有,甚至还可直接打印具备触感的人造耳朵、人体骨骼、人造假牙、鲜肉,以及枪支、跑车、无人飞机等。

  我国发展3D打印产业意义重大

  发展3D打印产业,可以在提升我国工业领域的产品开发水平的同时有助于攻克技术难关,并且易形成新的经济增长点,促进就业。当前,全球正在兴起新一轮数字化制造浪潮。发达国家面对近年来制造业竞争力的下降,大力倡导“再工业化、再制造化”战略,提出智能机器人、人工智能、3D打印是实现数字化制造的关键技术,并希望通过这三大数字化制造技术的突破,巩固和提升制造业的主导权,加快3D打印产业发展,推动我国由“工业大国”向“工业强国”的转变。

  发展3D打印产业,可以提升我国工业领域的产品开发水平,提高工业设计能力传统的工业产品开发方法,往往是先开磨具,然后再做出样品,而运用3D打印技术,无需开磨具,可以把制造时间降低为以前的1/10到1/5,费用降低到1/3以下。一些好的设计理念,无论其结构和工艺多么复杂,均可利用3D打印技术,短时间内制造出来,从而极大地促进了产品的创新设计,有效克服我国工业设计能力薄弱的问题。

  发展3D打印产业,可以生产出复杂、特殊、个性化产品,有助于攻克技术难关3D打印可以为基础科学技术的研究提供重要的技术支持。在航天、航空、大型武器等装备制造业,零部件种类多、性能要求高,需要进行反复测试。运用3D打印,除了在研制速度上具有优势外,还可以直接加工出特殊、复杂的形状,简化装备的结构设计,化解技术难题,实现关键性能的赶超。

  发展3D打印产业,可以形成新的经济增长点,促进就业随着3D打印的普及,“大批量的个性化定制”将成为重要的生产模式。3D打印与现代服务业的紧密结合,将衍生出新的细分产业、新的商业模式,创造出新的经济增长点。如自主创业者可以通过购置或者租赁低成本的3D打印设备(一些3D打印设备已低于1万元),利用电子商务等平台提供服务,为大量消费者定制生活用品、文体器具、工艺装饰品等各类中小产品,激发个性化需求,形成一个数百亿甚至数千亿元规模的文化创意制造产业,并增加社会就业。

  为推动我国3D打印技术产业化、市场化进程,加快与国际间的对话交流,促进3D打印技术与传统制造技术的有机结合,去年月10月份,由亚洲制造业协会联合华中科技大学、北京航空航天大学、清华大学等权威科研机构和3D行业领先企业共同发起的中国3D打印技术产业联盟正式宣告成立。

  与会专家一致认为,3D打印技术作为制造业领域的一次重大技术革命,已经广泛应用到航空航天等军事领域和大型复杂构件的一次成型制造,是传统制造技术与新材料的完美结合。当前,我国在3D打印技术的核心领域已经与美国3D公司,以色列objet公司等国际巨头基本处于同一水平。但是,在材料和软件开发,装备等方面,我们还有一定的差距,还需要引起政府主管部门的重视,并在重大技术专项等方面给予扶持。

  亚洲制造业协会首席执行官罗军认为,全球经济衰退之时就是新技术、新产业诞生之时,我们要抢抓机遇,促进3D打印技术在改造和提升传统制造业方面发挥引领作用。亚洲制造业协会目前正在规划亚洲先进制造业园区,将把3D打印技术作为龙头产业来扶持,并在近期加紧组建全国性的3D打印技术研发基地和产业示范基地。

  中国3D打印业将从“山寨”开始

  目前国内厂家对3D打印技术的应用,大多数停留在“精确复制”层面,如微缩真人雕像的打印照相馆,文物修复,比如有人用塑料复制了经典紫砂茶壶造型。这样的做法与基于三维雕刻技术的快速成型无异,其实并不能充分发挥3D打印技术的独有特色,反而会落得“山寨”的诟病。想象力决定形式。3D打印关系到产品整个的设计、制造、销售过程,并对产品设计师、制造业、消费者产生颠覆性的影响。如果只是把3D打印作为复制技术,只会助长各种滥用和“山寨”。

  我国虽已有几家企业能自主制造3D打印设备,但企业规模普遍较小,研发力量不足。在加工流程稳定性、工件支撑材料生成和处理、部分特种材料的制备技术等诸多具体环节,存在较大缺陷,难以完全满足产品制造的需求。而占据3D打印产业主导地位的美国3Dsystems、stratasys等公司,每年都投入1000多万美元研发新技术,研发投入占销售收入的10%左右。两家公司不仅研发设备、材料和软件,而且以签约开发、直接购买等方式,获得大量来自企业外部的相关细分技术、专利,已掌握一批关键核心技术。

  我国虽已有几家企业能自主制造3D打印设备,但企业规模普遍较小,研发力量不足。在加工流程稳定性、工件支撑材料生成和处理、部分特种材料的制备技术等诸多具体环节,存在较大缺陷,难以完全满足产品制造的需求。而占据3D打印产业主导地位的美国3Dsystems、stratasys等公司,每年都投入1000多万美元研发新技术,研发投入占销售收入的10%左右。两家公司不仅研发设备、材料和软件,而且以签约开发、直接购买等方式,获得大量来自企业外部的相关细分技术、专利,已掌握一批关键核心技术。

  目前,企业购置3D打印设备的数量非常有限,应用范围狭窄。在机械、材料、信息技术等工程学科的教学课程体系中,缺乏与3D打印相关的必修环节,3D打印停留在部分学生的课外兴趣研究层面。

  3D打印激发创新梦想 智能制造是未来趋势

  很难说3D打印是否一定会像蒸汽机的出现那样引发新一轮的工业革命,那是历史学家的事情。毕竟,从目前看来,3D打印的特点更加适合个性化、小批量的生产制造,比如制造飞机零部件、高端医疗设备零部件。有人会说,现代人越来越强调个性化,人类总有一天会重新回到“家庭作坊”式的生产方式。果真到了那一天,社会分工将彻底改变,现代经济学的理论也将重新改写。

  福布斯中国科技先锋推崇的不是遥不可及的未来技术,而是能够在5年内改变人们生产、生活方式,并且拥有广阔商业前景的技术和先锋人物。对于中国的制造业来说,3D打印最大的意义在于可以促进创新,让中国“制造”向中国“智造”转变。

  杂志论文中的美国海军中尉斯科特·切尼表示,3D打印在未来将会影响海军舰艇、潜艇以及舰载机等所有设计和建设。为了最大限度地在加强生产工艺的过程中去发展经济,在未来,生产线及造船厂都有可能是一台巨大的3D打印机。

  有了3D打印技术,海军的设施建设上不必再携带大量的预制件了,工程师们只需扫描残缺的被丢弃的部分,并将其原理图发送到最近的3D打印机上,然后将必要的耗材放入3D打印机即可完成,从而让舰队节省了大量的空间和重量。

  据悉,在未来几年有可能数十年,海军的建设会不断利用日新月异的3D打印机来提供的更多的机会。未来海军最大的任务之一,就是希望船上的所有零件都能达到按需打印的状态,由此来转移经济的预算,从而实现新的突破性的影响。

  3D打印将为那些擅于不断创新产品的制造业企业赢得核心竞争力。3D打印还将降低创业者的创业门槛。在传统模式下,进入制造业对于SOHO一族几乎没有可能,而3D打印却可以让设计者的作品最高效地变为现实的产品或产品模型。这样通过贷款、引入投资,或者自己搭建产业链的方式,完全有可能诞生单人制造工厂。

  3D打印还可能带动起一批新的商业发展。比如,3D打印服务中心的市场空间就相当广阔。专业的3D打印机和专业的团队目前还是高成本的投入,对于中小型制造企业来说,一个能够帮助他们把设计变为现实的专业服务机构一定很受欢迎。

  我们也许说不清楚什么时候才能开上自己打印的汽车,住在自己打印的家里,但有一点可以肯定,3D打印到来了,我们人人都是设计师,人人都是创新者!

分享给小伙伴们:
本文标签:

更多文章

相关文章

评论

发表评论愿您的每句评论,都能给大家的生活添色彩,带来共鸣,带来思索,带来快乐。


Copyright © 2002-2017 DEDECMS. 织梦科技 版权所有 Power by DedeCms