2018 TCT 应用篇
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3D打印的未来在工业应用，在产品的直接制造。此次TCT展会与往年相比，最大的不同之处还在于桌面机数量锐减，国内大型工业设备陆续登场，以及航空航天、医疗、汽车、模具等行业对3D打印应用的明显进展。作为TCT最后一篇内容，笔者本期列举3D打印的应用。改日，笔者会另发一篇关于当前市场变化的文章，期待大家关注。
一. 航空航天、军工、卫星
行业诉求：
1. 缩短研发周期；
2. 减少零件数量，制造复杂结构零件；
3. 提高原材料利用率，降低生成成本；
4. 可有效实现零件轻量化，减少航空组件重量。
3D打印解决方案：
1. 无需复杂传统加工程序或任何模具，直接将概念设计转化成实体，缩短外形验证及功能性验证周期，提高研发效率；
2. 加工过程不受零件复杂程度影响，轻松实现复杂结构零件制造；
3. 与传统工业相比，3D打印可以整合多个零件，变成一个功能零件，节约原材料，显著降低制造、组装成本；
4. 可优化复杂零部件的结构，减轻零件重量，轻松实现航空组件轻量化。
举例：
航空喷嘴
传统方法是将几个零件合并成一个，3D打印实现一次成型，并优化了内部冷却流道，提升了冷却性能。
观测卫星天线支架
传统的观测卫星天线支架由几个独立的部分通过柳钉结合，重量大、发射成本高。通过拓补结构优化和3D打印，天线支架减轻了40%的重量，比最低要求强度提高了30%，降低了系统成本和燃料消耗，并顺利完成静动态测试和可靠性测试，成为航天认证产品。
喷油嘴
某型号航空发动机3D打印喷油嘴，将零件数量减至1个，改善了喷油嘴容易过热问题，同时提高了燃油效率及喷嘴使用寿命，提高发动机的综合性能。
二. 汽车
行业诉求：
1. 缩短研发周期
2. 制造复杂零件
3. 降低成本
3D打印解决方案：
1. 从概念模型到功能原型，可用来完成测试和设计验证；
2. 灵活制造，特别适合复杂组件、复杂管道及薄壁件的制作；
3. 不需任何额外工具，无需铸造、压铸，缩短开发时间，大大降低开发成本。
举例：
功能零件制造
为了防止燃油泄漏产生意外，须保证各个喷油器支座之间的间距相等；如采用传统铣削工艺来制作，一是加工难度大，需要五轴数控铣床才能加工出来，其次是铣削量较大，材料利用率不高；采用3D打印技术既可提高材料的利用率，又能实现轻量化设计后复杂结构的生产要求。
轻量化制造
汽车减重对于减少油耗，增加操控性和安全性具有重要意义，铸造技术已经在工业产品生产中使用了数百年，结合3D打印可以实现该目的。通过设计优化、铸造模拟、疲劳分析和3D打印技术的结合，使汽车轮毂支架减重达到80%，强度增加数倍，驾驶性能得到更高提升。
原型设计
3D打印用于实验模型和功能原型的制作，可实现快速修改设计方案并反复大量迭代。在确保原型产品设计质量的同时，大大缩短产品设计和原型开发所需的时间，提高研发效率。
三. 医疗
行业诉求：
1. 根据患者特点量身定制；
2. 能够实现高效定制，缩短手术时间，降低手术风险；
3. 提高人体力学适配和生产融合度。
3D打印解决方案：
1. 根据个体特点建立模型，高精度打印确保与患者病灶完美匹配；
2. 通过3D打印，快速高效地实现验证、手术，提高治愈率；
3. 可制造骨小梁、多空结构，改善假体与骨骼力学适配，加速组织融合假体。
4. 减少制造环节，一次成型，大幅提高效率及成本。
举例：
植入体
钛合金全髋关节假体，3D打印轻量化桁架结构可提供足够的力学强度，轻量化效果可减少病人的负担，同时促进肌肉、骨骼等组织的增长。
医疗术前模拟产品
利用不同颜色，不同质感的材料固化成型，模拟人体不同的部位，以此区隔，在手术前或教学中给到医生参考，提高手术成功率。
齿科
齿科可以实现最大程度的定制化，多种独特结构轻松实现，相比传统手段制造环节更少，加工时间更短，精度更高，成本更低，更好的适应个性化需求。
四. 模具
行业诉求：
1. 缩短注塑冷却时间，提高脱模效率；
2. 解决冷却过程中不能有效控制模具温度，导致模具内部温度不均造成的产品变形问题；
3. 缩短模具研发周期及制造成本。
3D打印解决方案：
1. 直接打印出的含随形水路的模具，冷却水路可更好贴近注塑产品，三热面广，有效降低冷却周期，生产效率提高35%以上；
2. 随形冷却使模具温度分布均匀，有效防止产品翘曲变形，开裂飞边，气泡砂眼等产品缺陷；
3. 实现设计的无限性、较少的人工参与、模具制作周期大大缩短，多个环节降低成本。
举例：
注塑产品
该模具传统注塑周期须59s，顶部无冷却造成装配孔薄壁变形、飞边、脱模困难，成品率只有86%；使用3D打印随形水路后，注塑周期减至38s，装配孔和薄壁变形得到控制，飞边、脱模困难现象基本消失，成品率达到95%。
轮胎模具
轮胎模具的加工精密程度直接影响到轮胎的精度和质量，甚至是轮胎的安全和驾驶的舒适度。轮胎的温度具有角度多、弧度多等特点，传统加工难以精准完成。 3D打印可完成传统机加工难以实现的形状和复杂度，可参与制造更复杂、更大抓地力和稳定性的高附加值轮胎；而其快速制造的特点使交货周期缩短了2/3，更快研制新模具新纹路，免去了冲压、折弯等工艺。
五. 消费品
3D打印消费品的出现丰富了人们生活，使工业生产也变得简单容易。
AERO自行车头盔
这款轻便可定制的头盔，不仅能满足大众的审美需求，而且能满足人体工程学方面的愿望。通过3D打印，可为每个用户量身定制，更重要的，这款头盔打印完成可以直接使用。
逼真玩偶与教学工具
利用不同材质、不同的工艺技术，将学生想象和设计出的产品变成最终可以实际摸到、可以组装和进行功能测试的模型，最终验证设计的可行性。
3D打印鞋类
鞋底以鸟类骨骼为灵感，拥有类似鸟类骨骼的参数化支撑结构，通过3D打印技术来制造，与仿生形态相结合实现了轻量、透气、软弹等一系列特性。
总结
由于篇幅所限，笔者仅列举主要的应用领域和案例，3D打印应用于垂直领域才刚刚开始，还有很长的路要走，需要更多的专业人士参与。纵观此次展会，实际的应用案例正在增多，可以说，应用的发力已经显现。笔者用心总结，若值得一用，请给于笔者积极赞赏。
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原文始发于微信公众号（3D打印技术参考）：2018 TCT 应用篇