Jakie są ukryte wartości przemysłu druku 3D, które należy rozwijać

Technologia druku 3D, znana również jako technologia wytwarzania addytywnego, to technologia wykorzystująca sproszkowany metal lub plastik i inne materiały adhezyjne do konstruowania obiektów warstwa po warstwie w oparciu o cyfrowe pliki modeli. Druk 3D jest zwykle realizowany przez drukarkę materiałową w technologii cyfrowej. W przeszłości był często używany w produkcji form, wzornictwie przemysłowym i innych dziedzinach do produkcji modeli. Teraz jest stopniowo stosowany w bezpośredniej produkcji niektórych produktów. Niektóre przedsiębiorstwa zaczęły wykorzystywać tę technologię do drukowania części. Technologia została zastosowana w przemyśle jubilerskim, obuwniczym, wzornictwie przemysłowym, architekturze, inżynierii i budownictwie, motoryzacji, przemyśle lotniczym, dentystycznym i medycznym, edukacji, systemach informacji geograficznej, inżynierii lądowej, broni palnej i innych dziedzinach.

Technologia druku 3D oparta jest na komputerowym modelu projektowania 3D. Poprzez warstwowy system formowania dyskretnego i sterowanego numerycznie, proszek metalowy, proszek ceramiczny, tworzywo sztuczne, tkanka komórkowa i inne specjalne materiały są układane w stos i łączone warstwa po warstwie za pomocą wiązki laserowej, dyszy topliwej i innych metod, a na koniec układane w celu utworzenia solidny produkt.

Materiały do ​​druku 3D dzielą się głównie na dziewięć kategorii:

Klasa I: Światłoczułe materiały żywiczne, w tym głównie żywica akrylowa, żywica epoksydowa, żywica poliestrowa i inne światłoutwardzalne materiały żywiczne. Takie materiały mogą być polimeryzowane i zestalane pod wpływem promieniowania ultrafioletowego, zwykle w stanie ciekłym. Może być używany do produkcji łopatek, kół zębatych i innych elementów konstrukcyjnych dla przemysłu lotniczego.

Druga kategoria: inżynierskie tworzywa sztuczne, w tym głównie materiały ABS, materiały poliwęglanowe i materiały poliamidowe. Materiał ABS ma cechy „twardego, twardego i sztywnego”, dlatego jest szeroko stosowany w przemyśle maszynowym, elektrycznym, tekstylnym, samochodowym, lotniczym, okrętowym i innych gałęziach przemysłu wytwórczego oraz przemyśle chemicznym. Materiały poliwęglanowe mają dobrą odporność na uderzenia, odporność na odkształcenia termiczne, dobrą ognioodporność i wysoką twardość, dzięki czemu nadają się do produkcji różnych części samochodów osobowych i lekkich ciężarówek, koncentrując się głównie na systemach oświetleniowych, tablicach przyrządów, panelach grzewczych, odmrażaczach i zderzakach. Materiał poliamidowy, znany również jako materiał nylonowy, jest mocny, odporny na zużycie, samosmarujący i ma szeroki zakres odpowiednich temperatur. Zastępuje głównie miedź i inne metale nieżelazne do produkcji części mechanicznych, chemicznych i elektrycznych, takich jak koła zębate pompy paliwowej silnika wysokoprężnego, pompy wodne, uszczelnienia wysokociśnieniowe, przewody olejowe i tak dalej.

Trzecia kategoria: materiały metalowe, w tym głównie materiały ze stopów tytanu, materiały ze stali nierdzewnej, materiały ze stopów aluminium, inne materiały z metali szlachetnych itp. Materiał ze stopu tytanu ma wysoką wytrzymałość i odporność na ciepło. W porównaniu z innymi metalami stopy tytanu mają również zalety dobrej odporności na korozję, dobrej wydajności w niskich temperaturach i dużej aktywności chemicznej, dlatego są szeroko stosowane w produkcji elementów sprężarek silników lotniczych, rakiet, pocisków i konstrukcji samolotów o dużej prędkości części i inne dziedziny. Materiały ze stali nierdzewnej mają zalety łatwego spawania, odporności na korozję, silnego polerowania i odporności na ciepło i są szeroko stosowane w budownictwie, przetwórstwie spożywczym, cateringu, browarnictwie, przemyśle chemicznym i sprzęcie medycznym. Materiały ze stopów aluminium charakteryzują się niską gęstością, niską temperaturą topnienia i dużą plastycznością. Stop aluminium jest obecnie najczęściej stosowanym stopem, który jest szeroko stosowany w lotnictwie, przemyśle lotniczym, samochodowym, produkcji maszyn, przemyśle stoczniowym i chemicznym. Inne materiały z metali szlachetnych, takie jak materiały ze złota, charakteryzują się dobrą przewodnością, dobrą przewodnością cieplną i wysoką stabilnością i są stosowane głównie w dziedzinie elektroniki, przemysłu chemicznego, lotnictwa i innych dziedzin o specjalnych wymaganiach dotyczących materiałów.

Czwarta kategoria: materiały ceramiczne, w tym głównie naturalne materiały krzemianowe, takie jak glina i kaolin, oraz materiały syntetyczne o wysokiej czystości, takie jak tlenkowe materiały ceramiczne, azotkowe materiały ceramiczne, węglikowe materiały ceramiczne itp. Ponieważ większość materiałów ceramicznych ma wysoką temperaturę topnienia lub nawet brak temperatury topnienia, trudno jest wykorzystać energię zewnętrzną do bezpośredniego formowania. Większość z nich po uformowaniu (suszenie, spiekanie itp.) wymaga ponownego przetworzenia w celu uzyskania produktów końcowych, co ogranicza promocję materiałów ceramicznych w branży druku 3D. Jednak materiały ceramiczne mają zalety, których nie mają materiały polimerowe i metalowe, takie jak wysoka twardość, odporność na wysoką temperaturę oraz stabilne właściwości fizyczne i chemiczne, dzięki czemu mają szerokie perspektywy zastosowania w lotnictwie, elektronice, motoryzacji, energetyce, biomedycynie i innych branże.

Klasa V: Materiały biologiczne, w tym głównie biomedyczne materiały metalowe, biomedyczne materiały polimerowe, biomedyczne materiały ceramiczne i materiały pochodzenia biologicznego. Wśród nich materiały pochodzenia biologicznego to materiały biomedyczne utworzone ze specjalnie przetworzonych naturalnych tkanek biologicznych, znane również jako materiały bioregeneracyjne. Zastosowanie biomateriałów w druku 3D można podzielić na dwie dziedziny. Pierwszym z nich jest zastosowanie biomateriałów w przetwórstwie żywności, pakowaniu żywności i innych dziedzinach w oparciu o ich właściwości biodegradowalności, niską temperaturę topnienia, właściwości biologiczne, ochronę środowiska itp.; Druga kategoria jest szeroko stosowana w medycynie zgodnie z powtarzalnością, zgodnością tkankową i indukowalnością, podatnością mechaniczną i podatnością na degradację biomateriałów. Zastosowanie biomateriałów w medycynie można podzielić na trzy poziomy: wytwarzanie protez, trójwymiarowe pośrednie wytwarzanie komórek oraz trójwymiarowe bezpośrednie wytwarzanie komórek.

Klasa VI: materiały gumowe, które mają różnorodne właściwości elastyczne, takie jak twardość w skali Shore'a A, wydłużenie przy zerwaniu, odporność na rozdzieranie i wytrzymałość na rozciąganie, co czyni je bardzo odpowiednimi do zastosowań w obszarach wymagających antypoślizgowych lub miękkich powierzchni, takich jak konsumenckie elektronika, sprzęt medyczny i wnętrza samochodów.

Klasa VII: materiały piaskowo-żwirowe, głównie piasek kwarcowy. W druku 3D, zgodnie z jego tradycyjnymi funkcjami i właściwościami, materiały piaskowe i żwirowe są wykorzystywane głównie w budynkach do produkcji niektórych materiałów budowlanych lub konstrukcji. Niski koszt, wysoka wydajność i ochrona środowiska to zalety materiałów piaskowo-żwirowych w dziedzinie architektury druku 3D.

Ósma kategoria: materiał grafenowy oparty na sp² Hybrydowo połączone atomy węgla są ciasno upakowane w nowym materiale o jednowarstwowej, dwuwymiarowej strukturze plastra miodu. Materiały grafenowe mają doskonałe właściwości optyczne, elektryczne i mechaniczne, dzięki czemu mogą zastąpić różne tradycyjne materiały i są uważane za rewolucyjny materiał przyszłości. Wraz z rozwojem technologii przygotowania grafenu i aplikacji grafenu, materiały grafenowe mogą być wykorzystywane w dalszych produktach i dziedzinach. Zgodnie z przewidywaniami Chińskiej Akademii Nauk, około 2024 r. urządzenia grafenowe mają zastąpić uzupełniające urządzenia półprzewodnikowe z tlenków metali i znaleźć zastosowanie w takich dziedzinach badawczych, jak nanourządzenia elektroniczne, fotoelektryczne ogniwa chemiczne i ultralekkie materiały lotnicze.

Kategoria 9: Materiał celulozowy, wielkocząsteczkowy polisacharyd składający się z glukozy, jest nierozpuszczalny w wodzie i ogólnych rozpuszczalnikach organicznych. Celuloza jest głównym składnikiem ściany komórkowej roślin. Jest to najbardziej rozpowszechniony i występujący w największej ilości polisacharyd w przyrodzie, stanowiący ponad 50 procent zawartości węgla w królestwie roślin. Naukowcy byli zaangażowani w opracowywanie metod drukowania 3D z wykorzystaniem celulozy i dokonano pewnych przełomów. Materiały celulozowe mają również pewne wady, takie jak wysoki koszt, słaba skalowalność i zanieczyszczenia generowane w połączeniu z tworzywami sztucznymi.

Technologia druku 3D dzieli się głównie na poziom stacjonarny i przemysłowy. Biurkowa drukarka 3D jest podstawowym etapem technologii druku 3D, który może intuicyjnie wyjaśnić zasadę procesu technologii druku 3D. Ponieważ stacjonarne drukarki 3D są stosunkowo tanie, łatwe do przenoszenia, łatwe w obsłudze itp., ich zastosowania koncentrują się głównie w domu, biurze i innych miejscach. Przemysłowe drukarki 3D dzielą się głównie na maszyny do szybkiego prototypowania i maszyny do bezpośredniego wytwarzania produktów. Przemysłowa drukarka 3D może lepiej sprostać wymaganiom produkcji o wysokiej precyzji i krótkim czasie w zakresie masowej produkcji form, części metalowych itp. Za pomocą sterowanego komputerowo lasera lub wiązki elektronów przemysłowa drukarka 3D może drukować złożone i precyzyjnych struktur, których nie można wykonać tradycyjną obróbką mechaniczną, oraz wyeliminowanie zbędnych procesów produkcyjnych w celu pełnego wykorzystania materiałów.

Pojawienie się technologii druku 3D zmniejszyło złożoność wytwarzania produktów, rozszerzyło zakres produkcji i produkcji, skróciło czas produkcji i wytwarzania, poprawiło wydajność produkcji, poprawiło wykorzystanie surowców i poprawiło dokładność specyfikacji produktu. Jednocześnie technologia druku 3D spełnia potrzeby klientów w zakresie spersonalizowanego dostosowywania i może opracowywać bardziej zróżnicowane produkty.

Chiński przemysł druku 3D ma również pewne niedociągnięcia. Ze względu na ograniczenia poziomu technicznego i poziomu wyposażenia przedsiębiorstwa zajmujące się drukiem 3D w Chinach mogą przetwarzać i wytwarzać małe części tylko w małych partiach, co trudno zastąpić przetwarzaniem i produkcją na dużą skalę i dużą partię. Z drugiej strony problem niedoboru materiałów do druku 3D, który nękał Chiny, nie został rozwiązany. Główne źródło materiałów nadal zależy od importu ze Stanów Zjednoczonych, co sprawia, że ​​niewielka liczba chińskich przedsiębiorstw zajmujących się drukiem 3D napotyka na dużą presję kosztową, ograniczającą skalę i zakres zastosowań chińskiego przemysłu druku 3D.

Branża druku 3D to bardzo perspektywiczna branża. Wraz z ciągłym wzrostem liczby ludności na świecie popyt na mieszkania będzie nadal wzrastał, co nieuchronnie doprowadzi do poprawy wysokości budownictwa mieszkaniowego w przyszłości. Poprawa wysokości budynków znacznie poprawi wymagania dotyczące technologii budowlanej, standardów pracy i materiałów; Jednocześnie ryzyko budowy wzrośnie wykładniczo. Dojrzała technologia drukarek 3D może uniknąć ryzyka ręcznego budowania wysokich budynków, zmniejszyć trudność wznoszenia wysokich budynków i poprawić efektywność wznoszenia wysokich budynków. Z drugiej strony, przy nieustannej eksploracji wszechświata oraz nieustannym postępie nauki i techniki możliwe jest w przyszłości założenie bazy lub emigracja na inne planety. Dojrzała technologia druku 3D może zostać wykorzystana w przyszłych działaniach „kolonizacji międzygwiezdnej”, aby zaspokoić potrzeby produkcyjne astronautów w przestrzeni międzygwiezdnej, a także zmniejszyć trudność w przygotowaniu działań związanych z międzygwiezdnymi.

Zastosowanie technologii druku 3D z pewnością nie ogranicza się do tych, które są nam obecnie znane. Ukryta wartość tej branży w przyszłości pozostaje do rozwinięcia.