2018 TCT 應用篇

最新 03-05

有內容有深度有態度歡迎關注

3D列印的未來在工業應用，在產品的直接製造。此次TCT展會與往年相比，最大的不同之處還在於桌面機數量銳減，國內大型工業設備陸續登場，以及航空航天、醫療、汽車、模具等行業對3D列印應用的明顯進展。作為TCT最後一篇內容，筆者本期列舉3D列印的應用。改日，筆者會另發一篇關於當前市場變化的文章，期待大家關注。

一. 航空航天、軍工、衛星

行業訴求：

1. 縮短研發周期；

2. 減少零件數量，製造複雜結構零件；

3. 提高原材料利用率，降低生成成本；

4. 可有效實現零件輕量化，減少航空組件重量。

3D列印解決方案：

1. 無需複雜傳統加工程序或任何模具，直接將概念設計轉化成實體，縮短外形驗證及功能性驗證周期，提高研發效率；

2. 加工過程不受零件複雜程度影響，輕鬆實現複雜結構零件製造；

3. 與傳統工業相比，3D列印可以整合多個零件，變成一個功能零件，節約原材料，顯著降低製造、組裝成本；

4. 可優化複雜零部件的結構，減輕零件重量，輕鬆實現航空組件輕量化。

舉例：

航空噴嘴

傳統方法是將幾個零件合併成一個，3D列印實現一次成型，並優化了內部冷卻流道，提升了冷卻性能。

觀測衛星天線支架

傳統的觀測衛星天線支架由幾個獨立的部分通過柳釘結合，重量大、發射成本高。通過拓補結構優化和3D列印，天線支架減輕了40%的重量，比最低要求強度提高了30%，降低了系統成本和燃料消耗，並順利完成靜動態測試和可靠性測試，成為航天認證產品。

噴油嘴

某型號航空發動機3D列印噴油嘴，將零件數量減至1個，改善了噴油嘴容易過熱問題，同時提高了燃油效率及噴嘴使用壽命，提高發動機的綜合性能。

二. 汽車

行業訴求：

1. 縮短研發周期

2. 製造複雜零件

3. 降低成本

3D列印解決方案：

1. 從概念模型到功能原型，可用來完成測試和設計驗證；

2. 靈活製造，特別適合複雜組件、複雜管道及薄壁件的製作；

3. 不需任何額外工具，無需鑄造、壓鑄，縮短開發時間，大大降低開發成本。

舉例：

功能零件製造

為了防止燃油泄漏產生意外，須保證各個噴油器支座之間的間距相等；如採用傳統銑削工藝來製作，一是加工難度大，需要五軸數控銑床才能加工出來，其次是銑削量較大，材料利用率不高；採用3D列印技術既可提高材料的利用率，又能實現輕量化設計後複雜結構的生產要求。

輕量化製造

汽車減重對於減少油耗，增加操控性和安全性具有重要意義，鑄造技術已經在工業產品生產中使用了數百年，結合3D列印可以實現該目的。通過設計優化、鑄造模擬、疲勞分析和3D列印技術的結合，使汽車輪轂支架減重達到80%，強度增加數倍，駕駛性能得到更高提升。

原型設計

3D列印用於實驗模型和功能原型的製作，可實現快速修改設計方案並反覆大量迭代。在確保原型產品設計質量的同時，大大縮短產品設計和原型開發所需的時間，提高研發效率。

三. 醫療

行業訴求：

1. 根據患者特點量身定製；

2. 能夠實現高效定製，縮短手術時間，降低手術風險；

3. 提高人體力學適配和生產融合度。

3D列印解決方案：

1. 根據個體特點建立模型，高精度列印確保與患者病灶完美匹配；

2. 通過3D列印，快速高效地實現驗證、手術，提高治癒率；

3. 可製造骨小梁、多空結構，改善假體與骨骼力學適配，加速組織融合假體。

4. 減少製造環節，一次成型，大幅提高效率及成本。

舉例：

植入體

鈦合金全髖關節假體，3D列印輕量化桁架結構可提供足夠的力學強度，輕量化效果可減少病人的負擔，同時促進肌肉、骨骼等組織的增長。

醫療術前模擬產品

利用不同顏色，不同質感的材料固化成型，模擬人體不同的部位，以此區隔，在手術前或教學中給到醫生參考，提高手術成功率。

齒科

齒科可以實現最大程度的定製化，多種獨特結構輕鬆實現，相比傳統手段製造環節更少，加工時間更短，精度更高，成本更低，更好的適應個性化需求。

四. 模具

行業訴求：

1. 縮短注塑冷卻時間，提高脫模效率；

2. 解決冷卻過程中不能有效控制模具溫度，導致模具內部溫度不均造成的產品變形問題；

3. 縮短模具研發周期及製造成本。

3D列印解決方案：

1. 直接列印出的含隨形水路的模具，冷卻水路可更好貼近注塑產品，三熱面廣，有效降低冷卻周期，生產效率提高35%以上；

2. 隨形冷卻使模具溫度分布均勻，有效防止產品翹曲變形，開裂飛邊，氣泡砂眼等產品缺陷；

3. 實現設計的無限性、較少的人工參與、模具製作周期大大縮短，多個環節降低成本。

舉例：

注塑產品

該模具傳統注塑周期須59s，頂部無冷卻造成裝配孔薄壁變形、飛邊、脫模困難，成品率只有86%；使用3D列印隨形水路後，注塑周期減至38s，裝配孔和薄壁變形得到控制，飛邊、脫模困難現象基本消失，成品率達到95%。

輪胎模具

輪胎模具的加工精密程度直接影響到輪胎的精度和質量，甚至是輪胎的安全和駕駛的舒適度。輪胎的溫度具有角度多、弧度多等特點，傳統加工難以精準完成。 3D列印可完成傳統機加工難以實現的形狀和複雜度，可參與制造更複雜、更大抓地力和穩定性的高附加值輪胎；而其快速製造的特點使交貨周期縮短了2/3，更快研製新模具新紋路，免去了衝壓、折彎等工藝。

五. 消費品

3D列印消費品的出現豐富了人們生活，使工業生產也變得簡單容易。

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