Millised on arendatava 3D-printimise tööstuse varjatud väärtused?

3D-printimise tehnoloogia, tuntud ka kui lisatootmistehnoloogia, on tehnoloogia, mis kasutab pulbrilist metalli või plasti ja muid liimmaterjale, et konstrueerida objekte kiht-kihilt digitaalsete mudelifailide põhjal. 3D-printimine toimub tavaliselt digitaaltehnoloogia materjaliprinteri abil. Varem kasutati seda sageli vormide tootmises, tööstusdisainilahenduses ja muudes valdkondades mudelite valmistamiseks. Nüüd kasutatakse seda järk-järgult mõne toote otseses tootmises. Mõned ettevõtted on hakanud seda tehnoloogiat osade printimiseks kasutama. Tehnoloogiat on kasutatud ehete, jalatsite, tööstusdisaini, arhitektuuri, inseneri ja ehituse, auto-, kosmose-, hambaravi- ja meditsiinitööstuses, hariduses, geograafiliste infosüsteemide, tsiviilehituse, tulirelvade ja muudes valdkondades.

3D-printimise tehnoloogia põhineb arvuti 3D-disaini mudelil. Tarkvaralise kihilise diskreetse ja arvjuhtimisvormimissüsteemi kaudu virnastatakse ja seotakse metallipulber, keraamiline pulber, plastik, rakukude ja muud spetsiaalsed materjalid laserkiire, kuumsulatusotsiku ja muude meetodite abil kihthaaval ning lõpuks virnastatakse. tahke toode.

3D-printimiseks kasutatavad materjalid jagunevad peamiselt üheksasse kategooriasse:

I klass: valgustundlikud vaigumaterjalid, sealhulgas peamiselt akrüülvaiku, epoksüvaiku, polüestervaiku ja muid valguskõvastuvaid vaigumaterjale. Selliseid materjale saab polümeriseerida ja tahkestada ultraviolettvalguse kiiritamisel, tavaliselt vedelas olekus. Seda saab kasutada terade, hammasrataste ja muude kosmosesõidukite konstruktsiooniosade valmistamiseks.

Teine kategooria: tehnilised plastmaterjalid, sealhulgas peamiselt ABS-materjalid, polükarbonaatmaterjalid ja polüamiidmaterjalid. ABS-materjalil on "sitke, kõva ja jäik" omadused, mistõttu on seda laialdaselt kasutatud masinate, elektri-, tekstiili-, auto-, lennuki-, laeva- ja muude töötleva tööstuse ning keemiatööstuses. Polükarbonaatmaterjalidel on hea löögikindlus, vastupidavus termilistele moonutustele, hea tulekindlus ja kõrge kõvadus, mistõttu sobivad need sõiduautode ja kergveokite erinevate osade tootmiseks, keskendudes peamiselt valgustussüsteemidele, näidikupaneelidele, küttepaneelidele, sulatusseadmetele ja kaitseraudadele. Polüamiidmaterjal, tuntud ka kui nailonmaterjal, on tugev, kulumiskindel, isemääriv ja sellel on lai temperatuurivahemik. See asendab peamiselt vaske ja muid värvilisi metalle mehaaniliste, keemiliste ja elektriliste osade (nt diiselmootorite kütusepumba hammasrattad, veepumbad, kõrgsurvetihendid, õlitorud jne) tootmiseks.

Kolmas kategooria: metallmaterjalid, sealhulgas peamiselt titaanisulamist materjalid, roostevabast terasest materjalid, alumiiniumisulamist materjalid, muud väärismetallide materjalid jne. Titaanisulamist materjalil on kõrge tugevus ja kuumakindlus. Võrreldes teiste metallidega on titaanisulamitel ka hea korrosioonikindlus, hea jõudlus madalatel temperatuuridel ja suur keemiline aktiivsus, mistõttu neid kasutatakse laialdaselt lennukimootori kompressori komponentide, rakettide, rakettide ja kiirete õhusõidukite konstruktsioonide valmistamisel. osad ja muud väljad. Roostevabast terasest materjalide eelisteks on lihtne keevitamine, korrosioonikindlus, tugev poleerimine ja kuumakindlus ning neid kasutatakse laialdaselt ehituse, toiduainete töötlemise, toitlustuse, õlletootmise, keemiatööstuse ja meditsiiniseadmete valdkonnas. Alumiiniumisulamist materjalidel on madal tihedus, madal sulamistemperatuur ja tugev plastilisus. Alumiiniumisulam on praegu kõige laialdasemalt kasutatav sulam, mida kasutatakse laialdaselt lennunduses, kosmosetööstuses, autotööstuses, masinate tootmises, laevaehituses ja keemiatööstuses. Teistel väärismetallmaterjalidel, näiteks kuldmaterjalidel, on hea juhtivus, hea soojusjuhtivus ja kõrge stabiilsus ning neid kasutatakse peamiselt elektroonika, keemiatööstuse, kosmosetööstuse ja muudes materjalidele erinõuetega valdkondades.

Neljas kategooria: keraamilised materjalid, sealhulgas peamiselt looduslikud silikaatmaterjalid, nagu savi ja kaoliin, ning kõrge puhtusastmega sünteetilised materjalid, nagu oksiidkeraamilised materjalid, nitriidkeraamilised materjalid, karbiidkeraamilised materjalid jne. Kuna enamikul keraamilistel materjalidel on kõrge sulamistemperatuur või isegi sulamistemperatuur puudub, on raske kasutada välist energiat otseseks vormimiseks. Enamik neist tuleb lõpptoodete saamiseks pärast vormimist (kuivatamine, paagutamine jne) ümber töödelda, mis piirab keraamiliste materjalide propageerimist 3D-trükitööstuses. Keraamilistel materjalidel on aga eelised, mida polümeer- ja metallmaterjalidel ei ole, nagu kõrge kõvadus, kõrge temperatuuritaluvus ning stabiilsed füüsikalised ja keemilised omadused, mistõttu on neil laialdased kasutusvõimalused kosmosetööstuses, elektroonikas, autotööstuses, energeetikas, biomeditsiinis ja muudes valdkondades. tööstusharud.

V klass: bioloogilised materjalid, sealhulgas peamiselt biomeditsiinilised metallimaterjalid, biomeditsiinilised polümeermaterjalid, biomeditsiinilised keraamilised materjalid ja bioloogiliselt saadud materjalid. Nende hulgas on bioloogiliselt saadud materjalid biomeditsiinilised materjalid, mis on moodustunud spetsiaalselt töödeldud looduslikest bioloogilistest kudedest, tuntud ka kui bioregeneratiivsed materjalid. Biomaterjalide kasutamise 3D-printimisel võib jagada kahte valdkonda. Esimene on biomaterjalide kasutamine toiduainete töötlemisel, toiduainete pakendamisel ja muudes valdkondades, lähtudes nende biolagunevuse, madala sulamistemperatuuri, bioloogiliste omaduste, keskkonnakaitse jms omadustest; Teist kategooriat kasutatakse laialdaselt meditsiinivaldkonnas biomaterjalide reprodutseeritavuse, histo-sobivuse ja indutseeritavuse, mehaanilise vastavuse ja lagunemisvastavuse järgi. Biomaterjalide kasutamine meditsiinivaldkonnas võib jagada kolme tasandisse: proteeside valmistamine, kolmemõõtmeline rakkude kaudne kooste valmistamine ja kolmemõõtmeline rakkude otsetootmine.

VI klass: kummimaterjalid, millel on mitmesugused elastse materjali omadused, nagu Shore A kõvadus, purunemispikenemine, rebenemiskindlus ja tõmbetugevus, mistõttu need sobivad väga hästi kasutamiseks piirkondades, kus on vaja libisemisvastaseid või pehmeid pindu, näiteks tarbijatele. elektroonika, meditsiiniseadmed ja autode sisustus.

VII klass: liiv ja kruus materjalid, peamiselt kvartsliiv. 3D-printimises kasutatakse vastavalt oma traditsioonilistele funktsioonidele ja omadustele liiva- ja kruusamaterjale peamiselt hoonetes mõne ehitusmaterjali või -konstruktsiooni valmistamiseks. Madal hind, kõrge efektiivsus ja keskkonnakaitse on liiva- ja kruusamaterjalide eelised 3D-printimise arhitektuuri valdkonnas.

Kaheksas kategooria: grafeenmaterjal, mis põhineb sp² Hübriidseotud süsinikuaatomid on tihedalt pakitud uude materjali, millel on ühekihiline kahemõõtmeline kärgvõre struktuur. Grafeenmaterjalid on suurepäraste optiliste, elektriliste ja mehaaniliste omadustega, millega saab asendada erinevaid traditsioonilisi materjale ning mida peetakse tulevikus revolutsiooniliseks materjaliks. Grafeeni ettevalmistamise ja grafeeni pealekandmise tehnoloogia arenedes saab grafeenimaterjale kasutada rohkemates järgnevates toodetes ja valdkondades. Hiina Teaduste Akadeemia prognoosi kohaselt asendavad grafeenseadmed umbes 2024. aastaks täiendavaid metalloksiidi pooljuhtseadmeid ja neid rakendatakse sellistes uurimisvaldkondades nagu nanoelektroonilised seadmed, fotoelektrilised keemilised elemendid ja ülikerged õhusõidukite materjalid.

9. kategooria: tselluloosmaterjal, glükoosist koosnev makromolekulaarne polüsahhariid, ei lahustu vees ja üldistes orgaanilistes lahustites. Tselluloos on taime rakuseina põhikomponent. See on looduses kõige laiemalt levinud ja rikkalikum polüsahhariid, mis moodustab enam kui 50 protsenti taimeriigi süsinikusisaldusest. Teadlased on pühendunud tselluloosi kasutavate 3D-printimise meetodite väljatöötamisele ja mõningaid läbimurdeid on tehtud. Tselluloosmaterjalidel on ka mõningaid puudusi, nagu kõrge hind, halb mastaapsus ja plastiga kombineerimisel tekkivad saasteained.

3D-printimise tehnoloogia jaguneb peamiselt töölaua ja tööstuslikuks tasemele. Lauaarvuti 3D-printer on 3D-printimise tehnoloogia esmane etapp, mis võib intuitiivselt selgitada 3D-printimise tehnoloogia protsessi põhimõtet. Kuna lauaarvuti 3D-printerid on suhteliselt odavad, hõlpsasti kaasaskantavad, hõlpsasti kasutatavad jne, on nende rakendused koondunud peamiselt koju, kontorisse ja mujale. Tööstuslikud 3D-printerid jagunevad peamiselt kiirprototüüpimismasinateks ja otsetoodete valmistamise masinateks. Tööstuslik 3D-printer suudab paremini täita ülitäpse ja lühiajalise tootmise nõudeid vormide, metallosade jms masstootmise osas. Arvutiga juhitava laser- või elektronkiire abil saab tööstusliku 3D-printeriga printida keerukaid ja täpsed struktuurid, mida ei saa lõpule viia traditsioonilise mehaanilise töötlemisega, ja kõrvaldada mittevajalikud tootmisprotsessid, et saavutada materjalide täielik ärakasutamine.

3D-printimise tehnoloogia ilmumine on vähendanud toodete valmistamise keerukust, laiendanud tootmise ja valmistamise ulatust, lühendanud tootmise ja valmistamise aega, parandanud tootmise efektiivsust, parandanud toormaterjalide kasutust ja toote spetsifikatsioonide täpsust. Samal ajal vastab 3D-printimise tehnoloogia klientide vajadustele isikupärastatud kohandamiseks ja suudab välja töötada mitmekesisemaid tooteid.

Hiina 3D-trükitööstusel on ka mõningaid puudujääke. Tehnilise taseme ja varustustaseme piirangute tõttu saavad Hiina 3D-printimise ettevõtted töödelda ja toota väikeseid osi ainult väikeste partiidena, mida on raske asendada suuremahulist ja suurte partiide töötlemist ja tootmist. Seevastu Hiinat kimbutanud 3D-printimise materjalide nappuse probleem pole lahendatud. Peamine materjalide allikas sõltub endiselt impordist Ameerika Ühendriikidest, mistõttu Hiina väike arv 3D-printimise ettevõtteid seisab silmitsi suure kulusurvega, mis piirab Hiina 3D-printimise tööstuse ulatust ja rakendusala.

3D-printimise tööstus on väga paljutõotav tööstusharu. Maailma rahvastiku pideva kasvuga jätkab nõudluse kasv eluasemete järele, mis toob tulevikus paratamatult kaasa elamuehituse kõrguse paranemise. Hoone kõrguse parandamine parandab oluliselt nõudeid ehitustehnoloogiale, tööjõu- ja materjalistandarditele; Samal ajal suureneb ehitusoht plahvatuslikult. Täiskasvanud 3D-trükikoja tehnoloogia võib vältida kõrgete hoonete käsitsi ehitamise ohtu, vähendada kõrgete hoonete ehitamise raskusi ja parandada kõrgete hoonete ehitamise tõhusust. Teisest küljest on universumi pideva uurimise ning teaduse ja tehnika pideva arenguga võimalik rajada baasi või emigreeruda tulevikus teistele planeetidele. Küpset 3D-printimise tehnoloogiat saab kasutada tulevastes "tähtedevahelise koloniseerimise" tegevustes, et rahuldada astronautide tootmisvajadusi tähtedevahelises ruumis ja vähendada ka tähtedevaheliste tegevuste ettevalmistamise raskusi.

3D-printimise tehnoloogia rakendamine ei piirdu kindlasti vaid nendega, mis meile praegu teada on. Selle tööstuse varjatud väärtust tulevikus tuleb veel arendada.