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通用電氣推出新型金屬3D打印系統(tǒng)

2017年11月，通用電氣（General Electric，GE）推出了一款新型金屬部件鍛造機(jī)。這是一種創(chuàng)新的金屬3D打印系統(tǒng)，但它的外觀更像是一臺(tái)超級(jí)計(jì)算機(jī)，而不是經(jīng)典的鍛造機(jī)。專(zhuān)家們表示，就像工作機(jī)在18世紀(jì)引發(fā)的第一次工業(yè)革命一樣，這種新型設(shè)備注定將在下一次工業(yè)革命中發(fā)揮關(guān)鍵作用。


增材制造（Additive Manufacturing，AM）俗稱(chēng)3D打印，融合了計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、材料加工與成形技術(shù)、以數(shù)字模型文件為基礎(chǔ)，通過(guò)軟件與數(shù)控系統(tǒng)將專(zhuān)用的金屬材料、非金屬材料以及醫(yī)用生物材料，按照擠壓、燒結(jié)、熔融、光固化、噴射等方式逐層堆積，制造出實(shí)體物品的制造技術(shù)。相對(duì)于傳統(tǒng)的、對(duì)原材料去除－切削、組裝的加工模式不同，是一種“自下而上”通過(guò)材料累加的制造方法，從無(wú)到有。這使得過(guò)去受到傳統(tǒng)制造方式的約束，而無(wú)法實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜結(jié)構(gòu)件制造變?yōu)榭赡堋?br />
在本世紀(jì)初，3D打印已經(jīng)變得非常流行，成為一種廣泛應(yīng)用于各種場(chǎng)合的技術(shù)，從原型制作到小規(guī)模制造，甚至NASA也在研究它在火星空間站建設(shè)中的應(yīng)用。但到目前為止，這些系統(tǒng)主要是以塑料聚合物作為原材料，這限制了它們的通用性。然而，新型金屬3D打印技術(shù)或者更準(zhǔn)確地說(shuō)是增材制造技術(shù)，正在興起。在《麻省理工技術(shù)評(píng)論》雜志上，這被評(píng)為2018年十大革命性技術(shù)之一。


事實(shí)上，金屬3D打印技術(shù)在20世紀(jì)80年代和90年代幾乎與塑料3D打印技術(shù)同時(shí)推出。該技術(shù)的基本原理是用激光在金屬合金粉末的機(jī)床上移動(dòng)，在精確的位置熔化粉末，形成物體的橫截面，然后根據(jù)零件的數(shù)字模型文件在截面上添加新的層。但是這項(xiàng)技術(shù)發(fā)展緩慢，因?yàn)樗男б娌蝗鐐鹘y(tǒng)的模具制造，而且在材料強(qiáng)度和部件尺寸方面略遜于傳統(tǒng)模具。

金屬3D打印行業(yè)正蓬勃發(fā)展

隨著技術(shù)的進(jìn)步，這些障礙正在慢慢消失。去年，技術(shù)的進(jìn)步導(dǎo)致了金屬3D打印的蓬勃發(fā)展。2017年10月，美國(guó)勞倫斯利弗莫爾國(guó)家實(shí)驗(yàn)室(Lawrence Livermore National Laboratory)的工程師介紹了一種增材制造系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以在不犧牲延展性的情況下，將最好的不銹鋼鑄件的強(qiáng)度提高兩倍。根據(jù)研究人員在《自然材料》雜志上發(fā)表的文章，他們的研究結(jié)果表明:“增材制造技術(shù)的靈活性可以調(diào)整微觀結(jié)構(gòu)，生產(chǎn)具有優(yōu)異性能的金屬和合金?！?br />

就零件的尺寸而言，目前的金屬打印技術(shù)還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。在德國(guó)法蘭克福舉行的FormNext交易會(huì)上，通用電氣推出了目前世界上最大的金屬的3D打印機(jī)ATLAS，它能夠制造出1米大小的部件。根據(jù)該公司介紹，他們的客戶(hù)已經(jīng)要求建造體積超過(guò)1立方米的機(jī)器，所以該公司計(jì)劃推出能夠打印出更大尺寸部件的機(jī)器。正如通用電氣負(fù)責(zé)該項(xiàng)目的穆罕默德·埃特哈米(Mohammad Ehteshami)所說(shuō)的：“該系統(tǒng)旨在為航空發(fā)動(dòng)機(jī)和材料質(zhì)量至關(guān)重要的工業(yè)部門(mén)制造零件，如汽車(chē)或石油工業(yè)。這一直是工程師追求的夢(mèng)想。”


在3D打印系統(tǒng)的眾多優(yōu)點(diǎn)中，有一個(gè)優(yōu)點(diǎn)至關(guān)重要。3D打印系統(tǒng)可以在打印部件時(shí)，根據(jù)實(shí)際需求在不同區(qū)域改變打印材料，而這是普通模具制造而無(wú)法實(shí)現(xiàn)的。此外，3D打印技術(shù)消除了傳統(tǒng)鑄造廠材料浪費(fèi)的情況。而且公司不必預(yù)先生產(chǎn)并保留大量的零部件庫(kù)存，只需在客戶(hù)需要時(shí)進(jìn)行打印即可。

行業(yè)正在不斷的自我革新

這項(xiàng)技術(shù)正在飛速發(fā)展的一個(gè)證據(jù)是，它正在不斷地自我革新。由麻省理工學(xué)院(MIT)的工程師共同創(chuàng)辦的Desktop metal公司已經(jīng)推出了新型金屬3D打印設(shè)備，它的打印是普通設(shè)備的100倍，而且成本僅為1/20。


Desktop metal創(chuàng)建于2015年，由3D打印的發(fā)明者之一Emanuel Sachs參與創(chuàng)建。該公司擁有一項(xiàng)技術(shù)，該技術(shù)使用一種粘合金屬粉末的膠水替代強(qiáng)大而昂貴的激光，然后在加熱金屬時(shí)將膠水融化消除，從而降低了成本。該公司生產(chǎn)的打印機(jī)既能滿(mǎn)足小規(guī)模原型制作的需要，也能滿(mǎn)足小部件大規(guī)模制造的需要，其售價(jià)僅為12萬(wàn)美元左右。

3D打印技術(shù)正在成為發(fā)達(dá)國(guó)家實(shí)現(xiàn)制造業(yè)回流、提升產(chǎn)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力的重要載體。可以說(shuō)，新一輪的全球制造業(yè)競(jìng)爭(zhēng)，極有可能是3D打印與機(jī)器人等高端裝備的競(jìng)爭(zhēng)。以3D打印為代表的數(shù)字化、智能化制造以及新型材料的應(yīng)用將重塑制造業(yè)和服務(wù)業(yè)的關(guān)系，重塑?chē)?guó)家和地區(qū)比較優(yōu)勢(shì)，重塑經(jīng)濟(jì)發(fā)展格局，加快第三次工業(yè)革命的進(jìn)程。