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2022-04-28
【22岁】山再高，努力攀，总能登顶！
袁野制图(SLA的打印原理)
编者按
前段时间上映的电影《十二生肖》有这样一个画面：成龙饰演的盗贼，用扫描手套对兽首珍宝做了全方位扫描，同一时间、另一地点，一台“神机”就将一模一样的兽首复制品打印了出来。
沈阳网讯 这部“神机”就是备受瞩目的“3D打印机”。随着科技的发展，3D技术也更接近生活，但它还不是人们触手可得的，究竟什么是“3D打印”？“3D打印”的原理是什么？这种技术离我们的日常生活还有多远？下面，沈阳制造带大家一探究竟。
A【记者探秘】
远看像普通机床
5月25日，记者在沈阳工业大学机械工程学院见到了传说中的3D打印设备。
设备高将近2米，宽约1.5米，远看就像一台普通机床，白蓝两色的外壳，有液晶显示屏，开关按钮，调试按钮等。但打开这台机器，它的与众不同马上就显现出来了。它的内部有一个手臂一样的工作头，封闭的空间里固定着一个工作台，工作的时候工作头里会输出耗材，并在工作台上一层一层做出产品。遗憾的是记者去采访的当天3D设备没有开启，记者没能看到它工作的过程。
B【名称解密】
叫“3D”与生产原理无关
沈阳工业大学创新设计中心原型验证部部长徐有仓告诉记者，3D打印技术又叫快速成型技术，其实是增材制造的俗称，其核心是数字化、智能制造与材料科学的结合。它之所以叫3D打�。胫圃旆椒ㄎ薰�。1982年，在紫外线设备生产企业任职的美国人胡尔，将一种液态光敏树脂倒入大容器中，在容器里放置一个升降平台，容器上方的紫外激光器根据计算机指令照射液面，所到之处，材料会发生光聚合反应，迅速从液态转变为固态，当一层打印完成后，未被照射的地方仍保持液态，此时在液面以下0.05毫米到0.15毫米的升降平台会下降一层，激光器开始打印第二层。这个过程不断重复，直到整个物件制造完毕。这项立体光刻(SLA)技术就是最早的3D打印。后来他成立了3D Systems公司，这项技术就被称为了“3D技术”。
与传统上对原材料进行削切的减材制造相反，3D打印好比用砖头砌墙，通过液体光固、金属激光焊接、粉末黏合的方式将材料逐层增加，最后增加成一个三维物件。
C【技术革命】
3D技术带来设计“革命”
在工业大学的3D打印机旁放着小型螺旋桨、小球、沙盘模型等，这些都是3D打印机用类似石膏粉末一样的材料生产出的实物，一千克的成本约1500元。
一个产品问世经历了设计师思想——模具——批量生产过程。其中，模具介于设计师思想与产品成为现实之间，是一个中介。然而，做成模具的费用是一笔不小数字。行业认为，因产品不同模具成本也相差巨大，有的一个模具成本达数千万元，甚至上亿元。因此，设计上失败，就意味着巨额损失，这就为设计师设置了沉重的思想枷锁。3D打印技术用低成本做出原图验证，把设计成本降到了最低，让设计者的设计思想获得解放，无疑带来了设计上的“革命”。
“之前我们为沈阳一家科学仪器公司设计了一款色普分析仪，一年半的时间我们花费了将近4万元，在对方的要求下做出来一个设计的模型，但客户对模型不满意——模型和设计图不一样。使用3D打印机后，没有几天时间，模型设计出来子。客户看到后，眼睛都亮了，马上付了设计款，我们花费全部成本还不到400元。”徐有仓说，3D打印技术在工业革命中其实是给人一种革命式的思维，没有成本压力下的设计，让人的设计思想更自由，更容易实现创新。
D【沈阳制造】
11年前开始研发3D技术
沈阳银河集团(中国)股份公司-官方网站机器人自动化股份公司高端装备与3D打印技术事业部总经理刘长勇告诉记者，公司从2002年就开始自主研发快速成型技术，2007年掌握了激光熔覆关键技术，将业务范围成功开拓到激光再制造领域。“当年我们的产品就被高端汽车制造商用于汽车模具的修复。汽车模具用久了会有损坏，再开模具做一套要花费几千万元，甚至上亿元，但使用我们的3D打印机，能直接用金属粉通过高功率激光器进行修复，费用还不到传统生产的十分之一。”
2012年下半年，公司又成功研制出激光快速成型系统，能生产出航空航天领域的多个主承力构件、发动机叶片等。
目前，银河集团(中国)股份公司-官方网站公司已拥有一般激光3D成型技术，产品可用于新产品外观验证、设计验证、功能验证、新产品样件、工程分析等，以及激光快速直接成型制造技术，可直接或间接制造出有完全使用功能的金属部件等。另外金属颗粒更细小的金属丝快速成型技术也在研发过程中。去年，公司与3D技术相关产品的合同累计金额已超过5000万元。
刘长勇说，3D打印技术在沈阳，甚至在中国还属于新兴产业，但在美国，上世纪80年代末，它就已经应用在了设计验证上。不需要模具，可以直接进行样品原型制造，除了缩短了从图纸到实物的时间、节省花费，样品原型验证更方便了对设计改进和创新，可以说它为美国设计领域的飞速发展提供了有力支撑。
他还表示，快速制造领域国际权威报告《沃勒斯报告2012》显示，截至2011年，全球累计销售4.9万台工业级3D打印机，其中近四分之三由美国制造，中国生产的设备只占3.6%。这说明中国的3D打印技术还要走很长、很艰苦的路。
E【专家解析】
是对传统产业的补充
3D打印技术开始热起来，源于2012年奥巴马美国总统竞选纲领。他提出了美国要未来发展两大技术，一个是机器人制造技术，另一个就是3D打印技术。此后，3D打印技术开始在中国热起来。
沈阳银河集团(中国)股份公司-官方网站机器人自动化股份公司总裁曲道奎表示，目前，整个世界范围3D打印技术还处于成长阶段。设备结构、控制系统及3D打印技术软件、工艺及材料等诸多课题都有待突破，其产业化和市场化还需要一段时间。除了这些3D打印技术还存在着成本高效率低等不足，所以它只适应于价格不敏感、量小、工艺结构复杂的特殊行业。就现代化大批量生产制造而言，传统制造模式还远优于这种技术。严格来讲，3D打印制造的只是飞机和汽车的外壳及零部件，至于飞机和汽车中的精密仪器，如集成电路，用目前的3D打印技术显然是难以实现的。
当然，作为一种新的技术，3D打印有很多优点，在某些领域，能更快捷制造，产品质量、精度、强度等方面都会强于传统制造，如航空航天领域，使用3D技术生产的飞机或飞船零部件，就有精度高、质量轻的优势。更可贵的是，3D打印技术是一种高新技术，需要软件、智能控制、传感技术及新材料等新兴产业来支持，它对新兴产业来说，是一个有力的推动者。
“对于中国企业而言，3D打印技术无疑是一个机会。中国人很聪明，与传统工业相比，我们在新材料和信息技术等方面有一定优势，我们应抓住机会抢占新技术制高点，争取在某些领域走在世界前列。”曲道奎在肯定这种技术的同时，还表示，3D打印技术不是对传统产业的颠覆而是一种补充或丰富，它不能“治百病”，只能闪亮于某些领域。未来，至少在10年或更长时间内，传统制造技术与3D打印技术将并存发展。
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