以改性塑料为耗材的3D打印材料将迎大量发展机遇
2017-06-14 17:25:01.0 来源:网络 责编:???
- 摘要:
- 2017年5月22日,马来西亚马印航空完成了波音737MAX8的首次商业飞行,开启单通道飞机市场的新时代。
与此同时,美国通用电气公司(下称“GE”)航空总部的工程师们仍在埋头研究3D打印技术。就在这之前,他们用3D打印机“打印”出的19个燃油喷嘴被安装到了737MAX的LEAP-1B引擎中,这一技术代表着迄今为止增材制造(即3D打印)在航空工业最具标志性的应用。来不及庆祝,他们又踏上了新的征途。此前,GE相关负责人曾表示,到2020年,3D打印的航空发动机燃料喷嘴将达到4万个。
在汽车领域,利用3D打印技术按需制造汽车零部件正在成为一种趋势。戴姆勒公司迄今为止3D打印的汽车零部件已经达到了780个(包括抽屉、盖层、固定条、适配器等)。下图的车载钞票收纳盒就是其中之一。
戴勒姆公司表示,采用3D打印技术的让他们在制造备用汽车部件上变得更加快速、灵活和经济,尤其是针对个别客户的需求来说。相比之下,传统的注射成型工艺就显得“臃肿”了许多,因为它不但需要开发额外的工具,而且会造成大量的材料浪费和库存堆积。
“分散式制造”趋势下的3D打印浪潮
3D打印为什么会对传统制造业造成冲击?3D打印技术公司Hubs联合创始人布拉姆·兹瓦特举了一个形象的例子:“通过在家里附近的3D打印技术公司定制商品,不一会公司就能打印出来送到你的楼下了。那么,工厂基本都会倒闭。与其把1000台机器放在同一个地方,为什么不把1000台机器放在1000个地方呢?”而戴勒姆公司负责人HartmutSchick也表示,“3D打印正在改变我们制造汽车零部件的方式,”,“要知道3D打印机通常并不大,所以我们可以轻松将其配置到全球的任何一座工厂中。而这就让我们获得了更快速回应客户需求的能力,同时也帮助我们省下了原先必需花在零部件运输方面的成本。”
布拉姆·兹瓦特提到的是“分散式制造”(DistributedManufacturing)的场景。早在2015年的达沃斯论坛上,“分散式制造”被列为最重要的技术趋势之一。根据普华永道近日公布的最新调查报告,美国国内制造商在不同程度上使用3D打印技术的占总数大约2/3,与2014年以前35%的比例相比已经大大增加,其中,56%的人认为未来3-5年内会有超过半数的同行使用3D打印。西门子公司预计,未来五年内,3D打印成本将降至五成,而速度也将提高五倍。咨询公司Gartner认为,尽管3D打印的市场份额在2015年只有16亿美元(约合人民币110.1亿元),到2018年,这个数目将达到134亿美元(约合人民币922.3亿元)。
新材料开发与优化仍是3D打印主要挑战
尽管从被过度吹捧的炒作期进入到相对成熟期,3D打印技术未来依然充满挑战。上述普华永道报告指出,受访制造商表示,3D打印技术存在的障碍有设备成本过高,缺乏专业人才和技术,最终产品质量不确定度和打印机速度等。值得一提的是,几乎同一时间,制造商认为产品质量的不确定是最大的障碍(47%),其次是缺乏专业人才和技术,然后才是成本问题。产品质量的不确定除了受到加工工艺的稳定性影响之外,根本原因还是由于现有材料还无法在大规模工业化生产中完全适应3D打印工艺的所有要求。
由于塑料材料良好的热流动性、快速冷却粘接性、较高的机械强度,在3D打印制造领域得到快速的应用和发展。塑料材料的熔融粘结特性逐步将树脂塑料用于陶瓷、玻璃、无机凝胶、纤维、金属等,成为3D打印的基础材料。可以预见,塑料类3D打印耗材的技术发展必将大大助力3D打印行业的发展,而在3D打印的浪潮中,以改性塑料为耗材的3D打印材料也必将迎来大量发展机遇。
3D打印塑料种类
不同于传统塑料材料,3D打印技术对塑料材料的性能和适用性提出了更高要求,最基本的要求是通过熔融、液化或者粉末化后具有流动性,3D打印成型后通过凝固、聚合、固化等形成具有良好的强度和特殊功能性。适合于3D打印的塑料材料有工程塑料、生物塑料、热固性塑料、光敏树脂和预聚体树脂、高分子凝胶等。结合改性塑料的行业发展,小编将主要介绍在3D打印中应用的工程塑料与生物塑料。
工程塑料:工程塑料因良好的强度、耐候性和热稳定性使其应用范围较广,尤其是用以制备工业制品,因此工程塑料成为目前应用最广泛的3D打印材料,特别是以丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)、聚酰胺(PA)、聚碳酸酯(PC)、聚苯砜(PPSF)、聚醚醚酮(PEEK)等最为常用。
生物塑料:3D打印生物塑料主要有聚乳酸(PLA)、聚对苯二甲酸乙二醇酯-1,4-环己烷二甲醇酯(PETG)、聚-羟基丁酸酯(PHB)、聚-羟基戊酸酯(PHBV)、聚丁二酸-丁二醇酯(PBS)、聚己内脂(PCL)等,具有良好的可生物降解性。由于生物塑料具有良好的流动性、快速凝固特性、不易堵喷嘴、环保型、生物相容性,在生物医疗制品的3D打印制造中得到很好的应用。
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