3D打印正改变我们的工作与生活

江门市新会区会城邦诺模具加工部 柯秉光



3D打印正改变我们的工作与生活

江门市新会区会城邦诺模具加工部 柯秉光

时下在我们的日常生活当中经常会出现3D打印这个词，国内外媒体的新闻资讯也对其做了大量的报道：比如科幻电影中出现的3D打印场景，现实当中的3D打印汽车、3D打印房子，实验室里的3D打印器官，就连我们的起居饮食当中也能找到3D打印服饰、3D打印巧克力等，仿佛一夜之间我们都进入了3D打印的时代。面对当前传统产业经济持续低迷，以3D打印为代表的增材制造技术已成为世界各国关注的热点之一，欧美以及亚洲多个国家与经济体还制定了相关的发展战略与规划：德国推出的《工业4.0》；欧盟发布的《3D打印标准化路线图》；美国国家科学与技术委员会发布的《先进制造国家战略计划》。2015年5月8日，国务院印发《中国制造2025》，是我国实施制造强国战略第一个十年的行动纲领。有人说3D打印正引发一场新的工业革命，依我看不管你是否准备好迎接变革的到来，我们都已经在这场革命的洪流中并肩前行。

传统的产品加工生产模式（减材制造），一般是先把原材料做成产品的毛坯，然后通过机床与刀具对毛坯进行切削加工，再配合后续的工艺并最终做出成品。而增材制造标志性工艺之一的3D打印，可将液态、丝状、粉末等状态的光敏树脂、塑料、金属，运用SLA、FDM、SLS等3D打印技术，经过逐层加工，叠加成型的工艺过程，直接加工成最终的成品。与传统生产模式相比，3D打印的材料利用率极高（几乎无损耗），工艺环节较少，适合生产结构复杂的产品，如垂直方向的凹陷、中空、镂空等结构，但缺点是批量生产效率仍很低。下面将从工作与生活两个方面讲述下当前3D打印的应用现状。

在工业上，目前3D打印技术的应用尚未普及，小批量的3D打印加工多用于航天航空工业的特殊零部件，而目前应用最多的还是在产品的开发以及个别模具的试制上。这里以一款手推车的转向轮机构为例，讲述3D打印辅助产品开发。某外国A公司需要开发一款手推车，其中转向轮机构由国内B公司设计开发，B方需要按A方要求设计产品并将其试样提供给A方检测，直至样板确认方可进行模具的开发以及产品的生产。按往常的做法，B方一般是以A方确认的设计图，用CNC加工出塑料样板并人工修正难以加工的部位，然后通过国际快递交付给A方检测。A方收到样板后作测试评估并提出修正意见，B方根据修正意见重新设计做试样然后快递给A方再测评，如此流程直至产品设计定案。通常CNC加工手板需要两天时间，国际快递需要三天，算上设计以及评估的时间，一个月可以完成四套方案的整个设计流程。当我们引入3D打印技术，只需普通的桌面级3D打印机，整个开发的流程将发生巨大的变化。通过实际的测试，用桌面级3D打印机完成该手板仅需10小时（含打印件的支撑去除），而且打印过程可以无人值守，设计师在傍晚下班前只需按下打印启动按钮，第二天到公司就可以拿到打印件，去除支撑后便可以直接给A方寄出去了。而且不用耽误CNC的正常加工时间，无需钳工师傅作样板的精修，相同的设计流程仅需20天完成。如果两家公司都使用3D打印机，B方只需将设计方案提供给A方，A方便可以完成手板制作以及测试评估的整个流程，节省下CNC加工以及国际快递两个环节，相同的设计流程可以缩短至10天内完成。3D打印技术用于模具开发也是很适合的，比如SLS成型的随形冷却模芯，可以改善产品的成型质量并提高生产效率。而产品的试样与开发，也可以用特殊的3D打印技术把核心模具配件打印出来并组立成简易模具，生产出小批量的试验产品，节省了模具开发费用与时间。

与此同时，3D打印技术正在不断的改变我们平常的生活，桌面级3D打印机也逐渐成为家庭的常用工具。如图1所示玩具车的3D打印修复所示，一辆玩具车由于底盘上的卡扣断了导致后轮及动力部分松动而损坏。个别不会修复的朋友就直接把玩具车报废了，而会修复的一般都是用胶水一类的塑料粘合剂把动力车轮组在底盘上粘牢，但由于粘合的抗冲击能力不高，玩具车很快又会因相同的问题而损坏。当我们身边有3D打印机而且具备基础的建模能力，就会分析卡扣附近的配合结构，设计出合理的固定压块，然后用3D打印机做出来并重新安装到玩具车上。整个拆解分析、建模、打印及安装的过程仅需30min，玩具车的结构比原先的设计更合理，抗冲击的能力也更强。

如果你喜欢养花，可以打印艺术造型的花瓶，要是单层的广口花瓶，还可以在里面放置一盏LED灯，将其变为安全节能的艺术灯饰点缀房间。我们还可以给家里的小孩打印齿轮魔方、恐龙头骨模型、竖笛之类的玩具，激发他们对科学技术的兴趣，培养创意思维，让智造中国从娃娃抓起（见图2创意家居与3D打印）。另外，如图3个性定制的3D打印烘焙所示，3D打印相关的食品也逐渐推出市场。

可以预见的未来，3D打印技术将改变我们的生活方式：众多的日常生活用品将支持家庭3D打印机，我们网购的时候直接对产品模型或者加工程序进行支付，便可通过家里的3D打印机获取所需的产品。对于支持3D打印的食品，我们也可以通过类似的方式进行支付，足不出户即可得到个性化订餐。在憧憬未来的同时，我们应立足现状：当前我国所掌握的3D打印硬件核心技术较少，相关的国产化建模、打印软件屈指可数，3D打印技术认知与教育培训普及率低。个人认为当前3D打印可从学生抓起，如同计算机普及教育一样，以学生为起点家庭为单位，逐步普及3D打印技术。在这个基础上集思广益，潜心钻研寻求突破，自主研发建模软件并掌握核心技术。工匠精神、全民创新，将引领我们逐步实现智造强国。□

图1　玩具车的3D打印修复

图2　创意家居与3D打印图3　个性定制的3D打印烘焙