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开往扎鲁特草原的826专列

在他们出发的时候,没有人告诉他们,还有“集结号”.....xiaojianfan

 
 
 

日志

 
 

《3D打印——行业采风(通州顺义)9【原创】》——共工的博客  

2017-05-25 09:32:53|  分类: 3-3.一路风光 |  标签: |举报 |字号 订阅

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3D打印——行业采风(通州顺义)9【原创】

  3D打印,当今工业领域最炙手可热的话题,而我们却了解甚少。今天,我们将去北京的两家企业观摩调研“3D打印”。
  2017年5月23日,在北京市模具学会的协助下,白云站研讨组一行十数人去通州、顺义两家3D打印企业。我们先来到位于通州台湖镇的“北京市增材制造创新示范中心”,这是“康硕集团”(康硕电气集团有限公司-民营企业和“京城机电”(“京城机电”是北京机械系统“京城机电控股有限责任公司”的唯一上市平台-大型国企)两家合作建设的。
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  这是北京地区设立的第一家快速制造创新中心,也是目前为止亚太地区规模最大、含金量最高的增材制造示范中心,代表了我国增材制造的最高水平。
  康硕集团裁(左二)、董秘(左一)热情接待了我们。
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  进门见右侧有一个大型的“北京市增材制造创新产业园规划基地”沙盘。将来,这里就是中国大型的3D打印产业园区。最高的那栋楼,准备作为中国此领域院士专家大楼,为行业顶级大脑的中心。
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  示范中心的左侧,墙上挂着一幅高达2米的3D打印毛主席画像。它是用许多块打印出来的小方块组合而成,后面衬有照明灯光。我过去用手摸了摸,这画像的画面凹凸起伏具立体感,不是一般平面的。
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  北京市增材制造创新示范中心,集展示与运营双重功能为一体。在展示的同时,也具备3D打印设计与服务功能,可为国内外客户提供3D打印综合解决方案。
  科普一下“增材制造”这个陌生的名词(我也是刚弄明白)。增材制造技术是采用材料逐渐累加的方法制造实体零件的技术(这叫增材),相对于传统材料“去除-切削”加工技术(这叫减材),增材制造技术是由零件三维数据驱动直接制造零件的科学技术体系。除“增材制造技术”外,还有快速原型、快速成形、快速制造、3D打印等多种称谓(对于老百姓来说,这些说法基本上是一回事。所以,可以简明地理解为:3D打印就是增材制造)。
  展示中心圆拱门上有“增材制造——正在进行的工业革命”,把它提到了“革命”的高度!
  实际上,增材制造是新一轮工业革命的支撑技术!支撑技术!支撑技术(重要的话说三遍)!!
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  为什么要这样说?
  相对于传统锻造或铸造工艺来说,增材制造具有下述巨大优势:
  首先,增材制造技术能够满足装备研制的低成本、短周期需求。大型金属结构传统制造方法是锻造再机械加工,但能用于制造大型或超大型金属锻坯的装备较为稀缺,高昂的模具费用和较长的制造周期难以满足新型号快速低成本研制的需求。
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  其次,一些大型结构还具有复杂的形状或特殊规格,用锻造方法难以制造。而增材制造技术可以制造超大、超厚、复杂型腔等特殊结构。对于一些具有极其复杂外形的中小型零件,用其他方法很难制造,而用增材制造技术可以实现零件的净成形;在传统制造中,单件、小批量的超规格产品往往成为制约整机生产的瓶颈,通过增材制造技术能够以相对较低的成本来提供;模锻、铸造还需要大量的工装模具,由此带来研制成本的上升。通过增材制造技术,可以节省材料三分之二以上,数控加工时间减少一半以上,同时无须模具,从而能够将研制成本大大降低。从而实现“快速反应,无模敏捷制造”的目的。  
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  次,增材制造技术有助于促进设计-生产过程从平面思维向立体思维的转变。采用增量制造技术,实现三维设计、三维检验与优化,甚至三维直接制造,可以摆脱二维制造思想的束缚,直接面向零件的三维属性进行设计与生产,大大简化设计流程,从而促进产品的技术更新与性能优化。 
  最后,增材制造技术能够改造现有的技术形态,促进制造技术提升。增材制造技术不需要传统的刀具和夹具以及多道加工工序,在一台设备上可快速精密地制造出任意复杂形状的零件,从而实现了零件“自由制造”,并大大减少了加工工序,缩短了加工周期。而且产品结构越复杂,其制造速度的优势就越显著。利用增量制造技术提升现有制造技术水平的典型应用是铸造行业。利用快速原型技术制造蜡模可以将生产效率提高数十倍,而产品质量和一致性也得到大大提升。
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  增材制造在航空航天领域中的应用
  在航空航天工业领域,金属、非金属或金属基复合材料的高能束流快速制造是当前发展最快的研究方向。经过20多年的发展,增材制造经历了从萌芽到产业化、从原型展示到零件直接制造的过程,发展十分迅猛。军用产品如此,民用产品也已得到广泛应用。比如现在已经实现了C919飞机大型钛合金零件激光立体成形制造。
  展示厅里的歼15模型。
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  随着技术的进步,为了减轻机体重量,提高机体寿命,降低制造成本,飞机结构中大型整体金属构件的使用越来越多。大型整体钛合金结构制造技术已经成为现代飞机制造工艺先进性的重要标志之一。
  歼20飞机模型。
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  航天零件的打印制造。
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增材制造在工业领域的应用
  3D打印在工业上的应用则更是广泛。它可以一体成型,不需要考虑模型内部的复杂程度,可以提升可靠性,避免多零部件组装带来的人为隐患和安全隐患;可有效节省人力成本,蜡模一次成型,不需要人工修正,打印过程无人值守,减少后处理打磨工艺;还有让优化设计更灵活等优点,较传统工艺模具效率提升10倍以上。    
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  3D打印汽车V8发动机水套砂型。
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  3D打印叶轮砂型。
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  各种复杂异形的金属零件打印。
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  各种动力设备的叶片打印。
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增材制造在数字医疗领域中的应用 
  以激光束、电子束、等离子或离子束为热源,加热材料使之结合、直接制造零件的方法,称为高能束流快速制造,近些年来,医学应用是增长最快的应用领域。比如用钛合金材质的骨骼植入人体,已有几十年的历史,现在植入骨骼更开始显露优势。当出现复杂的心脏手术时,如果有一个病人心脏的3D打印模型,可以在手术前进行手术预演,以便更好地保证手术成功。相对于传统方法来说,3D打印机应用在医疗行业将使手术前等待时间降低70%,成本降低70%,质量提高200%。
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  打印出来的人脑模型。
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增材制造在文博领域的应用
  3D打印对于文物复制、文物修复,具有其他手段不可比拟的优势。
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  陕西某博物馆采用3D打印技术,成功修复了国宝级文物——青铜簋。
  其工艺流程为:通过3D扫描,得到三维数据,再通过逆向工程,3D建模并构建打印模型,再打印蜡模原型,最后铸造成品。用3D打印技术修复或复制的文物,几可乱真,不采用专业仪器一般是看不出来的。
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  3D打印一个工艺品那更是小菜一碟。
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增材制造在珠宝领域的应用
  目前3D打印技术已广泛运用于珠宝饰品行业中。世界各大知名饰品商、珠宝商均在使用(当然不是打印翡翠玉石,而主要是应用于金属饰品方面)。康硕就是从打印珠宝饰品起家的。
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  展厅中用3D打印技术打印的动物造型(没有注意拍摄金属饰品照片)。
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  中央展柜是一座巨塔装置,每层每格中都有3D打印产品。此塔采用螺旋式上升结构,体现了3D打印逐层叠加的原理,象征着3D打印产业蒸蒸日上。
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  现在我们来到“个性化定制”展室。 
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  这里有一台“人体3D扫描仪”,你只要站在这个中心位置上,保持静止2秒钟便可将你的三维数据扫入电脑。工作人员请一位老同志亲身体验一下。
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  扫描后在计算机里构建你的打印模型,数据处理完毕后,大约用数小时便可打印出你的全身立体模型来。过几天这位老同志就可以拿到自己的三维彩色立体模型了。
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  现在我们来到打印车间,去实际看看3D打印工作。
  车间里有一批3D打印设备。其中有1000多万元一套的进口砂型3D打印机,其最大可以打印长为1.8米的砂型件。其使用的材质除了砂子之外,还可以打印玻璃等材质。
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  技术人员(这里没有单纯的工人,技术人员也是工人)正在处理混砂罐中的残料。
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  画面中有三种打印机。由近到远依次为:蜡模打印机、全彩石膏打印机和光敏树脂打印机。
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  大家兴致勃勃地观摩,如饥似渴地学习。
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  这位小伙子正在维护一台打印机。过去跟他聊聊。 
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  这是用这台打印机打印出来的零件蜡模,注意看,那个螺旋桨零件蜡模下面还有支撑物(没有支撑物不易成型),打印完成后还要将此成品放入某种溶液中,将支撑物溶去,即为最后的蜡模。
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  大家正在了解讨论这种工艺。
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  与此对比,这里还放置了一个用机床加工出来的金属零件。
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  这台是国产货,是“京城机电”生产的五轴联动机床(科普一下:五轴加工是指在一台机床上至少有五个坐标轴(三个直线坐标和两个旋转坐标),且可在五联动数控系统的控制下同时协调运动进行加工。五轴联动数控机床代表了传统机床制造业的最高境界)。普遍认为,五轴联动数控机床是解决叶轮、叶片、船用螺旋桨、重型发电机转子、汽轮机转子、大型柴油机曲轴等等加工的唯一手段。对一个国家的航空、航天、军事、科研、精密器械、高精医疗设备等行业,有着举足轻重的影响力。但自从出现了增材制造新装备后,传统机床的这个“唯一手段”被打破,在许多领域已有被替代的可能或已经被替代。
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  虽然退休了,但思想不能退伍,要及时呼吸新鲜空气,汲取新知识。三D打印——行业采风(通州顺义)9【原创】 - 共工 - 共工的博客
 
  参观完了,我们来到二层会议室,先由樊总裁介绍,然后大家提问。
  康硕集团是国内第一批做3打印的民营企业,在佛山、上海及北京有多家企业,员工全部才70人(传统企业无法想象)。问到人均收入,人家不太好回答,但表示人均月收入一万元还是有的。企业效益么,净利润达到25%(这也是传统制造企业所难以企及的)。有人问起一个敏感问题(先声明不应该问):总裁的年龄,人家也没有回避,真的非常年轻。说起制约行业的发展因素,她认为材料是其中的重要因素。现在国内能打印的材料只有一二十种,特别是国防装备中最重要的钛合金材料,目前尚受制于人,今后一个重要方向就是要努力做好材料的本土化研究开发。
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  从会议室出来,从高处给这个产品展示塔拍一张。
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  走出大门,见大楼两边各有一台老设备。仔细看下面的说明:
           X63W卧式万能铣床
  此类机床为北京第一机床厂自1952年开始生产的万能铣床。共累计生产超过10万台。该类机床广泛用于国防、兵器、船舶、航空、民用等行业,是过去六十多年机械制造行业的必备加工设备,成为机床行业的传奇产品,为新中国的建设做出了卓越贡献,可称为共和国的功勋机床
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  参加调研观摩人员与康硕接待人员合影。
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  下午,我们驱车去顺义,到首都机场附近的另一家3D打印企业——北京三帝科技股份有限公司。
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  接待我们的是“北京隆源自动成型系统有限公司”的袁副总经理。
  三帝打印科技公司是一家专注于3D打印系统(设备、材料、工艺、软件)及其应用的研发、生产和销售的高新技术民营企业。公司目前控股“北京隆源”等企业,并拥有3D打印平台“万物打印”网。 
  隆源与康硕不同,康硕是专做3D打印应用服务,而隆源除了做3D打印应用服务,还做3D打印设备。
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  这台是激光快速成型机。该设备能采用的材料为树脂砂、精铸模料、工程塑料。能打印的最大尺寸为70厘米。旁边还有一台更大的设备能打印的最大尺寸比它大一倍,为1.4米。
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  袁副总在给我们讲解激光快速成型技术的特点。
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  这个形状复杂的砂型是用其他传统工艺难以加工实现的。
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  这是隆源自己生产的激光快速成型机。有人问了一下隆源产品的价格:一般约数十万元一台,最贵的也就150万元左右(相比动辄一千多万元的进口机简直是地摊价)
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  这台是工业级3D打印机(工业级3D打印机在应用中对成型质量、生产效率、控制技术要求更为严格,因此也代表了最前沿的3D打印技术)。
  我们透过打印机的窗口观察打印的过程。
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  打印机工作时,先铺一层砂子(或其他材料),然后根据电脑中的数据要求,用激光扫描需要成型之处。图中红色处即为激光烧结时产生的光班。这一层激光烧结后,再铺第二层砂子,这样一层一层地堆积上去(为什么要叫增材啊,由此而来),没有被烧结到的地方还是散砂,最后要被清理掉(绝大部分原材料都可以收集起来再用,故增材制造极为环保)。烧结部分就是我们想要的零件部分。现在隆源已经能够打印不锈钢材料(钛合金还是不行)了。
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  这台激光打印机打印的是另外一种形状,中间也有红色的激光烧结光斑。
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  这是大功率的激光打印机。打印的尺寸也比较大。它被安装在一个机器人身上。
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  这个大手臂下部安装着大功率激光头。
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  隆源公司也有一个3D打印展览厅,我们上楼去参观学习。
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  说起来隆源也不简单。其公司创始人董事长专攻3D打印研究,是世界首批3D打印博士之一,获得多项发明专利。他于1993年主持研发了中国第一台工业级3D打印设备,并将其命名为“快速成型”机,并申报了国家名词认定,获得了北京市发明金奖。1994年,创立北京隆源自动成型系统有限公司。
  屈指一算,隆源也有三十多年的历史了。
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  这是打印出来的复杂砂型。
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  这像个汽车零件吧,这么复杂,用别的方法很难直接做出来,而采用打印方法,就比较简单了。
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  这是汽车的气缸吧,当时没来得及问,这也是3D打印出来的么?
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  在医疗领域,隆源也有成功的应用。这是应用于急救处理、临床固定等处置的3D打印夹板。
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  我们在现场把夹板套上手臂,增材制造可以根据人手臂个体部位尺寸形状,量身定做专用的骨折固定夹板。不用说,这也是3D打印机的作品。
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  这个小巧的打印机名叫“3D巧克力打印机”。其灵动的打印头,可以把高可可脂含量的巧克力原料,瞬间变成一座中世纪城堡。
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  打印出来的极其小巧的各种精细小饰品。
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  整整一天,我们跑了两家3D打印企业,使我们对3D打印技术有了一个初步的了解。
  作为一项正在发展中的制造技术,增材制造的成熟度还远不能同金属切削、铸、锻、焊、粉末冶金等制造技术相比,还有大量研究工作需要进行,包括激光成型专用合金体系、零件的组织与性能控制、应力变形控制、缺陷的检测与控制、先进装备的研发等,涉及到从科学基础、工程化应用到产业化生产的质量保证各个层次的研究工作。 
  增材制造是一项解决我国制造业瓶颈环节——“产品开发成本和周期”的利器,可为产品和装备结构带来颠覆性变化,目前处于技术发展的井喷期、产业的高速增长期,但我们存在原创技术、核心技术、专业人才缺乏,资源浪费、研发工作重复、无序与低端竞争等问题,急需建设增材制造创新平台,为行业提供核心技术和共性技术,加速产业转化,引导行业健康发展。
  可以说,3D打印技术正在成为发达国家实现制造业回流、提升产业竞争力的重要载体。新一轮的全球制造业竞争,极有可能是3D打印与机器人等高端装备的竞争。以3D打印为代表的数字化、智能化制造以及新型材料的应用将重塑制造业和服务业的关系,重塑国家和地区比较优势,重塑经济发展格局,加快第三次工业革命的进程。
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