Які приховані цінності індустрії 3D-друку потрібно розвивати

Технологія 3D-друку, також відома як технологія адитивного виробництва, — це технологія, яка використовує металевий порошок або пластик та інші клейкі матеріали для створення об’єктів шар за шаром на основі файлів цифрових моделей. 3D-друк зазвичай реалізується за допомогою цифрового принтера матеріалів. У минулому його часто використовували у виробництві прес-форм, промисловому дизайні та інших сферах для виготовлення моделей. Тепер він поступово використовується при безпосередньому виготовленні деяких виробів. Деякі підприємства почали використовувати цю технологію для друку деталей. Технологія була застосована в ювелірних виробах, взутті, промисловому дизайні, архітектурі, інженерії та будівництві, автомобільній, аерокосмічній, стоматологічній та медичній промисловості, освіті, географічних інформаційних системах, цивільному будівництві, вогнепальній зброї та інших сферах.

Технологія 3D-друку базується на комп’ютерній моделі 3D-дизайну. За допомогою програмно-шарової дискретної системи формування з числовим керуванням металевий порошок, керамічний порошок, пластик, клітинна тканина та інші спеціальні матеріали складаються та скріплюються шар за шаром за допомогою лазерного променя, насадки для гарячого розплаву та інших методів, і, нарешті, укладають у форму. твердий продукт.

Матеріали для 3D-друку в основному поділяються на дев'ять категорій:

Клас I: фоточутливі полімерні матеріали, в основному включаючи акрилову смолу, епоксидну смолу, поліефірну смолу та інші світлотвердіючі полімерні матеріали. Такі матеріали можуть полімеризуватися і затвердіти під дією ультрафіолетового світла, як правило, в рідкому стані. Його можна використовувати для виготовлення лопатей, шестерень та інших конструктивних деталей для аерокосмічної галузі.

Друга категорія: інженерні пластикові матеріали, в основному включаючи матеріали ABS, полікарбонатні матеріали та поліамідні матеріали. АБС-матеріал має характеристики «міцний, твердий і жорсткий», тому він широко використовується в машинобудуванні, електротехніці, текстилі, автомобілі, літаках, кораблях та інших галузях промисловості та хімічної промисловості. Полікарбонатні матеріали мають хорошу ударостійкість, стійкість до термічної деформації, гарну вогнестійкість і високу твердість, тому вони підходять для виробництва різних частин легкових і легких вантажівок, головним чином зосереджуючись на системах освітлення, панелях приладів, панелях обігріву, розморожувачах і бамперах. Поліамідний матеріал, також відомий як нейлон, міцний, зносостійкий, самозмащувальний і має широкий діапазон застосовних температур. Він в основному замінює мідь та інші кольорові метали для виробництва механічних, хімічних та електричних деталей, таких як шестерні паливних насосів дизельних двигунів, водяні насоси, ущільнювачі високого тиску, маслопроводи тощо.

Третя категорія: металеві матеріали, в основному включаючи матеріали з титанового сплаву, матеріали з нержавіючої сталі, матеріали з алюмінієвого сплаву, інші матеріали з дорогоцінних металів тощо. Матеріал із титанового сплаву має високу міцність і термостійкість. Порівняно з іншими металами титанові сплави також мають такі переваги, як хороша корозійна стійкість, хороші низькотемпературні характеристики та висока хімічна активність, тому вони широко використовуються у виробництві компонентів компресора авіаційних двигунів, конструкцій ракет, ракет і високошвидкісних літаків. частини та інші поля. Матеріали з нержавіючої сталі мають такі переваги, як легке зварювання, стійкість до корозії, міцне полірування та термостійкість, і широко використовуються в галузі будівництва, харчової промисловості, громадського харчування, пивоваріння, хімічної промисловості та медичного обладнання. Матеріали з алюмінієвих сплавів мають характеристики низької щільності, низької температури плавлення та міцної пластичності. Алюмінієвий сплав є найбільш широко використовуваним сплавом в даний час, який широко використовується в авіації, аерокосмічній, автомобільній, машинобудівній, суднобудівній та хімічній промисловості. Інші дорогоцінні металеві матеріали, такі як золоті матеріали, мають характеристики хорошої провідності, хорошої теплопровідності та високої стабільності, і в основному використовуються в галузях електроніки, хімічної промисловості, аерокосмічної та інших галузях з особливими вимогами до матеріалів.

Четверта категорія: керамічні матеріали, в основному включаючи природні силікатні матеріали, такі як глина та каолін, і синтетичні матеріали високої чистоти, такі як оксидні керамічні матеріали, нітридні керамічні матеріали, карбідні керамічні матеріали тощо. Оскільки більшість керамічних матеріалів мають високу температуру плавлення або навіть немає точки плавлення, важко використовувати зовнішню енергію для прямого формування. Більшість із них потребують повторної обробки після формування (сушіння, спікання тощо) для отримання кінцевих продуктів, що обмежує просування керамічних матеріалів у галузі 3D-друку. Проте керамічні матеріали мають переваги, яких не мають полімерні та металеві матеріали, такі як висока твердість, стійкість до високих температур, стабільні фізико-хімічні властивості, тому вони мають широкі перспективи застосування в аерокосмічній, електроніці, автомобільній, енергетиці, біомедичній та ін. промисловості.

Клас V: Біологічні матеріали, в основному включаючи біомедичні металеві матеріали, біомедичні полімерні матеріали, біомедичні керамічні матеріали та матеріали біологічного походження. Серед них біопохідні матеріали — це біомедичні матеріали, утворені спеціально обробленими природними біологічними тканинами, також відомі як біорегенеративні матеріали. Застосування біоматеріалів у 3D-друкі можна розділити на дві сфери. По-перше, це застосування біоматеріалів у харчовій промисловості, пакуванні харчових продуктів та інших галузях на основі їх характеристик біологічного розкладання, низької температури плавлення, біологічних характеристик, захисту навколишнього середовища тощо; Друга категорія широко використовується в галузі медицини відповідно до відтворюваності, гістосумісності та індуцибельності, механічної податливості та податливості до деградації біоматеріалів. Застосування біоматеріалів у галузі медицини можна розділити на три рівні: виготовлення протезів, тривимірне непряме складання клітин і тривимірне пряме виробництво клітин.

Клас VI: гумові матеріали, які мають різноманітні характеристики пружного матеріалу, такі як твердість за Шором А, відносне подовження при розриві, опір розриву та міцність на розрив, що робить їх дуже придатними для застосування в місцях, де потрібні протиковзкі або м’які поверхні, наприклад побутові електроніка, медичне обладнання та салон автомобіля.

VII клас: піщано-гравійні матеріали, переважно кварцовий пісок. У 3D-друкі, відповідно до своїх традиційних функцій і характеристик, пісок і гравій в основному використовуються в будівлях для виготовлення деяких будівельних матеріалів або конструкцій. Низька вартість, висока ефективність і захист навколишнього середовища є перевагами піщано-гравійних матеріалів у сфері архітектури 3D-друку.

Восьма категорія: графеновий матеріал, який заснований на sp². Гібридні з’єднані атоми вуглецю щільно упаковані в новий матеріал з одношаровою двовимірною структурою стільникової решітки. Графенові матеріали мають відмінні оптичні, електричні та механічні властивості, які можуть бути використані для заміни різних традиційних матеріалів, і вважаються революційним матеріалом у майбутньому. З розвитком технології приготування та застосування графену графенові матеріали можна використовувати в інших продуктах і галузях. Згідно з прогнозом Академії наук Китаю, приблизно до 2024 року очікується, що графенові пристрої замінять комплементарні напівпровідникові пристрої з оксиду металів і будуть застосовуватися в таких галузях досліджень, як наноелектронні пристрої, фотоелектричні хімічні елементи та матеріали для надлегких літаків.

Категорія 9: целюлозний матеріал, високомолекулярний полісахарид, що складається з глюкози, нерозчинний у воді та звичайних органічних розчинниках. Целюлоза є основним компонентом клітинної стінки рослин. Це найпоширеніший і найпоширеніший полісахарид у природі, на нього припадає понад 50 відсотків вмісту вуглецю в царстві рослин. Дослідники були віддані розробці методів 3D-друку з використанням целюлози, і були зроблені деякі прориви. Целюлозні матеріали також мають деякі недоліки, такі як висока вартість, погана масштабованість і забруднюючі речовини, що утворюються при поєднанні з пластиком.

Технологія 3D-друку в основному поділяється на настільний рівень і промисловий рівень. Настільний 3D-принтер - це первинний етап технології 3D-друку, який може інтуїтивно пояснити принцип процесу технології 3D-друку. Оскільки настільні 3D-принтери відносно дешеві, їх легко носити з собою, легко використовувати тощо, їх застосування здебільшого зосереджено вдома, в офісі та інших місцях. Промислові 3D-принтери в основному поділяються на машини для швидкого прототипування та машини для прямого виробництва продукції. Промисловий 3D-принтер може краще відповідати вимогам високоточного та швидкого виробництва з точки зору масового виробництва форм, металевих деталей тощо. За допомогою керованого комп’ютером лазера або електронного променя промисловий 3D-принтер може друкувати складні та точні структури, які неможливо завершити традиційною механічною обробкою, і усунути непотрібні виробничі процеси для досягнення повного використання матеріалів.

Поява технології 3D-друку зменшила складність виготовлення продукції, розширила сферу виробництва та виготовлення, скоротила час виробництва та виготовлення, підвищила ефективність виробництва, покращила використання сировини та підвищила точність специфікацій продукту. Водночас технологія 3D-друку задовольняє потреби клієнтів у персоналізованому налаштуванні та може розробляти більш різноманітні продукти.

Китайська промисловість 3D-друку також має деякі недоліки. Через обмеження технічного рівня та рівня обладнання підприємства 3D-друку в Китаї можуть обробляти та виготовляти лише невеликі деталі невеликими партіями, що важко замінити великомасштабну та великосерійну обробку та виробництво. З іншого боку, проблема дефіциту матеріалів для 3D-друку, яка мучила Китай, не вирішена. Основне джерело матеріалів все ще залежить від імпорту зі Сполучених Штатів, через що невелика кількість підприємств 3D-друку в Китаї стикається з високим тиском витрат, що обмежує масштаб і сферу застосування індустрії 3D-друку Китаю.

Індустрія 3D-друку є дуже перспективною галуззю. З постійним зростанням населення світу попит на житло буде продовжувати збільшуватися, що неминуче призведе до підвищення висоти житлового будівництва в майбутньому. Збільшення висоти будівлі значно підвищить вимоги до технології будівництва, норм праці та матеріалів; При цьому ризик будівництва зростатиме в геометричній прогресії. Зріла технологія 3D-друку дозволяє уникнути ризику будівництва висотних будівель вручну, зменшити труднощі будівництва висотних будівель і підвищити ефективність будівництва висотних будівель. З іншого боку, завдяки безперервному дослідженню Всесвіту та безперервному прогресу науки й техніки можна заснувати базу або емігрувати на інші планети в майбутньому. Зрілу технологію 3D-друку можна використовувати в майбутніх заходах з «міжзоряної колонізації», щоб задовольнити виробничі потреби астронавтів у міжзоряному просторі, а також зменшити труднощі в підготовці міжзоряних заходів.

Застосування технології 3D-друку, звичайно, не обмежується тими, що відомі нам зараз. Приховану цінність цієї галузі в майбутньому ще належить розкрити.