Koje su skrivene vrijednosti industrije 3D štampe koje treba razviti

Tehnologija 3D štampe, poznata i kao tehnologija aditivne proizvodnje, je tehnologija koja koristi metal u prahu ili plastiku i druge ljepljive materijale za konstrukciju objekata sloj po sloj na temelju datoteka digitalnog modela. 3D štampa se obično realizuje digitalnom tehnologijom štampača materijala. U prošlosti se često koristio u proizvodnji kalupa, industrijskom dizajnu i drugim poljima za proizvodnju modela. Sada se postepeno koristi u direktnoj proizvodnji nekih proizvoda. Neka preduzeća su počela da koriste ovu tehnologiju za štampanje delova. Tehnologija je primijenjena u nakitu, obući, industrijskom dizajnu, arhitekturi, inženjeringu i građevinarstvu, automobilskoj, zrakoplovnoj, stomatološkoj i medicinskoj industriji, obrazovanju, geografskim informacionim sistemima, građevinarstvu, vatrenom oružju i drugim oblastima.

Tehnologija 3D štampanja zasnovana je na kompjuterskom 3D modelu dizajna. Kroz softverski slojeviti diskretni i numerički kontrolni sistem oblikovanja, metalni prah, keramički prah, plastika, ćelijsko tkivo i drugi specijalni materijali se slažu i vezuju sloj po sloj pomoću laserskog snopa, vruće mlaznice i drugih metoda, i na kraju se slažu kako bi se formirao solidan proizvod.

Materijali za 3D štampanje uglavnom su podeljeni u devet kategorija:

Klasa I: fotoosjetljivi smolni materijali, uglavnom uključujući akrilnu smolu, epoksidnu smolu, poliestersku smolu i druge smole koje otvrdnjavaju svjetlom. Takvi materijali mogu se polimerizirati i očvrsnuti pod zračenjem ultraljubičastog svjetla, uglavnom u tekućem stanju. Može se koristiti za proizvodnju lopatica, zupčanika i drugih strukturnih dijelova za zrakoplovstvo.

Druga kategorija: inženjerski plastični materijali, uglavnom uključujući ABS materijale, polikarbonatne materijale i poliamidne materijale. ABS materijal ima karakteristike "tvrdog, tvrdog i krutog", tako da se široko koristi u mašinskoj, električnoj, tekstilnoj, automobilskoj, avionskoj, brodskoj i drugim proizvodnim industrijama i hemijskoj industriji. Polikarbonatni materijali imaju dobru otpornost na udarce, otpornost na termičko izobličenje, dobru otpornost na vatru i visoku tvrdoću, pa su pogodni za proizvodnju različitih dijelova automobila i lakih kamiona, uglavnom s fokusom na sisteme rasvjete, instrument table, ploče za grijanje, odmrzivače i branike. Poliamidni materijal, poznat i kao najlonski materijal, je jak, otporan na habanje, samopodmazujući i ima širok raspon primjenjivih temperatura. Uglavnom zamjenjuje bakar i druge obojene metale za proizvodnju mehaničkih, kemijskih i električnih dijelova, kao što su zupčanici pumpe za gorivo dizel motora, vodene pumpe, zaptivke visokog pritiska, cijevi za ulje itd.

Treća kategorija: metalni materijali, uglavnom uključujući materijale od legura titanijuma, materijale od nerđajućeg čelika, materijale od legura aluminijuma, druge materijale od plemenitih metala, itd. Materijal od legure titana ima visoku čvrstoću i otpornost na toplotu. U poređenju sa drugim metalima, legure titana takođe imaju prednosti dobre otpornosti na koroziju, dobrih performansi na niskim temperaturama i velike hemijske aktivnosti, tako da se široko koriste u proizvodnji komponenti kompresora avionskih motora, raketa, raketa i konstrukcija za brze avione. dijelovi i druga polja. Materijali od nehrđajućeg čelika imaju prednosti lakog zavarivanja, otpornosti na koroziju, jakog poliranja i otpornosti na toplinu, te se široko koriste u građevinarstvu, preradi hrane, ugostiteljstvu, pivarstvu, hemijskoj industriji i medicinskoj opremi. Materijali od aluminijskih legura imaju karakteristike niske gustine, niske tačke topljenja i jake plastičnosti. Aluminijumska legura je trenutno najraširenija legura koja se široko koristi u vazduhoplovstvu, vazduhoplovstvu, automobilskoj industriji, proizvodnji mašina, brodogradnji i hemijskoj industriji. Ostali materijali od plemenitih metala, kao što su zlatni materijali, imaju karakteristike dobre provodljivosti, dobre toplotne provodljivosti i visoke stabilnosti, a uglavnom se koriste u oblastima elektronike, hemijske industrije, vazduhoplovstva i drugih oblasti sa posebnim zahtevima za materijale.

Četvrta kategorija: keramički materijali, uglavnom uključujući prirodne silikatne materijale kao što su glina i kaolin, i sintetičke materijale visoke čistoće kao što su oksidni keramički materijali, nitridni keramički materijali, karbidni keramički materijali, itd. Budući da većina keramičkih materijala ima visoku tačku topljenja ili čak nema tačke topljenja, teško je koristiti spoljnu energiju za direktno formiranje. Većinu ih je potrebno ponovno obraditi nakon oblikovanja (sušenje, sinteriranje, itd.) kako bi se dobili konačni proizvodi, što ograničava promociju keramičkih materijala u industriji 3D printanja. Međutim, keramički materijali imaju prednosti koje polimerni i metalni materijali nemaju, kao što su visoka tvrdoća, otpornost na visoke temperature, te stabilna fizička i kemijska svojstva, pa imaju široku perspektivu primjene u svemirskoj industriji, elektronici, automobilskoj industriji, energetici, biomedicini i dr. industrije.

Klasa V: Biološki materijali, uglavnom uključujući biomedicinske metalne materijale, biomedicinske polimerne materijale, biomedicinske keramičke materijale i materijale dobijene iz biologije. Među njima, biološki materijali su biomedicinski materijali formirani od posebno tretiranih prirodnih bioloških tkiva, poznatih i kao bioregenerativni materijali. Primjena biomaterijala u 3D štampi može se podijeliti u dva područja. Prvi je primena biomaterijala u preradi hrane, pakovanju hrane i drugim oblastima na osnovu njihovih karakteristika biorazgradljivosti, niske tačke topljenja, bioloških karakteristika, zaštite životne sredine, itd.; Druga kategorija se široko koristi u medicinskom polju prema reproduktivnosti, histokompatibilnosti i inducibilnosti, mehaničkoj usklađenosti i degradacijskoj usklađenosti biomaterijala. Primjena biomaterijala u medicinskom polju može se podijeliti na tri nivoa: proizvodnja proteza, trodimenzionalna indirektna montažna proizvodnja ćelija i trodimenzionalna direktna proizvodnja ćelija.

Klasa VI: gumeni materijali, koji imaju različite karakteristike elastičnog materijala, kao što su tvrdoća po Shore A, izduženje pri lomljenju, otpornost na kidanje i vlačna čvrstoća, što ih čini vrlo pogodnim za primjenu u područjima koja zahtijevaju protuklizne ili meke površine, kao što su potrošačke elektronika, medicinska oprema i automobilski enterijer.

Klasa VII: pijesak i šljunak, uglavnom kvarcni pijesak. U 3D štampi, prema svojim tradicionalnim funkcijama i karakteristikama, pijesak i šljunak se uglavnom koriste u zgradama za izradu nekih građevinskih materijala ili konstrukcija. Niska cijena, visoka efikasnost i zaštita okoliša su prednosti pješčanih i šljunčanih materijala u oblasti arhitekture 3D printanja.

Osma kategorija: grafen materijal, koji je baziran na sp² Hibridno povezani atomi ugljika su čvrsto upakovani u novi materijal sa jednoslojnom dvodimenzionalnom strukturom saćaste rešetke. Grafenski materijali imaju izvrsna optička, električna i mehanička svojstva, koji se mogu koristiti za zamjenu različitih tradicionalnih materijala, a smatraju se revolucionarnim materijalom u budućnosti. Sa razvojem pripreme grafena i tehnologije primjene grafena, grafenski materijali se mogu koristiti u više daljnjih proizvoda i polja. Prema predviđanju Kineske akademije nauka, očekuje se da će do 2024. godine uređaji s grafenom zamijeniti komplementarne poluvodičke uređaje sa metalnim oksidom i biti primijenjeni u istraživačkim poljima kao što su nanoelektronski uređaji, fotoelektrične hemijske ćelije i ultralaki materijali za avione.

Kategorija 9: Celulozni materijal, makromolekularni polisaharid koji se sastoji od glukoze, nerastvorljiv je u vodi i općim organskim rastvaračima. Celuloza je glavna komponenta ćelijskog zida biljaka. To je najrasprostranjeniji i najzastupljeniji polisaharid u prirodi, koji čini više od 50 posto sadržaja ugljika u biljnom carstvu. Istraživači su se posvetili razvoju metoda 3D štampanja pomoću celuloze i napravljena su neka otkrića. Celulozni materijali također imaju neke nedostatke, kao što su visoka cijena, loša skalabilnost i zagađivači koji nastaju u kombinaciji s plastikom.

Tehnologija 3D štampanja uglavnom je podijeljena na desktop nivo i industrijski nivo. Stoni 3D štampač je primarna faza tehnologije 3D štampanja, koja može intuitivno objasniti princip procesa 3D štamparske tehnologije. Budući da su desktop 3D štampači relativno jeftini, laki za nošenje, laki za rukovanje itd., njihove aplikacije su uglavnom koncentrisane u kući, kancelariji i drugim mestima. Industrijski 3D štampači se uglavnom dijele na strojeve za brzu izradu prototipa i strojeve za direktnu proizvodnju proizvoda. Industrijski 3D štampač može bolje ispuniti zahtjeve visoke preciznosti i kratkotrajne proizvodnje u smislu masovne proizvodnje kalupa, metalnih dijelova itd. Uz pomoć kompjuterski kontroliranog laserskog ili elektronskog snopa, industrijski 3D printer može ispisati složene i precizne strukture koje se ne mogu završiti tradicionalnom mehaničkom obradom i eliminirati nepotrebne proizvodne procese kako bi se postigla potpuna iskorišćenost materijala.

Pojava tehnologije 3D štampe smanjila je složenost proizvodnje proizvoda, proširila obim proizvodnje i proizvodnje, skratila vreme proizvodnje i izrade, poboljšala efikasnost proizvodnje, poboljšala iskorišćenost sirovina i poboljšala tačnost specifikacija proizvoda. Istovremeno, tehnologija 3D štampanja zadovoljava potrebe kupaca za personalizovanim prilagođavanjem i može razviti raznovrsnije proizvode.

Kineska industrija 3D štampanja također ima neke nedostatke. Zbog ograničenja tehničkog nivoa i nivoa opreme, preduzeća za 3D štampanje u Kini mogu da obrađuju i proizvode samo male delove u malim serijama, što je teško zameniti veliku i veliku serijsku obradu i proizvodnju. S druge strane, problem nestašice materijala za 3D štampu koji je mučio Kinu nije riješen. Glavni izvor materijala i dalje zavisi od uvoza iz Sjedinjenih Država, zbog čega se mali broj kineskih preduzeća za 3D štampanje suočava sa visokim pritiskom, ograničavajući obim i obim primene kineske industrije 3D štampanja.

Industrija 3D štampe je vrlo perspektivna industrija. Uz kontinuirano povećanje svjetske populacije, potražnja za stanovanjem će nastaviti rasti, što će neminovno dovesti do povećanja visine stambene izgradnje u budućnosti. Poboljšanje visine zgrade značajno će poboljšati zahtjeve za tehnologijom gradnje, standardom rada i materijala; Istovremeno, rizik izgradnje će se eksponencijalno povećati. Zrela tehnologija kuće za 3D štampanje može izbjeći rizik od ručne izgradnje visokih zgrada, smanjiti poteškoće u izgradnji visokih zgrada i poboljšati efikasnost izgradnje visokih zgrada. S druge strane, uz kontinuirano istraživanje svemira i kontinuirani napredak nauke i tehnologije, moguće je uspostaviti bazu ili emigrirati na druge planete u budućnosti. Zrela tehnologija 3D štampanja može se koristiti u budućim aktivnostima "međuzvjezdane kolonizacije" kako bi se zadovoljile proizvodne potrebe astronauta u međuzvjezdanom prostoru, a također i smanjile poteškoće u pripremi međuzvjezdanih aktivnosti.

Primjena tehnologije 3D printanja svakako nije ograničena na one koje su nam sada poznate. Ostaje da se razvije skrivena vrijednost ove industrije u budućnosti.