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3D打印可用金属材料:开始进入高端制造

导读: 在不久前举行的2013中关村论坛年会上,北京航空航天大学教授王华明表示,我国高性能大型金属构件增材制造/3D打印技术研究和应用走在国际前列,这一技术对于提升我国重大高端装备的研发、制造水平意义重大。未来,3D打印技术在高性能金属材料关键构件制造领域拥有广阔的发展空间。

  在不久前举行的2013中关村论坛年会上,北京航空航天大学教授王华明表示,我国高性能大型金属构件增材制造/3D打印技术研究和应用走在国际前列,这一技术对于提升我国重大高端装备的研发、制造水平意义重大。未来,3D打印技术在高性能金属材料关键构件制造领域拥有广阔的发展空间。

  3D打印作为一种新的制造技术,不仅是新产品研发的重要手段,更可提高装备制造技术水平和性能。每种技术都有它的适用范围。高性能金属零件的3D打印,对重大高端装备制造具有重要价值,因为它可直接生产装备中的零件。

  新材料和制造业密切结合,是装备制造业的基础,其对未来的影响会越来越大。从大的领域说,高性能金属构件的增材制造,其核心就在于控制增材制造过程获得高性能高品质材料的构件。基于3D打印技术的高性能金属材料制造将为我国航空航天装备制造业带来比较大的价值。国家大飞机科技重大专项的实施,也为增材制造技术在航空工业的应用提供了发展机会。

  3D打印进入航空制造领域

  据国资委网站最新消息,中国航天科工六院41所携手国内3D打印设备商,首次利用3D打印技术生产出了固体火箭发动机环形点火药盒壳体,并顺利通过点火验证试验,标志着41所已具备将3D打印技术应用于发动机环形点火药盒壳体生产的能力。

  3D打印解决了点火装置复杂三维造型“看得见、摸不着”的问题,极大缩减了研制与生产周期,降低了成本,减少了材料浪费,最重要的是能够制造出一些传统生产技术无法制造出的点火装置壳体外形,有效推进了点火装置设计技术的发展。

  就在今年7月美国航空航天局(NASA)成功试验了有史以来第一个3D打印的火箭发动机部件。用3D打印技术制造配件耗时缩短,成本降低,优势明显。美国航空航天局表示,加利福尼亚州的航空喷气发动机-洛克达因公司(AerojetRocketdyne)采用“选择性激光熔化”技术实现这一壮举。首先,利用高能激光束将金属粉末熔化,再根据计算机设计的喷嘴三维模型将其“打印”出来。此次进行试验的喷嘴尺寸要比实用的喷嘴略小,但已经足够进行温度和压力的测试。

  和传统工艺相比,新技术耗时短,成本低。火箭喷嘴对尺寸的要求极为精确,过去需要一年才能完工。不过,采用“选择型激光熔化”技术,耗时不到4个月就成功打印出喷嘴,生产成本也降低超过七成。美国航空航天局表示这项技术或可更有效的生产火箭发动机,为美国公司节省时间和金钱。3D打印技术能显著降低零部件的生产时间和成本,可能带来重大变革。

  3D打印制造人体器官钱景无限

  3D打印机可以用于制作人工气管,因为3D打印机很容易生产可以组成器官管状结构的环。研究人员们使用了生物相容性塑料材料打印这种气管,并且在小猪身上做了测试。

  2012年的一月,英国外科医生们在一名病人卡伊巴的肺部植入了一个3D打印的气管,使他的呼吸道保持畅通。几年之后,这个人造气管会在体内自行溶解,到那时候卡伊巴自身的支气管就可以发育到能够维持正常呼吸的水平。

  密歇根大学的格伦·格林(GlennGreen)医生和他的同事们认为3D打印机可以用于制作人工气管,因为3D打印机很容易生产可以组成器官管状结构的环。研究人员们使用了生物相容性塑料材料打印这种气管,并且在小猪身上做了测试。

  研究团队先给卡伊巴的呼吸道做了CT扫描,用得到的数据打印出了一个模具。然后,他们利用这个模具制造了一个合适的、柔韧的套筒来固定呼吸道。最后一步就是将他的支气管组织缝在这个套筒内,该手术需要获得美国食品及药品管理局(U.S.FoodandDrugAdministration)的应急使用许可。“装上这个套筒之后,我们第一次看到他的肺动了起来,”格林说。3D打印的医疗设备以及人体部件的应用才刚刚起步,但是格林相信这项技术有着“巨大的潜力”。

  利用3D打印技术培育人体器官是再生医学领域的一大热门,目前正不断取得进步。借助于这项技术,科学家能够培育出仿真度极高的人造耳朵和鼻子等面部器官。随着研究的深入和技术的继续进步,他们将最终培育出可以进行移植的人造肺以及其他器官。现在,维克森林大学的3D打印机已经打印出肾脏原型。在其他一些实验室,科学家也在研究如何利用可降解支架培育人造心脏、肺部、肝脏和肾脏,让“定制移植”成为一种可能。

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