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我国3D打印技术的应用

中航重机集团公司激光技术团队早在2000年前后,开始进行“3D激光焊接快速成形技术”研发。目前,中航重机激光产品已应用于我国多款新型军用飞机,并起到关键作用。除了军用飞机,中航重机激光还在开拓整体叶盘应用市场,以及大型水面水下舰艇市场。

北京航空航天大学同我国主要飞机设计研究所等单位通过“产学研”紧密合作,瞄准大型飞机、航空发动机等国家重大战略需求,历经17年研究在国际上首次全面突破了钛合金、超高强度钢等难加工大型复杂整体关键构件激光成形工艺、成套装备和应用关键技术,并已在飞机构件生产中研发出五代、10余型装备系统,已经受近十年的工程实际应用考验,使我国成为迄今唯一掌握大型整体钛合金关键构件激光成形技术并成功实现装机工程应用的国家。2013年1月18日,王华明联合研发团队凭“3D激光快速成形技术”获国家技术发明一等奖。

我国应用具有自主知识产权的新技术———激光立体成形技术解决了 C919 飞机钛合金结构件的制造问题。作为 C919 飞机机翼关键部件之一的中央翼缘条长达 3 m,是一种大型钛合金结构件。西北工业大学凝固技术国家重点实验室作为我国  3D 打印技术研发最出色的单位之一,与中国商用飞机有限公司合作,成功利用“激光立体成形”的 3D 打印技术,通过激光融化金属粉末,成功“打印”制造了长达 3 m 的 C919飞机钛合金部件。3D 打印技术不仅可以满足航空航天领域中零件构造复杂化、轻质化等要求,还可以实现对零部件的修复。航空航天零件结构复杂、成本高,一旦出现瑕疵或缺损,如果整体更换,可能造成数十万甚至上百万元的损失。而通过  3D 打印技术,可以用同一材料将缺损部位修补成完整形状,修复后的性能不受影响,大大节约了时间和金钱。

3D打印技术与激光三维扫描技术联用为文物的精密、无损的补配修复及翻模复制提供了一条便捷的途径。在文物的补配修复方面,文物的补配均需要在已有的器型上面进行翻模,而后再利用翻出的模具进行补配。传统的这种工作方法需要有丰富经验的修复者进行操作,才能得到令人满意的修复效果。但当3D打印机联合三维扫描技术应用于文物保护之后,修复者只需要将已有的文物外形利用三维扫描仪扫描到计算机中,便可精确地沿着文物的残缺茬口“打印”出需要进行补配的残块模型。而后将制作好的残块模型粘补到文物上即可。在文物的复制方面,传统的文物复制方法是利用文物本体进行翻模,而后利用翻出的模具再进行复制品的制作。这种方法存储精度往往不是很高,而且容易造成文物表面的污染。利用3D打印技术与三维扫描技术联用对文物进行复制,其精度将远远高于传统的复制方法,而且不会对文物造成任何损伤。

2013年l月15日,全国首家3D打印照相馆正式落户北京,位于积水潭北的北京工业设计创意产业基地。客户只需经过十几分钟的360°扫描和三四个小时的3D打印制作,就能得到一个形象逼真的立体个人塑像。这家3D打印体验馆不仅能够打印人像,可以制作蜡像,还可以打印制作易拉罐、戒指、动漫玩偶、iPhone手机座、3D游戏里的人物角色、个性花瓶,只要是能够想象到的东西或者现实中已经存在的东西,都有可能被3D打印机打印出来。

辽宁号航母上绰号为“飞鲨”的歼-15是中国第一代舰载战斗机,主承力整体框等很多部件就是钛合金和M100 钢3D 打印的,目前中国先进战斗机上3D 打印部件所占比例已超20%。中航成都飞机制造公司和沈阳飞机制造公司为正在研制的第五代战斗机歼-20和歼-31采用钛合金3D打印主体部件,重量可减轻40%。

中国工程院院士戴克 戎在上海交通大学附属第九人民医院用3D 打印下肢骨胳和关节,为一位19 岁女孩矫正严重畸形的左腿,目前可以对四肢所有关节、骨胳进行定制,已有几百例病人用 3D 打印制作了个体化的骨关节修复假体。在给患者修复颅骨、修整下巴、重塑颧骨、眼眶等部位时都在应用3D 打印骨胳。杭州六维齿科公司用3D 打印技术为多家医院提供植牙时所需的“导板”,根据患者牙齿形状制作出精准度极高术前模型。

据了解,目前西安交通大学、华中科技大学、上海交通大学、清华大学等高校和科研机构及企业相继研发出多种系列3D 打印机,部分技术已达到国际领先水平。专家表示,中国的3D打印还处于产业化起步阶段,预计到2015 年可以初步实现产业化,2020年进入产业化阶段。一位业内资深人士表示,“传统技术我们很难赶上美国,但是3D 这个新的技术领域,我们已经和他们站在同一起起跑线上”。当前国家正在酝酿给予多方面政策支持,力求推动产业化,未来的发展前景十分看好。

中国首台激光3D打印机

湖南华曙高科技有限责任公司是成立于2009年的一家高新技术企业。2012年8月15日,由该公司研制的国内首台激光3D打印机在长沙下线并出口美国。公司负责人介绍,只要通过电脑输入设计产品的3D数据,该装备就能运用激光添加层烧结技术,“打印”出设计者想要得到的任何形状复杂零部件。与模具制造等传统工艺相比,“激光3D打印机”制造的同类产品可减重65%、节材90%。

最大的3D打印机

在武汉东湖高新区的华中科技大学史玉升科研团队经过十多年努力,实现重大突破,研发出全球最大的“3d打印机” (2012年)。这一“3D打印机”可加工零件长宽最大尺寸均达到1.2米。从理论上只要长宽尺寸小于1.2米的零件(高度无需限制),都可通过这部机器“打印”出来。该3D打印机是基于粉末床的激光烧结(SLS)快速制造装备。