3D打印有模有样 有望进入寻常百姓家

正畸牙套、骨骼关节、心脏血管、动漫手办、珠宝首饰……很难想象,这些生活里常见的东西,很多都可以被3D打印出来。11月28日,山西晚报记者来到山西增材制造研究院的实验室,这里摆放着很多用3D技术打印出来的东西,它们被广泛地用在医学、航空航天、汽车工业、珠宝展示等各个行业。

据悉,研究院研发了新的3D打印原材料,并大大降低了耗材成本。接下来,他们还将在打印工艺、材料研发和软件数据研发等三方面继续努力,为山西省产业结构调整和转型升级贡献智慧和力量。

3D打印运用于不同领域

在二楼的实验室内,桌面上摆满了各式各样的3D打印产品,有微缩模型的建筑、鸟巢,有矫正牙齿的牙套,有运动鞋和鞋垫,有心脏和血管,非常精细。还有专门为航空航天打印的精细配件,不仅结实,而且非常轻。

据山西增材制造研究院技术主任郝亚暾介绍,他们3D打印主要使用三种材料,分别是线材、光敏树脂和金属粉。对应打印出来的产品也各有不同,分别用于不同的领域,有的用在医学上,比如矫正牙齿、助听设备,有的用在航空航天和汽车工业上,还有的用在跟老百姓息息相关的地方,比如一些动漫手办,比如牙刷、眼镜、手机壳等等。

“比如这个心脏,就是使用光敏树脂打印出来的。”郝亚暾拿着一个心脏模型说,这种材料,比起线材的和金属粉的要更加精细,硬度可以调节,光泽性好,可以打印牙套等各种物品,在医疗和军工领域都有应用。

研究院有很多台3D打印机,大小各异,分别针对不同的耗材,有不同的技术特点。

打印一个笔筒需要18个小时

其实,说起3D打印,普通市民虽有所耳闻,但又觉得跟自己有一定的距离。

郝亚暾举了一个例子:比如打印一个类似雕塑模型的微缩礼品,首先要对打印的雕塑进行一个三维扫描,然后第二步是建模,第三步是进行成型的制作,第四步再进行喷漆上色即可。

什么是3D打印?郝亚暾介绍,这是一种直接根据计算机图形数据,运用粉末状金属或塑料等各类可粘合材料,通过叠加材料的方法,生成任何形状物体的技术。具体来说,就是把一个要打印的物品,从上往下分割成很多层,每一层打印什么都有控制,然后累积起来就成了一个打印好的模型。

随即,他用一台线材3D打印机,打印了一个不规则的笔筒。首先,他将线材耗材固定在3D打印机的侧面,然后启动3D打印机,线材经过高温,变成非常细的液体,慢慢对台面上的各个点进行打印。被分割成的每一层,都会打出不同的实体,最后拼接起来就是笔筒了。

“打印的建模在计算机里已经完成,把指令发过来,这台3D打印机就能完美无缺地执行命令,打出那个不规则的笔筒。”郝亚暾说,一般来说,打印这个笔筒需要18个小时,但是也能缩减到一半时间,那样的话,精细程度就会大打折扣了,可能会不符合要求。

此外,在3D打印领域,有一个形象比喻——3D打印出来的产品,就像是一道色香味俱全的菜肴,用于3D打印的树脂、金属、陶瓷等材料,就像是食材,而帮助材料改变性能的改性助剂,则像是盐和味精等调味料,每一种,都不可或缺。

自主研发3D打印原材料使成本降低

技术负责人朱岳称,如何研发出更多的新材料,生产制作出更高品质的3D打印产品,是行业内的一大挑战。山西增材制造研究院依靠多年积累的科研团队,和全国的检测分析中心、全国的标准化委员会,开展了制定标准、性能测试、性能材料的研发等工作。

光敏树脂是一种用于3D打印的原材料,特点是打印精度更高、力学性能更好、弹性硬度均可调节,被广泛应用在医学模具、正畸牙套、义齿、珠宝首饰、工艺品等3D打印领域。据悉,由于其高精度要求,在过去很长一段时间里,只能依赖国际进口,是制约3D打印领域发展的“卡脖子”技术难题。2019年底,朱岳带领团队自主研发出了3D打印用光敏树脂,使得这种耗材的成本大为降低。

这样高品质、低成本的光敏树脂,出炉并不容易,朱岳带领团队历经近两年时间,从200余种原料中反复试验筛选,不断淘汰对比优化,最终确定了12种原料,制备组成了各种颜色、力学性能、型号都有的光敏树脂。今年5月,山西增材制造研究院自主研发的光敏树脂正式投产上市。

“在不久的将来,3D打印应该像纸张打印一样普及,不仅是高端制造业领域,大家日常需要的零件、玩具、模型,也都可以自主打印。”在朱岳对未来的期待里,3D打印技术将会进入寻常百姓家。而这,也是山西增材制造研究院的攻关方向。

朱岳称,下一步,山西增材制造研究院将在以下三个方面继续加强研发能力:第一是研发材料,第二是打印工艺方面,第三是软件数据研发。他们将依托3D打印材料研发平台,在这三个方面继续发力,为3D打印加入更多、更好的“料”。

山西晚报记者 宋俊峰

(责编:candy)

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