增材制造技术与3D打印的关系

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3D打印-增材制造,本身就是一个包含多学科知识的范畴,通过ACAM作为亚琛的门户,提供跨界整合解决方案。亚琛在全球增材制造领域做出了突出贡献,其中亚琛工业大学参与的ProCloud3D入选中国科技部和德国教育研究部资助的两个项目,成为工业4.0强大愿景的组成要素。

本期,结合亚琛工业大学数字增材制造学院院长兼ACAM亚琛工业增材制造中心主席Johannes Schleifenbaum教授提供的亚琛增材制造愿景,3D科学谷特别与顾友分享了3D打印发展的关键要素以及增材制造将如何对未来产生深远影响。

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ACAM驾驭复杂的增材制造。

马岳龙

根据ACAM亚琛增材制造中心的说法,ACAM亚琛增材制造中心对多功能材料增材制造的愿景是材料和技术的无限结合,最终目标是点击式生产。ACAM亚琛增材制造中心定义,实现这一愿景的先进流程包括五个梯度。目前世界大部分发展还停留在0级的水平。0级是功能性增材制造工艺,1级是可预测的增材制造工艺,2级是自动化增材制造工艺,3级是包括预处理和后处理的全自动化增材制造工艺,4级是不同制造工艺的集成和全自动化组合。

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数字化、网络化与可持续发展

数字化、网络化和可持续发展的主题在亚琛增材制造中心的使命宣言中占有重要地位。ACAM如何看待这些因素在增材制造中的作用?

首先,从合作网络来看,ACAM作为一个经典的工业研发中心;d网络中心,具有向业界提供某些课题和研究重点的功能。ACAM通过全面紧密的合作,将知识转化为产业化,并最终转化为价值创造。

3D打印是一项具有鲜明数字化特征的技术,这意味着增材制造改变产品的方式是必不可少的,不仅可以实现个性化,还可以实现功能化制造。通过增材制造,行业可以获得复杂的零部件,而不必承担快速上市的额外成本。意味着可以减轻复杂度,可以进行外观的拓扑优化,可以进行多种功能的结构集成设计。这就是增材制造的妙处,也是大家如此感兴趣的原因。这将把我们当前这个因制造技术而妥协设计的时代,推向一个充满想象和无限可能的新未来。

增材制造改变了制造逻辑。一般来说,同样的产品,制造的越多,产品的单位成本越低。对于增材制造,单位成本和产量的相关性是独立的,这是考虑可扩展性时要考虑的因素。

另一方面,关于产品的复杂程度,当使用传统制造技术制造零件时,产品越复杂,成本就会越高,行业需要昂贵的投资(包括新的模具甚至新的设备)。对于增材制造来说,零件的复杂程度与成本的相关性是独立的,零件几何形状的复杂程度通常不会带来额外的制造成本。

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人工赋能3D打印

3D科学谷白皮书

就数字化而言,需要强调的是,这个数字化过程没有确定的终点。增材制造数字化的一个关键方面是从时间驱动到事件驱动的操作转变:例如,预测性维护从固定的维护间隔转变为基于数据的机器状态分析。这是因为增材制造天然具有数字化的属性,数字化必然会在增材制造领域发挥深度作用。从某种意义上说,3D打印-增材制造是真正意义上的数字化的孪生兄弟,将人类带向可持续发展。(延伸阅读:欧洲5G I

3D打印将生产过剩提升为需求驱动的生产,这关乎数字化的净经济效益。到现在,人类已经有能力简单地拥有产品,但是很多产品是以废品的形式存在的。今天大部分商品的利用率都不高,那么显而易见的就是提高使用效率。

增材制造将引领制造技术发展到以前难以融合的两个方向,一个方向就可以了。

扩展性,一个方向是个性化。这是我们面临的挑战,如何能够以经济的价格通过3D打印技术生产质量可靠的单个或批量产品,这是发展方向,更需要多方面的努力。

正是因为全世界范围内认同了增材制造前景,增材制造将创造新的未来可能性和产业前景,所以世界范围内出现对增材制造大量的投资。市场发展了很多,不同的机构预测的数据各有差异,虽然短期受疫情的影响,市场发展会受到影响,但是这不影响长期的发展趋势,这项技术还将带来很多的改变,包括使得制造更加离散化、并催生新的商业模式。

3D打印带来的数字化让人类第一次真正能够产生真正的经济净收益的门槛:通过将客户行为与生产者行为同步。以需求为导向,从生产过剩转向需求驱动的生产。ACAM亚琛增材制造中心看到了使用可个性化、灵活的流程来补充已建立的流程的愿景,以尽可能减少当前人类浪费资源的方式。很简单,人类有责任考虑如何节约资源。(延伸阅读:Fraunhofer的futureAM – 下一代增材制造大幅提升3D打印经济效益)

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futureAM

增材制造并非仅仅是科研院所的工具

2011 年,当时《经济学人》在3D打印的可演奏小提琴上刊登了封面故事。标题是“将改变世界的制造技术”。许多人当时得出的结论是,我们很快就会打印出所有东西,甚至3D打印机也会打印出3D打印机本身,当然,结果并非如此,但这个故事甚至引起了那些从商业案例角度思考的人的关注。

与此同时,当然3D打印的发展也有逆风,特别是考虑到传统制造行业对3D打印技术的接纳程度。许多设计师已经接受了数十年的培训,已经习惯于在传统制造系统中进行思考和设计。现在告诉他们:你 30 年来所做的很好,但现在已经结束了。这是令人难以接受的事情。

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创成式设计

3D科学谷白皮书

设计是很重要的,业界必须要想想新的设计思路,必须要重视设计。这是增材制造的关键,业界需要设计的是新的产品,新的设计思路将启发业界思考如何实现功能集成,如何实现减重,甚至可以通过新的算法来自动实现设计,拿这个基于算法的点阵建模过程来说,可以通过算法在业界需要更高的强度的时候实现更强结构的点阵,在需要更轻量化的时候获得更简洁的点阵,这使得设计变得轻松,消除了大量体力性质的建模过程,设计师只需要输入约束条件,大量的建模工作由计算机自动完成,从而实现更快更轻松的设计迭代。

亚琛Fraunhofer ILT

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