Mitkä ovat kehitettävän 3D-tulostusteollisuuden piiloarvot?

3D-tulostustekniikka, joka tunnetaan myös nimellä additiivinen valmistustekniikka, on tekniikka, joka käyttää jauhemetallia tai muovia ja muita liimamateriaaleja objektien rakentamiseen kerros kerrokselta digitaalisten mallitiedostojen perusteella. 3D-tulostus toteutetaan yleensä digitaalitekniikan materiaalitulostimella. Aiemmin sitä käytettiin usein muottien valmistuksessa, teollisessa suunnittelussa ja muilla aloilla mallien valmistuksessa. Nyt sitä käytetään vähitellen joidenkin tuotteiden suorassa valmistuksessa. Jotkut yritykset ovat alkaneet käyttää tätä tekniikkaa osien tulostamiseen. Teknologiaa on sovellettu koruissa, jalkineissa, teollisessa suunnittelussa, arkkitehtuurissa, tekniikassa ja rakentamisessa, auto-, ilmailu-, hammas- ja lääketeollisuudessa, koulutuksessa, paikkatietojärjestelmissä, tie- ja vesirakentamisessa, ampuma-aseissa ja muilla aloilla.

3D-tulostustekniikka perustuu tietokoneen 3D-suunnittelumalliin. Ohjelmistokerroksisen diskreetin ja numeerisen ohjausvalujärjestelmän kautta metallijauhe, keraaminen jauhe, muovi, solukudos ja muut erikoismateriaalit pinotaan ja sidotaan kerros kerrokselta lasersäteellä, kuumasulatussuuttimella ja muilla menetelmillä, ja lopuksi pinotaan muotoon. kiinteä tuote.

3D-tulostuksen materiaalit on jaettu pääasiassa yhdeksään luokkaan:

Luokka I: Valoherkät hartsimateriaalit, mukaan lukien pääasiassa akryylihartsi, epoksihartsi, polyesterihartsi ja muut valokovettuvat hartsimateriaalit. Tällaisia ​​materiaaleja voidaan polymeroida ja kiinteyttää ultraviolettivalolla, yleensä nestemäisessä tilassa. Sitä voidaan käyttää terien, hammaspyörien ja muiden ilmailun rakenneosien valmistukseen.

Toinen luokka: tekniset muovimateriaalit, mukaan lukien pääasiassa ABS-materiaalit, polykarbonaattimateriaalit ja polyamidimateriaalit. ABS-materiaalilla on ominaisuudet "kova, kova ja jäykkä", joten sitä on käytetty laajalti koneissa, sähkö-, tekstiili-, auto-, lento-, laiva- ja muissa valmistusteollisuudessa ja kemianteollisuudessa. Polykarbonaattimateriaaleilla on hyvä iskunkestävyys, lämpövääristymien kestävyys, hyvä palonkestävyys ja korkea kovuus, joten ne soveltuvat autojen ja kevyiden kuorma-autojen eri osien valmistukseen keskittyen pääasiassa valaistusjärjestelmiin, kojepaneeleihin, lämmityspaneeleihin, huurteenpoistoaineisiin ja puskureihin. Polyamidimateriaali, joka tunnetaan myös nimellä nailonmateriaali, on vahvaa, kulutusta kestävää, itsevoitelevaa ja sillä on laaja valikoima soveltuvia lämpötiloja. Se korvaa pääasiassa kuparia ja muita ei-rautametalleja mekaanisten, kemiallisten ja sähköisten osien valmistuksessa, kuten dieselmoottorien polttoainepumppujen vaihteistot, vesipumput, korkeapainetiivisteet, öljyputket ja niin edelleen.

Kolmas luokka: metallimateriaalit, pääasiassa mukaan lukien titaaniseosmateriaalit, ruostumattomat teräsmateriaalit, alumiiniseosmateriaalit, muut jalometallimateriaalit jne. Titaaniseosmateriaalilla on korkea lujuus ja lämmönkestävyys. Verrattuna muihin metalleihin titaaniseoksilla on myös hyvä korroosionkestävyys, hyvä suorituskyky matalissa lämpötiloissa ja suuri kemiallinen aktiivisuus, joten niitä käytetään laajalti lentokoneiden moottorin kompressorikomponenttien, rakettien, ohjusten ja nopeiden lentokoneiden rakenteiden valmistuksessa. osat ja muut kentät. Ruostumattomasta teräksestä valmistettujen materiaalien etuna on helppo hitsaus, korroosionkestävyys, vahva kiillotus ja lämmönkestävyys, ja niitä käytetään laajalti rakentamisen, elintarviketeollisuuden, catering-, panimo-, kemianteollisuuden ja lääketieteellisten laitteiden aloilla. Alumiiniseosmateriaalien ominaisuudet ovat matala tiheys, alhainen sulamispiste ja vahva plastisuus. Alumiiniseos on tällä hetkellä laajimmin käytetty seos, jota käytetään laajalti lento-, ilmailu-, auto-, konevalmistuksessa, laivanrakennuksessa ja kemianteollisuudessa. Muilla jalometallimateriaaleilla, kuten kultamateriaaleilla, on hyvä johtavuus, hyvä lämmönjohtavuus ja korkea stabiilisuus, ja niitä käytetään pääasiassa elektroniikka-, kemian-, ilmailu- ja muilla aloilla, joilla on erityisiä materiaaleja koskevia vaatimuksia.

Neljäs luokka: keraamiset materiaalit, jotka sisältävät pääasiassa luonnonsilikaattimateriaaleja, kuten savea ja kaoliinia, ja erittäin puhtaita synteettisiä materiaaleja, kuten oksidikeraamiset materiaalit, nitridikeraamiset materiaalit, kovametallikeraamiset materiaalit jne. Koska useimmilla keraamisilla materiaaleilla on korkea sulamispiste tai jopa korkea sulamispiste. ei sulamispistettä, ulkoista energiaa on vaikea käyttää suoraan muovaukseen. Suurin osa niistä on prosessoitava uudelleen muovauksen jälkeen (kuivaus, sintraus jne.) lopputuotteiden saamiseksi, mikä rajoittaa keraamisten materiaalien edistämistä 3D-tulostusteollisuudessa. Keraamisilla materiaaleilla on kuitenkin niitä etuja, joita polymeeri- ja metallimateriaaleilla ei ole, kuten korkea kovuus, korkean lämpötilan kestävyys ja vakaat fysikaaliset ja kemialliset ominaisuudet, joten niillä on laajat sovellusmahdollisuudet ilmailu-, elektroniikka-, auto-, energia-, biolääketieteen ja muilla aloilla. teollisuuden aloilla.

Luokka V: Biologiset materiaalit, mukaan lukien pääasiassa biolääketieteelliset metallimateriaalit, biolääketieteelliset polymeerimateriaalit, biolääketieteen keraamiset materiaalit ja bioperäiset materiaalit. Niistä bioperäiset materiaalit ovat biolääketieteellisiä materiaaleja, jotka muodostuvat erityisesti käsitellyistä luonnollisista biologisista kudoksista, jotka tunnetaan myös bioregeneratiivisina materiaaleina. Biomateriaalien käyttö 3D-tulostuksessa voidaan jakaa kahteen osa-alueeseen. Ensimmäinen on biomateriaalien käyttö elintarvikkeiden jalostuksessa, elintarvikkeiden pakkaamisessa ja muilla aloilla niiden biohajoavuuden, alhaisen sulamispisteen, biologisten ominaisuuksien, ympäristönsuojelun jne. perusteella; Toista luokkaa käytetään laajasti lääketieteen alalla biomateriaalien toistettavuuden, histoyhteensopivuuden ja indusoituvuuden, mekaanisen mukautumisen ja hajoamismukavuuden mukaan. Biomateriaalien käyttö lääketieteen alalla voidaan jakaa kolmeen tasoon: proteesien valmistus, kolmiulotteinen solujen epäsuora kokoonpanovalmistus ja kolmiulotteinen solujen suora valmistus.

Luokka VI: kumimateriaalit, joilla on useita elastisia materiaaliominaisuuksia, kuten Shore A -kovuus, murtovenymä, repäisylujuus ja vetolujuus, joten ne soveltuvat erittäin hyvin sovelluksiin alueilla, jotka vaativat liukuestettä tai pehmeitä pintoja, kuten kuluttajille. elektroniikka, lääketieteelliset laitteet ja autojen sisustus.

Luokka VII: hiekka- ja soramateriaalit, pääasiassa kvartsihiekka. 3D-tulostuksessa hiekka- ja soramateriaaleja käytetään perinteisten toimintojensa ja ominaisuuksiensa mukaisesti pääasiassa rakennuksissa joidenkin rakennusmateriaalien tai -rakenteiden valmistukseen. Alhaiset kustannukset, korkea hyötysuhde ja ympäristönsuojelu ovat hiekka- ja soramateriaalien etuja 3D-tulostusarkkitehtuurissa.

Kahdeksas luokka: grafeenimateriaali, joka perustuu sp² Hybridiliittyvät hiiliatomit on pakattu tiiviisti uudeksi materiaaliksi, jossa on yksikerroksinen kaksiulotteinen hunajakennorakenne. Grafeenimateriaaleilla on erinomaiset optiset, sähköiset ja mekaaniset ominaisuudet, joilla voidaan korvata erilaisia ​​perinteisiä materiaaleja, ja niitä pidetään tulevaisuuden vallankumouksellisina materiaaleina. Grafeenin valmistuksen ja grafeenin levitysteknologian kehittymisen myötä grafeenimateriaaleja voidaan käyttää useammilla jatkojalostustuotteissa ja aloilla. Kiinan tiedeakatemian ennusteen mukaan vuoteen 2024 mennessä grafeenilaitteiden odotetaan korvaavan toisiaan täydentävät metallioksidipuolijohdelaitteet ja niitä sovelletaan tutkimusaloilla, kuten nanoelektroniikkalaitteissa, valosähköisissä kemiallisissa kennoissa ja ultrakevyissä lentokonemateriaaleissa.

Luokka 9: Selluloosamateriaali, makromolekyylinen polysakkaridi, joka koostuu glukoosista, on liukenematon veteen ja yleisiin orgaanisiin liuottimiin. Selluloosa on kasvin soluseinän pääkomponentti. Se on laajimmin levinnyt ja runsain polysakkaridi luonnossa, ja sen osuus kasvikunnan hiilipitoisuudesta on yli 50 prosenttia. Tutkijat ovat sitoutuneet kehittämään selluloosaa käyttäviä 3D-tulostusmenetelmiä, ja joitain läpimurtoja on tehty. Selluloosamateriaaleissa on myös joitain puutteita, kuten korkea hinta, huono skaalautuvuus ja epäpuhtaudet, joita syntyy, kun niitä yhdistetään muovien kanssa.

3D-tulostustekniikka jaetaan pääasiassa työpöytätasolle ja teollisuustasolle. Pöytäkoneen 3D-tulostin on 3D-tulostustekniikan ensisijainen vaihe, joka voi intuitiivisesti selittää 3D-tulostustekniikan prosessiperiaatteen. Koska pöytätietokoneiden 3D-tulostimet ovat suhteellisen halpoja, helppoja kuljettaa, helppokäyttöisiä jne., niiden sovellukset keskittyvät pääasiassa kotiin, toimistoon ja muihin paikkoihin. Teolliset 3D-tulostimet jaetaan pääasiassa nopeisiin prototyyppikoneisiin ja suoriin tuotteiden valmistuskoneisiin. Teollinen 3D-tulostin pystyy paremmin täyttämään korkean tarkkuuden ja lyhytaikaisen tuotannon vaatimukset muottien, metalliosien jne. massatuotannossa. Tietokoneohjatun laser- tai elektronisäteen avulla teollinen 3D-tulostin voi tulostaa monimutkaisia ​​ja Tarkat rakenteet, joita ei voida täydentää perinteisellä mekaanisella prosessoinnilla, ja poistaa tarpeettomat valmistusprosessit materiaalien täyden hyödyntämisen saavuttamiseksi.

3D-tulostusteknologian ilmestyminen on vähentänyt tuotteiden valmistuksen monimutkaisuutta, laajentanut tuotannon ja valmistuksen laajuutta, lyhentänyt tuotanto- ja valmistusaikaa, parantanut tuotannon tehokkuutta, parantanut raaka-aineiden hyödyntämistä ja parantanut tuotespesifikaatioiden tarkkuutta. Samalla 3D-tulostustekniikka vastaa asiakkaiden tarpeisiin räätälöinnin osalta ja voi kehittää monipuolisempia tuotteita.

Kiinan 3D-tulostusteollisuudessa on myös joitain puutteita. Teknisen tason ja laitetason rajoituksista johtuen Kiinan 3D-tulostusyritykset voivat prosessoida ja valmistaa vain pieniä osia pienissä erissä, mikä on vaikea korvata suuria ja suuria eräkäsittelyjä ja valmistusta. Toisaalta Kiinaa vaivannut ongelma 3D-tulostusmateriaalien pulasta ei ole ratkennut. Pääasiallinen materiaalilähde on edelleen riippuvainen tuonnista Yhdysvalloista, minkä vuoksi pienet Kiinan 3D-tulostusyritykset kohtaavat korkeita kustannuspaineita, mikä rajoittaa Kiinan 3D-tulostusteollisuuden laajuutta ja sovellusalueita.

3D-tulostusteollisuus on erittäin lupaava ala. Maailman väestön jatkuvan kasvun myötä asuntojen kysyntä jatkaa kasvuaan, mikä johtaa väistämättä asuntorakentamisen korkeuden nousuun tulevaisuudessa. Rakennuksen korkeuden parantaminen parantaa merkittävästi rakennustekniikan, työ- ja materiaalistandardien vaatimuksia; Samalla rakentamisriski kasvaa eksponentiaalisesti. Kypsällä 3D-painotalotekniikalla voidaan välttää korkeiden rakennusten manuaalinen rakentaminen, vähentää korkeiden rakennusten rakentamisen vaikeutta ja parantaa korkeiden rakennusten rakentamisen tehokkuutta. Toisaalta maailmankaikkeuden jatkuvan tutkimisen ja tieteen ja tekniikan jatkuvan kehityksen myötä on mahdollista perustaa tukikohta tai muuttaa tulevaisuudessa muille planeetoille. Kypsää 3D-tulostustekniikkaa voidaan käyttää tulevassa "tähtienvälisessä kolonisaatiossa" astronautien tuotantotarpeiden täyttämiseksi tähtienvälisessä tilassa ja vähentää myös tähtienvälisten toimintojen valmistelun vaikeutta.

3D-tulostustekniikan sovellus ei todellakaan rajoitu niihin, jotka tunnemme nyt. Tämän toimialan piilotettu arvo tulevaisuudessa on edelleen kehitteillä.