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2013/06/06

3D打印材料瓶颈期待新突破

应开发更为多样的新材料,比如智能材料、功能材料、复合材料,特别是多种金属材料直接成型,以推动3D打印应用的发展。

“3D打印将来肯定是无孔不入。今天大家看到了3D打印在文化创意产业的应用,但这仅仅是开始,未来还会在生物、医疗等领域‘大显身手’。这项技术的发展潜力非常大。”在5月30日~31日举行的2013世界3D打印技术产业大会上,中国3D打印技术产业联盟联席理事长、华中科技大学材料学院教授史玉升如是说。

在多方共同努力之下,3D打印技术正不断拓展人们的想象空间——从工艺品到飞机零部件,从能发射子弹的手木仓到能吃的蛋糕,3D打印技术似乎已经无所不能。

不过,史玉升等出席本次会议的专家仍建议,对3D打印应持理性的态度。“3D打印技术在应用中还有诸多困难,而材料问题是当前的主要障碍。”

应用潜力大

2012年3月9日,美国总统奥巴马宣布成立制造创新网络以重振美国制造业,3D打印被列为该创新网络的方向之一。

由此,这项有着近30年历史的技术,在新的经济形势下成为备受追捧的概念,其市场前景也被一致看好。

在本届大会期间成立的世界3D打印技术产业联盟发表宣言称,力争在2017年12月30日前,推动全球3D打印行业市场规模突破60亿美元,中国国内市场力争突破20亿美元。

各方对于3D打印的市场前景信心十足,显然是看到了其在各行业应用的潜力。本次会议的主题设置也很好地佐证了这一点——主办方分别设置了文化创意产业、生物医学及工业制造等领域的专题,大致勾勒出了3D打印技术未来主要的应用方向。

目前,在文化创意产业方面,通过3D打印技术制作小饰品和人体模型,已经成为一股潮流。

记者在西安非凡士机器人科技有限公司的展区看到,一台3D打印机灵巧地移动着喷头,仅耗时10分钟左右,一只红白相间的手环就诞生了。由于特殊的机械结构设计,这只手环还有一定的伸缩能力。

上海彩石激光科技有限公司的展区则展示了3D打印在工业领域的应用,包括零部件修复,以及金属结构件的直接制造等等。

3D打印在生物医学领域的应用更是令人称奇,目前正在探索的应用除了假牙和假肢,在生物材料引领下,还将在组织工程方面大有用武之地。

杭州电子科技大学生物制造研究所教授徐铭恩表示,由于每个人的身体构造、病理状况都存在特殊性和差异化,因此,当3D打印技术与医学影像建模、仿真技术结合之后,就能够在人工假体、植入体、人工组织器官的制造方面产生巨大的推动效应。

材料瓶颈待突破

随着应用领域的不断拓展,3D打印的材料问题也日益凸显。

比如在3D打印的家用领域,目前的材料有石膏、光敏树脂、塑料等,但难以满足大众用户的需求。据了解,以色列的Object公司可以在14种基本材料的基础上混搭出107种材料。然而,这些材料的种类与现实世界中的材料相比,仍然相差甚远。

工业级的3D打印材料也十分有限,目前适用的金属材料只有10余种,而且还需要专用的金属粉末材料才能获得满足要求的金属零件。

“现在业界主要做设备、硬件、软件的研究,而对材料这块的研究还缺少重视。”深圳市光华伟业事业公司董事长杨义浒说。

在杨义浒看来,目前材料问题已经成为阻碍3D打印发展的主要障碍。“可适用的材料成熟度跟不上整个3D打印市场的发展。此外,还存在打印时的流畅性与固化程序需要时间的矛盾,冷却定型与材料强度的矛盾,以及材料对人体的安全性及对环境的友好性的矛盾等等。”

中国工程院院士徐志磊指出,未来应针对3D打印制定通用的材料物性标准,使3D打印的适用材料(特别是金属材料)通用化,降低3D打印的应用门槛,从而使3D打印的应用范围更广泛。

中国机会

业界当前面临的材料难题,也正是中国发展的好机会。

全国政协经济委员会副主任、原工信部部长李毅中在出席本次会议时建议,应开发更为多样的新材料,比如智能材料、功能材料、复合材料,特别是多种金属材料直接成型,以推动3D打印应用的发展。

而记者在本次会议上也了解到,目前国内的科研机构和企业正在3D打印的材料方面进行着努力。

比如重庆绿色智能技术研究院3D打印技术中心开发的液体光敏树脂紫外固化技术,打印精度能够达到微米量级。这引起了在场许多观众的兴趣。

来自先临三维科技股份有限公司的一位观众表示,该公司在复制古代文物的时候往往存在这样的问题:虽然扫描的精度比较高,但受制于材料和技术,通过3D打印制造出来的物品的细节不尽如人意。

而上述技术则有望解决该公司的难题。

重庆绿色智能技术研究院3D打印技术中心主任段宣明表示,该中心正在研发一项跨尺度高精度打印,将大面积的快速打印和局部的精细打印相结合,从而满足客户的特定需求。

在工业领域,随着3D打印应用的拓展,金属粉末材料的国产化也日益迫切。

据浙江省冶金研究院总经理顾小龙介绍,该院下属的浙江亚通焊材有限公司已经在这方面有所突破,系统地掌握了多项微粉制备的尖端技术,并具备各种微细粉体的生产能力和各种具有国际先进水平的粉体生产设备制造能力,可以生产从130℃~1600℃范围内的各种金属单质或合金粉末材料。

深圳市光华伟业实业公司则专注于PLA(聚乳酸)材料在3D打印中的应用。据杨义浒介绍,这种材料的特点是有很好的生物相容性,进入生物体内后,可以降解成乳酸,通过代谢排出体外。此外,这种材料还具有透明性好、机械强度高等诸多优点。

“材料是3D打印很重要的方面,有了新材料,才能打印出更好、更新颖、更吸引人的东西,材料是一个很好的投资方向。”美国三叶集团首席执行官郑礼明说。(本报记者 原诗萌)