3D打印引领数字化智造

作者: admin 分类: 科技 发布时间: 2019-05-23 11:25

  20多年前,3D打印技术在麻省理工学院诞生,随着数字化技术不断发展,如今,3D打印技术已经被广泛应用,去年首飞成功的中国新一代重型军用运输机运-20在研制过程中就使用了这项技术;放眼世界,比利时的工程师利用3D打印机制造了一辆全尺寸赛车,名为阿里翁,最高时速可达到141公里;最近,美国海军利用3D打印技术在航空母舰上成功修复了受损鹞式战斗机。

  3D打印属于快速成型技术的一种,它以数字模型文件为基础,运用粉末状金属或塑料等可粘合材料,通过逐层打印的方式来构造物体的技术,常用在模具制造、工业设计等领域。

  位于上海的3D打印技术创新中心正在着手进行医药生物方面的研究,希望凭借自己的研究成果引发一场新的医疗革命,中心副主任路滕新手持一份人体器官模型介绍说:

  这是我们给上海第五人民医院整复外科制作的一个真实的病人案例,病人拿到自己的模型之后也非常直观地了解,医生和病人直接的沟通非常直观,不用像以前拿一个CT片解释。

  除了让医患间的沟通变得愈加清晰和顺畅,应用3D打印技术,还有利于医生与患者进行更好的术前分析和规划,降低手术风险。工程师李明表示:

  通过打印出来的模型,医生能更清楚地了解患者病变的位置,模拟地实行手术预案。

  目前,由创新中心自主研制的3D植牙技术已经开始投入临床,未来,创新中心将在医院寻求更多的产业研发合作,路滕新认为:

  我相信,可能在不久的将来,在医院里面像影像科一样,将会有一个3D打印的科室,会有一个这样的转换过程

  在北京,不久前,年仅12岁的男孩明浩罹患颈椎恶性肿瘤,病变的位置在颈椎的第二节,医学上称为枢椎,属于人体的中枢神经系统。如果不手术,他随时可能会出现不可逆的脊髓损伤,导致瘫痪、呼吸骤停等危险。要救明浩,就要切除病变的枢椎,再植入替代的假体。而这次植入明浩身体的内植物是通过3D技术制作出来的,北京大学第三医院骨科主任刘忠军表示:

  (以前)我们用一个钛网,里面填充一些骨质,把它架到第一颈椎和第三颈椎之间,利用钛网上面的孔洞拧个小螺钉上下连接一下,但是这个固定只能起个支撑作用,不太牢靠,抗旋转、抗各种屈曲的能力都很弱。

  多年来,为了改进这个技术,刘忠军想了不少办法,不过始终没有大的进展。当3D打印技术出现后,刘忠军有了想法。

  用3D打印,我们完全可以按照枢椎的形态做个类似的,然后把它放到原来的地方去做支撑,那它就牢固多了。

  经过5个小时,明浩的手术顺利完成。术后第5天,他从重症监护病房转到普通病房,术后12天,就可以戴着支具下地行走,目前,明浩已经康复出院。

  3D打印的孔隙金属的人工枢椎作为骨科脊柱外科的内植物来完成脊柱治疗以后的稳定性重建,这还是世界首例。

  那么,植入到明浩体内的人工枢椎是怎么制造出来的呢?首先,医生将明浩的CT数据传给制造企业,工程人员再将数据通过软件分析、重建成为三维立体图形。北京爱康宜诚医疗器材公司研发中心主任王彩梅介绍说:

  我们首先要识别哪个地方是有病变的,最终我们把这个骨骼信息以及病变的组织提取出来,在它的基础上进行假体的设计。

  设计完成后,将数据传输到计算机中,技术人员把钛合金粉放入锻造箱里,锻造箱中通过6万伏高压的电极丝一层层锻造,最终形成形态各异、个性化的内植物。目前,虽然3D打印机和原材料都是进口的,但是人工椎体的设计和制造都是中国企业自己研发的。北京爱康宜诚医疗器材公司总经理李志疆表示:

  由于国外厂商他们在技术沉淀方面有了很多年的积累,有品牌,也拉高了产品的价格。对于我们中国企业来讲,追赶是很难的,但是我们正像互联网技术一样,现在新的技术来了,我们一定要抓住这个新的机会迎头赶上去,实现弯道超车。

  通过3D打印技术,汽车配件、灯罩,甚至小提琴都可以被制造出来,其精细程度也普遍超过传统的工业生产水平。此外,最为难得的是3D打印技术大大降低了个性化产品的定制成本。以往,工业企业每生产一种产品,都需要先生产模具,再进行铸造,如果产品无法量产,成本将居高不下。在运用3D打印技术后,每一件产品都可以是不同的,生产企业不再需要制造模具,便可以为客户提供独家定制的产品;从环境角度来看,3D打印技术通过粉末材料一层一层粘合直接成型,每一个颗粒都能成为产品的一部分,不会产生废料、废渣,对周围的环境零排放,既环保又高效。

  更为重要的是,在产品的设计、加工过程中,顾客与设计者可以随时面对面地交流,不需要管理者、工人,从而大大减少了人力资源成本。

  贵州华烽汽车零部件公司正在进行一批零部件的功能测试,与以往不同,这批零部件是用3D技术打印出来的。总经理助理李家俊表示:

  我做一个小批的测试,性能满足的情况下我就去开模,如果不满足,我还可以调整尺寸去3D打印再来试,这个成本也就几十块钱。

  据介绍,3D打印技术不仅改变了这家工厂的传统生产制造方式,而且直接缩短了他们的前期研发时间,为后期迅速抢占市场打下基础。李家俊表示:

  今天我提出数据要求,设计好数据,转给3D打印中心,马上就可以打出快速成型件,就可以得到实物,我们就可以马上进行验证。今年用3D做了五六次,为(前期投入)减少了六七十万元。

  业内人士普遍表示,3D打印技术使制造业的小批量生产变得更方便、划算,组织也更灵活,劳动投入更少;应用对象几乎可以是任何行业;目前,在医学、雕塑艺术、制造业,3D打印已变得越来越流行;也有很多人认为,以3D打印为代表的数字制造技术将引领第三次工业革命。对此,中国航天科技集团总工程师杨海成表示:

  3D打印是在数字化、网络化、智能化等新一代信息技术下的制造模式、技术和体系,将会对整个制造业带来颠覆性的影响,这种影响可以从软件、材料、机械、控制等多个方面来对整个制造业产生深刻的变革。3D打印可以为中国产业结构升级和发展方式转变提供支撑,由以前的大规模制造模式变成个性化定制的高级创新模式,由原来的生产型制造转换成专业型的创新服务模式。未来的3D打印制造的装备应该讲是无所不在的,因特网在哪儿,这些设备就可以在哪儿,在哪儿有需求就可以在哪儿有生产。

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