飞机上大型机构件的传统生产主要采用“锻造+机加工”的方法,该方法工序繁多、工艺复杂、材料利用率低、机械加工量大、数控加工效率低、制造成本高、生产周期长,采用激光制造技术直接制造大型钛合金结构件显示了巨大的优势。
同时,该工艺可直接制造高性能金属零部件,还可制造出薄壁、微孔、中空等特殊结构零部件,在航空航天、汽车等重要领域具有广泛的应用前景。
值得一提的是,目前整个激光材料加工行业按产值从大到小排主要分激光切割、激光打标、激光钻孔、激光焊接、激光表面热处理、激光熔覆、激光合金化等子行业。其中激光切割、钻孔、焊接对激光器和机床精度和控制工艺要求较高,以美、德、日为首的传统制造业强国掌握了尖端技术。但是在激光表面热处理、激光合金化及激光熔覆领域,则是我国的强项,而且我国本身占了全球激光材料加工的15%市场份额,在激光熔覆领域则占到了半壁江山。
激光快速成形实际上就是激光熔覆的升级版,相对于激光熔覆是表面优质涂层的制备,直接成型则是整体制造的工艺,在控制要求上更为困难和严格,但总体来说,和熔覆是一脉相承的,也就是说,中国的科研力量在这个领域是国际领先的。
我们预计,激光快速成形技术仅在钛合金制造领域,在我国航空、船舶领域的市场规模为20亿元。未来随着我国航空、航天、船舶领域的快速发展,和在其他应用领域的拓展,以及该技术带来的新市场,激光快速成形技术的空间巨大。
3D激光打印产业链从最初的原材料处理、设备制造直到最后的打印应用与服务,即使只有一小部分消费品通过3D激光打印的方式来制造,这也将是一个万亿规模的巨大市场。作为3D打印制造的一种,激光快速成形在航空航天、汽车、船舶制造领域优势巨大。
3D打印的应用领域
具体应用领域包括:
1.工业制造:产品概念设计、原型制作、产品评审、功能验证;制作模具原型或直接打印模具,直接打印产品。3D打印的小型无人飞机、小型汽车等概念产品已问世。3D打印的家用器具模型,也被用于企业的宣传、营销活动中。
2.文化创意和数码娱乐:形状和结构复杂、材料特殊的艺术表达载体。科幻类电影《阿凡达》运用3D打印塑造了部分角色和道具,3D打印的小提琴接近了手工艺的水平。
3.航空航天、国防军工:复杂形状、尺寸微细、特殊性能的零部件、机构的直接制造。
4.生物医疗:人造骨骼、牙齿、助听器、假肢等。
5.消费品:珠宝、服饰、鞋类、玩具、创意DIY作品的设计和制造。
6.建筑工程:建筑模型风动试验和效果展示,建筑工程和施工(AEC)模拟。
7.教育:模型验证科学假设,用于不同学科实验、教学。在北美的一些中学、普通高校和军事院校,3D打印机已经被用于教学和科研。
8.个性化定制:基于网络的数据下载、电子商务的个性化打印定制服务。国内3D打印产业发展现状及问题
3D打印机虽然发展迅速,但仍面临缺乏宏观规划和引导、研发投入不足、产业链缺乏统筹发展、缺乏教育培训和社会推广等一系列问题。