3d打印，如何讓設計制造更環(huán)保？
魔猴君 行業(yè)資訊 3476天前
全國兩會前夕，工信部正式發(fā)布《國家增材制造產業(yè)發(fā)展推進計劃（2015-2016年）》（以下簡稱《推進計劃》）。該計劃提出，3d打印的發(fā)展目標為：到2016年，我國將初步建立較為完善的增材制造（俗稱“3d打印”）產業(yè)體系，整體技術水平保持與國際同步。
首份“國家計劃”，令國內3d打印行業(yè)歡欣鼓舞，同樣“笑”了的還有環(huán)保行業(yè)。日前，tct亞洲峰會首次在上海舉行，會上所展出的3d打印技術，也預示著這項高新技術與環(huán)保產業(yè)的融合愈加密切。
國家計劃對標國際水平
《推進計劃》要求，在產業(yè)化方面，3d打印產業(yè)銷售收入要實現(xiàn)年均增速30%以上的快速增長，形成兩三家具有較強國際競爭力的3d打印企業(yè)。在行業(yè)應用上，3d打印要成為航空航天等高端裝備制造及修復領域的重要技術手段，初步成為產品研發(fā)設計、創(chuàng)新創(chuàng)意及個性化產品的實現(xiàn)手段，以及新藥研發(fā)、臨床診斷與治療的工具，在全國形成一批應用示范中心或基地。
在世界3d打印技術產業(yè)聯(lián)盟秘書長羅軍看來：“該《推進計劃》對3d打印行業(yè)最主要的影響是增加了大家的信心，之前3d打印都是民間自發(fā)推動，現(xiàn)在上升到了政府層面，表達了政府高層及產業(yè)主管部門對3d打印行業(yè)的認可和重視。”
一直以來，3d打印材料被視為產業(yè)瓶頸之一。為此，《推進計劃》鼓勵優(yōu)勢材料生產企業(yè)從事3d打印專用材料研發(fā)和生產，針對航空航天、汽車、文化創(chuàng)意、生物醫(yī)療等領域的重大需求，突破一批3d打印專用材料。到2016年，基本實現(xiàn)鈦合金、高強鋼、部分耐高溫高強度工程塑料等專用材料的自主生產，滿足產業(yè)發(fā)展和應用的需求。
羅軍表示，在材料領域，將有更多企業(yè)介入，材料種類將顯著增加，成本在未來三五年可能大幅下降。
同時，《推進計劃》提出將大力推進應用示范，包括著重解決金屬材料3d打印在航空航天領域應用問題，在具備條件的情況下，在國防軍工其他領域予以擴展；以及完善個性化3d打印醫(yī)療器械在產品分類、臨床驗證、產品注冊、市場準入等方面的政策法規(guī)。
對行業(yè)企業(yè)而言，這份國家計劃期盼已久?！斑@份政策層面的指導性文件，超出我們的預期，足以看到了國家對3d行業(yè)的重視。雖然具體怎么落實，如何推進等細節(jié)問題還看不出，但有一點很明顯：3d行業(yè)在未來制造行業(yè)具有不可取代的作用?！眹H3d打印巨頭stratasys大中華區(qū)總經理汪祥艮先生表示，在制造領域的價值未來潛力很明確，尤其提到航空航天、軍工、汽車制造、醫(yī)療等領域，符合行業(yè)應用的未來趨勢。
傳統(tǒng)制造業(yè)往往是污染和浪費的代名詞，而3d打印則能有效地減少制作過程中所產生的垃圾和二氧化碳，從而給環(huán)境帶來積極的影響。
3d打印，如何讓制造領域更加環(huán)保？美國密歇根教授約書亞?皮爾斯日前發(fā)布的一份報告稱，3d打印直接應用于制造領域不僅便宜，也更環(huán)保。他發(fā)現(xiàn)，一個基本的3d打印機制作的項目比用傳統(tǒng)工藝生產要減少41％-64％的能量，同時還可以節(jié)省原材料的使用，比如有些模具用傳統(tǒng)工藝生產通常是實心的，而3d打印可以制造出部分甚至完全中空的模具。
“這種生產方式使用的材料幾乎沒有浪費，既節(jié)省成本，又帶來環(huán)境效益；還能夠實現(xiàn)產品生產本土化，減少運輸需求，客戶只需為‘制圖’付費，并在當?shù)卮蛴〕鲂枰漠a品，這樣便減少了長途運輸需求及溫室氣體排放?！痹趖mt展覽會上，stratasys展臺前的技術人員向觀眾演示說。
記者看到，stratasys的工作人員演示將計算機上的三維圖像數(shù)據發(fā)送至3d打印機：把計算機里的三維圖像直接“打印”制作成實物，這就是3d打印機的功能。它與普通打印機工作原理基本相同，打印機內裝有液體或粉末等“打印材料”，與電腦連接后，通過電腦控制把“打印材料”一層層疊加起來，最終把計算機上的藍圖變成實物。整個生產制作過程有點像搭積木：材料逐層添加，直至最終成型。
2014年4月，上海盈創(chuàng)裝飾公司，在位于上海的張江高新青浦園區(qū)內打印了10幢一至兩層的毛坯新房。整個打印過程，只需要一張圖紙、一臺電腦、就地取材制造的足夠“油墨”，就可以在24小時內打印出10幢200平方米建筑。
時隔不到一年，上海盈創(chuàng)裝飾公司的這項技術更加成熟，并且有了新的作品。近期，在江蘇省一個工業(yè)園區(qū)內展出一幢五層高樓，這是該公司使用3d打印機建造出的世界首套3d打印別墅，也是迄今為止最高的3d打印樓房。打印出這些樓房的打印機高21英尺(約6.4米)，寬32英尺(約9.8米)，長500英尺(約152.4米)。
值得關注的是，打印耗材主要是可回收建筑垃圾、玻璃、鋼筋以及水泥等?！?d打印房屋的優(yōu)勢，首先就是成本大幅降低?！庇瘎?chuàng)裝飾董事長馬義介紹稱，目前打印一套房子成本要10萬英鎊(近100萬元人民幣)，雖然不菲，但比同樣的普通建造的房子便宜了很多。
另外在環(huán)保方面，建筑行業(yè)普遍存在碳排放量過高的情況，但是使用3d打印技術，廢料、垃圾等都可以循環(huán)再利用。另外，3d打印建筑還減少了建筑工人接觸有害材料的危險。
業(yè)內認為，3d打印建筑的環(huán)保意義不小，因為過程中不產生任何揚塵和建筑垃圾，可節(jié)約建筑材料30%至60%，工期縮短50%至70%，建筑成本可至少節(jié)省50%以上，還可以將城市所有建筑垃圾經過處理回收到建筑中去，使建筑更加環(huán)保、節(jié)能、耐久。
“未來這項新的3d打印建筑技術還將繼續(xù)優(yōu)化，朝著更干凈、更簡單、噪音更小的方向發(fā)展。”馬義表示。
廢舊塑料攀上高新技術
當下，塑料是最普及的打印材料，隨著3d打印高新技術的普及，廢舊塑料迎來新的發(fā)展空間。
“相較于其他原料來說，塑料的各項參數(shù)較為符合三維打印技術，同時塑料的可塑性較高，比其他類型的原料更容易操作，所以現(xiàn)在很多采用3d打印的模型都是用的這種原料?！绷_軍分析認為，就目前情況來說，3d打印技術如果采取專業(yè)生產的塑料，可能將會耗費較多費用。而來自世界各國的專家研究發(fā)現(xiàn)，將廢舊塑料重新利用也可以達到同樣的打印效果。
攀上現(xiàn)代化的3d打印技術，廢塑料有望在高新技術行業(yè)發(fā)揮巨大作用。廢舊塑料成為打印材料，不僅為我國印刷行業(yè)提供了新的材料，還避免了原來處理塑料的金錢。對于那些生產型企業(yè)來說，也能從廢舊塑料獲取一些額外的利潤，可謂一舉多得。
由于3d印刷基本都是按需取材，使用的材料主要有塑料長絲、金屬粉末或碳纖維等，甚至還有一些采用熔融沉積造型技術的打印機可利用可降解塑料來進行生產，因此大大減少了材料浪費。除此之外，3d印刷技術可以讓人們更方便地生產出替代零件，從而延長整個產品的使用壽命，避免其在出現(xiàn)零件故障的時候就被扔掉。
“以前很多產品都需要跨越千山萬水才能到達最終目的地。而有了3d印刷技術之后，這些產品的生產和裝備工作都可以在當?shù)赝瓿伞Ｈ藗冎恍枰\輸原材料就可以了，而且這些原材料所占的空間要遠遠小于成品。”羅軍指出。
但也有研究表明，3d打印機本身也存在著一些不夠環(huán)保的因素。比如一臺3d打印機，通常會浪費40%-45%的墨水。如果打印機用完后沒有及時關閉，也會耗掉比平時更多的電。隨著3d打印機的普及，打印機制造商也應該想辦法如何解決這些問題。
有專家認為，3d打印環(huán)保便捷、利國利民，國家出臺《推進計劃》預示著3d產業(yè)將迎來高速發(fā)展，但行業(yè)內的實施細則還需研究，同時還需要加強人才培養(yǎng)和引進，加大資源利用的研究力度，讓更多的原材料加入進來，變廢為寶，實現(xiàn)再生資源的循環(huán)利用。（本文來源：解放日報）
首份“國家計劃”，令國內3d打印行業(yè)歡欣鼓舞，同樣“笑”了的還有環(huán)保行業(yè)。日前，tct亞洲峰會首次在上海舉行，會上所展出的3d打印技術，也預示著這項高新技術與環(huán)保產業(yè)的融合愈加密切。
國家計劃對標國際水平
《推進計劃》要求，在產業(yè)化方面，3d打印產業(yè)銷售收入要實現(xiàn)年均增速30%以上的快速增長，形成兩三家具有較強國際競爭力的3d打印企業(yè)。在行業(yè)應用上，3d打印要成為航空航天等高端裝備制造及修復領域的重要技術手段，初步成為產品研發(fā)設計、創(chuàng)新創(chuàng)意及個性化產品的實現(xiàn)手段，以及新藥研發(fā)、臨床診斷與治療的工具，在全國形成一批應用示范中心或基地。
在世界3d打印技術產業(yè)聯(lián)盟秘書長羅軍看來：“該《推進計劃》對3d打印行業(yè)最主要的影響是增加了大家的信心，之前3d打印都是民間自發(fā)推動，現(xiàn)在上升到了政府層面，表達了政府高層及產業(yè)主管部門對3d打印行業(yè)的認可和重視。”
一直以來，3d打印材料被視為產業(yè)瓶頸之一。為此，《推進計劃》鼓勵優(yōu)勢材料生產企業(yè)從事3d打印專用材料研發(fā)和生產，針對航空航天、汽車、文化創(chuàng)意、生物醫(yī)療等領域的重大需求，突破一批3d打印專用材料。到2016年，基本實現(xiàn)鈦合金、高強鋼、部分耐高溫高強度工程塑料等專用材料的自主生產，滿足產業(yè)發(fā)展和應用的需求。
羅軍表示，在材料領域，將有更多企業(yè)介入，材料種類將顯著增加，成本在未來三五年可能大幅下降。
同時，《推進計劃》提出將大力推進應用示范，包括著重解決金屬材料3d打印在航空航天領域應用問題，在具備條件的情況下，在國防軍工其他領域予以擴展；以及完善個性化3d打印醫(yī)療器械在產品分類、臨床驗證、產品注冊、市場準入等方面的政策法規(guī)。
對行業(yè)企業(yè)而言，這份國家計劃期盼已久?！斑@份政策層面的指導性文件，超出我們的預期，足以看到了國家對3d行業(yè)的重視。雖然具體怎么落實，如何推進等細節(jié)問題還看不出，但有一點很明顯：3d行業(yè)在未來制造行業(yè)具有不可取代的作用?！眹H3d打印巨頭stratasys大中華區(qū)總經理汪祥艮先生表示，在制造領域的價值未來潛力很明確，尤其提到航空航天、軍工、汽車制造、醫(yī)療等領域，符合行業(yè)應用的未來趨勢。
3d打印減少碳排放
傳統(tǒng)制造業(yè)往往是污染和浪費的代名詞，而3d打印則能有效地減少制作過程中所產生的垃圾和二氧化碳，從而給環(huán)境帶來積極的影響。
3d打印，如何讓制造領域更加環(huán)保？美國密歇根教授約書亞?皮爾斯日前發(fā)布的一份報告稱，3d打印直接應用于制造領域不僅便宜，也更環(huán)保。他發(fā)現(xiàn)，一個基本的3d打印機制作的項目比用傳統(tǒng)工藝生產要減少41％-64％的能量，同時還可以節(jié)省原材料的使用，比如有些模具用傳統(tǒng)工藝生產通常是實心的，而3d打印可以制造出部分甚至完全中空的模具。
“這種生產方式使用的材料幾乎沒有浪費，既節(jié)省成本，又帶來環(huán)境效益；還能夠實現(xiàn)產品生產本土化，減少運輸需求，客戶只需為‘制圖’付費，并在當?shù)卮蛴〕鲂枰漠a品，這樣便減少了長途運輸需求及溫室氣體排放?！痹趖mt展覽會上，stratasys展臺前的技術人員向觀眾演示說。
記者看到，stratasys的工作人員演示將計算機上的三維圖像數(shù)據發(fā)送至3d打印機：把計算機里的三維圖像直接“打印”制作成實物，這就是3d打印機的功能。它與普通打印機工作原理基本相同，打印機內裝有液體或粉末等“打印材料”，與電腦連接后，通過電腦控制把“打印材料”一層層疊加起來，最終把計算機上的藍圖變成實物。整個生產制作過程有點像搭積木：材料逐層添加，直至最終成型。
據介紹，stratasys現(xiàn)在生產的3d打印機主要應用于設計研發(fā)與快速制造?！昂荛L一段時間內，3d打印機主要應用于設計研發(fā)，但隨著技術的成熟、成本的降低，越來越多的領域開始應用3d打印技術直接進行終端產品的制造?！蹦壳?，stratasys為各行各業(yè)提供3d打印解決方案、優(yōu)化傳統(tǒng)制造流程，客戶包括航空航天、汽車、醫(yī)療與牙科，到教育、日用消費品與消費類電子等領域。此次展會上，stratasys展出了其全系列3d打印機產品――靈感系列、創(chuàng)造系列、制造系列和牙科系列，以及業(yè)內最廣泛的3d打印材料。
能否引領建筑環(huán)保風
當3d打印迎來大發(fā)展，廢舊行業(yè)也已蓄勢待發(fā)。2014年4月，上海盈創(chuàng)裝飾公司，在位于上海的張江高新青浦園區(qū)內打印了10幢一至兩層的毛坯新房。整個打印過程，只需要一張圖紙、一臺電腦、就地取材制造的足夠“油墨”，就可以在24小時內打印出10幢200平方米建筑。
時隔不到一年，上海盈創(chuàng)裝飾公司的這項技術更加成熟，并且有了新的作品。近期，在江蘇省一個工業(yè)園區(qū)內展出一幢五層高樓，這是該公司使用3d打印機建造出的世界首套3d打印別墅，也是迄今為止最高的3d打印樓房。打印出這些樓房的打印機高21英尺(約6.4米)，寬32英尺(約9.8米)，長500英尺(約152.4米)。
值得關注的是，打印耗材主要是可回收建筑垃圾、玻璃、鋼筋以及水泥等?！?d打印房屋的優(yōu)勢，首先就是成本大幅降低?！庇瘎?chuàng)裝飾董事長馬義介紹稱，目前打印一套房子成本要10萬英鎊(近100萬元人民幣)，雖然不菲，但比同樣的普通建造的房子便宜了很多。
另外在環(huán)保方面，建筑行業(yè)普遍存在碳排放量過高的情況，但是使用3d打印技術，廢料、垃圾等都可以循環(huán)再利用。另外，3d打印建筑還減少了建筑工人接觸有害材料的危險。
業(yè)內認為，3d打印建筑的環(huán)保意義不小，因為過程中不產生任何揚塵和建筑垃圾，可節(jié)約建筑材料30%至60%，工期縮短50%至70%，建筑成本可至少節(jié)省50%以上，還可以將城市所有建筑垃圾經過處理回收到建筑中去，使建筑更加環(huán)保、節(jié)能、耐久。
“未來這項新的3d打印建筑技術還將繼續(xù)優(yōu)化，朝著更干凈、更簡單、噪音更小的方向發(fā)展。”馬義表示。
廢舊塑料攀上高新技術
當下，塑料是最普及的打印材料，隨著3d打印高新技術的普及，廢舊塑料迎來新的發(fā)展空間。
“相較于其他原料來說，塑料的各項參數(shù)較為符合三維打印技術，同時塑料的可塑性較高，比其他類型的原料更容易操作，所以現(xiàn)在很多采用3d打印的模型都是用的這種原料?！绷_軍分析認為，就目前情況來說，3d打印技術如果采取專業(yè)生產的塑料，可能將會耗費較多費用。而來自世界各國的專家研究發(fā)現(xiàn)，將廢舊塑料重新利用也可以達到同樣的打印效果。
攀上現(xiàn)代化的3d打印技術，廢塑料有望在高新技術行業(yè)發(fā)揮巨大作用。廢舊塑料成為打印材料，不僅為我國印刷行業(yè)提供了新的材料，還避免了原來處理塑料的金錢。對于那些生產型企業(yè)來說，也能從廢舊塑料獲取一些額外的利潤，可謂一舉多得。
由于3d印刷基本都是按需取材，使用的材料主要有塑料長絲、金屬粉末或碳纖維等，甚至還有一些采用熔融沉積造型技術的打印機可利用可降解塑料來進行生產，因此大大減少了材料浪費。除此之外，3d印刷技術可以讓人們更方便地生產出替代零件，從而延長整個產品的使用壽命，避免其在出現(xiàn)零件故障的時候就被扔掉。
“以前很多產品都需要跨越千山萬水才能到達最終目的地。而有了3d印刷技術之后，這些產品的生產和裝備工作都可以在當?shù)赝瓿伞Ｈ藗冎恍枰\輸原材料就可以了，而且這些原材料所占的空間要遠遠小于成品。”羅軍指出。
但也有研究表明，3d打印機本身也存在著一些不夠環(huán)保的因素。比如一臺3d打印機，通常會浪費40%-45%的墨水。如果打印機用完后沒有及時關閉，也會耗掉比平時更多的電。隨著3d打印機的普及，打印機制造商也應該想辦法如何解決這些問題。
有專家認為，3d打印環(huán)保便捷、利國利民，國家出臺《推進計劃》預示著3d產業(yè)將迎來高速發(fā)展，但行業(yè)內的實施細則還需研究，同時還需要加強人才培養(yǎng)和引進，加大資源利用的研究力度，讓更多的原材料加入進來，變廢為寶，實現(xiàn)再生資源的循環(huán)利用。（本文來源：解放日報）
