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国内首部大型3D打印机

2015/3/26 10:30:24
产品说明

 

三亚思海三维技术有限公司研发了特殊的增强型“FDM?#20445;?#34701;熔沉积)工艺,我们命名为“EFDM”工艺,不融熔?#37096;?#20197;沉积,涵盖树脂、无机材料、金属粉末等三大类,成本达到工业原?#31995;?#32423;别。

三亚思海三维技术有限公司企业代码201962(上股交挂牌企业)。

三亚思海“EFDM”大型3D打印机国家发明专利申请受理号201410425332.4,实用新型申请号201420487763.9

三亚思海三维技术有限公司及其打印馆,位于三亚市高新技术产业园动漫基地,距亚龙湾国家旅游度假区、海棠湾国家海岸10分钟车程。

 

 

三亚思海EFDM大型3D打印机生成的产业链,既是新技术模式、新业态产业,又是对传统产业升级改造的有力工具。




 

一、概况

20136月,习近平同志在武汉东湖高新区进行考察时,就3D打印技术的研发和应用指出:这个技术很重要,要抓紧产业化。

为了?#24179;?span>3D打印技术在我国的发展,为了完善3D打印产业链建设,三亚思海三维技术有限公司(以下简称思海公司)总工程师、董事长陈名乔经过多年研究机电一体化设备系统、印刷机器建造原理、3D虚拟模型建造,结合了所学知识,最终将3D打印机机器构造及打印原理技术融会贯通,完成了大型3D打印机的机器定型设计,3D打印软件系统建立,3D打印材料管理体系,以及3D打印产品产业化商业模式的策划。

2014年初,在三亚市支持下,三亚高新技术产业园(动漫基地)的两家企业投资思海公司进行制造大型3D打印机,完成首批两台大型3D打印机的研制工作,即完成整机制造。两台机器放置于三亚市吉阳镇高新路99号同济科技园左侧“3D打印科技馆

2014529上午,举行了思海公司大型3D打印机研?#24179;?#23637;通报会,邀请了众多有影响力的媒体?#20301;?#37319;访714下午中央4中国新闻栏目播出思海公司关于大型3D打印机相关新闻报道,并引起大?#19994;?#28909;烈关注。

思海公司研制的大型三维打印整机尺寸达到6 ×3.5 ×3米,打印行程为3.8×2.4×1.8米。这样打印出的产品立体尺寸达到了人们生活环境的中等典型尺寸,如:家具、汽车、地板、天花的大小尺寸,应用范围一下子扩大到日常生活的地步。该设备具有打印材料创新环保、其尺寸与速度领先于?#35805;?span>3D打印机的特点。我们的三维打印技术“3D打印机用打印头已申请国家发明专利(申请号:201410425332.4)与实用新型专利(申请号:201420487763.9)。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


二、主要技术经济指标及与国内外同类产品比较

3D打印技术能自动、直?#21360;?#24555;速、精确地将设计思想物化为具有一定功能的原型或直?#21448;?#36896;零件,它集成了机械科学、计算机科学、材料科学等相关学科与技术。该制造技术既是综合性和交叉性的前沿制造技术,是先进制造技术的重要组成部分,也是制造技术在制造理念?#31995;?#19968;次革命性的飞跃。

由于互联网经济对微小优势都能够放大的特点,消费者极易关注到行业中的前几名,这导致企业不得不对市场进一步细分,以谋求差异化的竞争力,细分市场和差异化进行到一定程度就是个性化市场,3D打印正是和个性化市场相伴而生,这与我国大批量廉价生产的模式完全不同。

如果3D打印实现大规模产业化应用,或者在经济中占有一定可观的比重,我们的制造业与发达国?#19994;?#23545;比优?#24179;?#20250;失去;如果同时我们的3D打印技术?#33268;?#21518;于发达国家,我们的产业转型之?#26041;?#20250;更加艰难。而3D打印技术与大飞机、航母技术一样?#35759;?#22312;于集成,并没有不能突破的难点,而且我国的基础制造技术也已经有了长足的发展,因此作为普通的民营公司站在设计的高度,扬长避短,完全有可能独辟蹊径自主创新。

三亚思海三维技术公司,在三亚市的关怀下,经过艰苦卓绝的努力,已经取得了独一无二的成果。在此过程中我们对国内外多种3D打印工艺和公司进行了对比分析,?#39029;?#20102;阻碍产业化的症结所在。

(一)3D打印技术比较,思维三维的EFDM的独特优势

无论哪一种3D打印技术,他存在的理由都是相对于旧工艺具有优势,但往往优劣因素是交织在一起的,只有自身的优劣因素对冲以后的综合优势具有合理的经济性,才能有效的实?#24535;?#27982;效益。?#21331;?#21508;种3D打印工艺之间的不同点,就他们的共同点与传统工艺进行比较,才能发现问题的症结所在。

1.传统工艺的主要方式和特点:

1)模具成型制造

结构受分模?#21344;?#24178;涉的限制,复杂产品必须分解成很多模块。每个模块也要进行刀具切削加工。整个过程材料利用?#23454;停?#21608;期长,所以前期成本很高,数字化程度80%左右,自动化程度60%左右。这种工艺的优点,大批量生产效率高,大批量生产成本低。

2)刀具切削制造

结构受刀具?#21344;?#24178;涉的限制,复杂产品必须分解成多个模块。每个模块的毛胚必须大于成品,通常30-90%的材料都会被去除,材料浪费很大,材料内部或者表面复杂的地方无法加工,材料硬度超过刀具硬度的?#35805;?#23601;很难加工,材料过软也不能加工,如软性树脂、橡胶等。这种工艺的优点,工艺适应性广,前期费用少,批量生产成本高,数字化程度80%左右,自动化程度也达到80%以上。

3)手工艺制造

无直接前期费用,但手工艺人需要极长时间培养,工艺适应性极广,效率极低。数字化自动化程度为0

2.3D打印技术主要分类和特点:

分层累积,这是3D打印的各种工艺最底层的共同特点。所带来三点原理?#31995;?#25913;变:一是,内外部统一无区别,工业史上首次可以完全?#30446;?#21046;材料内部结构,再也没有分模干涉,刀具干涉等问题;二是,一次整体成型不用因为工艺而分型,平均可以节约40-60%的材料。工序可以减少90%;三是,完全数字化自动化,达到98%以上。正是分层累积的原理,也带来?#24605;?#20010;急需解决的问题,目前市场上各种3D打印机?#27982;?#20020;这几个问题:

1)分层累积的效?#24335;?#20302;,虽然比模具制造效率高很多倍,但比模具完成后的批量生产慢很多倍。如果提高速度会降低精度,如果提高精度会降低速度。

2)材料成本相比传统工艺材料高10-50倍,材料具有3D打印专用的特点。

3)由于效?#23454;停?#26448;料成本高,导致大型的3D打印机在效率上和材料成本上完全不能?#37038;埽?#24066;场?#31995;?#26426;型?#35805;?#37117;在一米以下。

4)同一种3D打印工艺的通用性低,目前主要有激光烧结成型,紫外线光固化成型,熔融沉积成型,3D印刷等方式,还有一些非主流的工艺不在?#33268;?#20043;列,这些工艺各自占有一定领域,通用性?#31995;停?#26448;料种类缺乏多样性。

5)所打印的产品基本都是模型,不能一次打印出具有一定机能的系统级产品,?#28909;?#23478;电、汽车等都不能一次打印并装配成型。

 

鉴于以上分析,现在3D打印与传统工艺处于互为补充的相持阶段,3D打印可以做传统工艺做不到的地方,在双方都做得到的地方,小批量或单件生产3D打印占优势,主流的生产过程还是传统工艺占优势。如果不能扬长避短,在尺寸、速度精度、材料成本、材料多样性等这几点上?#26082;?#24471;突破性进展,就不能对传统工?#25307;?#25104;革命性的冲击。

3.3D打印不同类型工艺之间的比较:

首先,激光烧结成型在精度上占优势,但它的精度依赖于材料粉末的细度,获取极细的材料粉末成本很难下降,大功率的激光器的成本也很难下降,适合烧结的材料种类也很有限,因此现在主要用在航空和医疗等对成本不敏感的领域。市场比较狭窄。综合来看还是有发展潜力,但成本很难下降到与传统工艺抗衡的地步。

紫外线光固化成型必须使用光敏感液体材料,主要用于小型的产品样板,更不可能大规模应用。

3D印刷方式在色彩方面极具特点,但能用的材料完全没有有效的力学性能,主要用在观赏方面。

熔融沉积方式又称为FDM方式,现在使用比较广?#28023;?#20182;是将材料先熔化然后像春蚕吐丝一样累积成型,他的原理是适应广泛的材?#31995;模?#20294;目前市场上广泛使用的方法没有将它的优?#21697;?#25381;出?#30784;?span>

 

综上所述,我们最终选定EFDM打印方式作为切入点,因为它最有可能实现以上四个标准,理论上,能够融化又能够冷却凝固的材料FDM都可以使用,大部分固体材料都可以融化?#37096;?#20197;凝固,只是温度不同而已。但是现有的FDM方式3D打印机大部分使用的是线材,材料必须先制成线状才能使用,不仅提高了成本,而且限制了材?#31995;?#31181;类,必须加以改进。要想降低材料成本,最直接有效的方法就是直?#37038;?#29992;工业上现有的材料,但有些材?#31995;?#29076;点很高直接融化有困难,可以用粉末状材料加联结剂在常温下打印再高温烧结,经过这样增强改进以后的FDM工艺我们称为EFDM工艺,为我们公司所独有。

根据以上分析,我们选定EFDM为主攻方向,以大尺寸、低耗材、多材质、高速度精度为目标进行整个3D打印技术体系的建立。

3D打印技术体系是一个综合性、系统性非常强的技术体系,而且必须有所侧重才能成功,必须和商业模式结合起来形成产业链条。我们认为仅靠?#25345;?#25216;术核心是难以保证未来的领先地位的,必须要在相关领域内的五个核心技术?#26041;詼既?#24471;一定的深度进展,但每个?#26041;?#19981;必都是领先的,但整个系统必须在同类中领先。

结合市场和我们自身的情况,我们提出了EFDM大型3D打印机的方案,作为上述模型器物阶段的主要产品,前面已经提到过,目前要解决3D打印产业化的四个主要?#20064;?#27010;括来说就是:大尺寸,低耗材,多材质,高速度精度。

4.我们的设计方案就是针对性的解决这四个问题的:

1)大尺寸

关于大尺寸是我们整个计划中的关键点,必须重点说明理由。我们的一切设计都是以市场竞争为出发点,?#37038;?#22330;竞争角度来看,尺寸达到一米以?#31995;?#26102;候,模具刀具工艺,不要说在3D打印的优势领域,即使在他本身的优势领域都非常困难 ,也就是说这是传统工艺最薄弱的地方,完全有理由从这个方向重点进攻。与模具工艺对比,3D打印单件成本与批量成本相差不大,复?#26377;?#19981;受限制,模具工艺的大批量生产成本低,单件成本非常高,这一点与尺寸有关,模具成本与尺寸近似于3次方关系,当这个尺寸接近半米以?#31995;?#26102;候,模具成本增?#37038;?#20998;显著,需要很大的批量才能消化,而平均来看尺寸越大的商品相对产量越小,当接近一米以?#31995;?#26102;候,除了汽车等产品之外,批量与模具成本之间几乎没有交点,也就是生产量永远都无法达到模具成本的盈利点。

CNC机床的刀具切削工艺对比,CNC机床不用模具,它本身是制造模具的工具,但由于刀具干涉,复?#26377;?#21463;到限制,同时由于是减材制造,30-90%的材料?#23478;?#21435;除,这导致他的成本对尺寸也十分敏感,由于刀具干涉,复杂的结构需要分开来做,导致更多的材料浪费和工时浪费,在大尺寸的时候更加明显,同样在一米以?#31995;?#29305;征尺寸时,同时有一定复?#26377;?#26102;,经济性很差。

与手工艺比较,外表的复?#26377;裕?#20108;者不相上下,内部的复?#26377;?span>3D打印占优势,尺寸方面手工可以做更大的尺寸,但在数字化,高效率方面,3D打印占绝对优势。

通过以上分析,综合来看在一米以?#31995;?#23610;寸,复?#26377;?#36234;高的领域,3D打印占有很大优势,现有的机型由于材料成本非常高,在优势领域也仅能持平,如果在一米以?#31995;?#20248;势领域,降低材料成本,提高速度和精度,必将具有压倒性优势。因此我们市场定位为大型3D打印机, 4米的边长,3米宽,2米高,这个范围包含了大部分人类日常生活环境物体的尺寸。

2)低耗材

市场上3D打印耗材之所以贵,比工业用的贵很多,原因是要加工成精密的线材,而且用量相比工业用还是很小,如果直?#37038;?#29992;工业树脂,自然没有理由会贵,我们的系统就?#24378;?#20197;设计成使用工业用颗粒料,低耗材是自然的事。

3)多材质

我们同时发明了特殊的增强型“FDM”(融熔沉积)工艺,称为“EFDM”工艺,不融熔?#37096;?#20197;沉积,涵盖树脂、无机材料、金属粉末等三大类,成本达到工业原?#31995;?#32423;别。

4)高速度精度

速度是3D打印的瓶颈之一,很大的原因是打印头精度和速度之间矛盾造成的,我们采用轮廓填充工艺速度得以大幅提高。由于大型物体相对于小型物体表面积与体积之比更小,我们在表面采用精细打印内部采用直接填充,速率大为提高,而产品大型以后,相对精度本身就已经提高。另一种工艺采用很高的打印每层高度,精度很低,然后逐层用刀具修边达到很高的精度,由于是逐层精修,刀具干涉问题基本没有,速度和精度可以同时提高,当然这样控制系统和软件都变得很复杂,但有五个技术?#26041;?#30340;同时支持也不难解决。

 

(二)思海三维产品性能与国外产品比较

目前世界上有几大领先的3D打印公司,他们分别是德国的“3DSystems”,美国的“makerboot”“Stratasys3D”

德国的3DSystems公司所研发的打印机分桌面小型打印机einstart系列,和消费级打印机、专?#23548;?#25171;印机,而其中的专?#23548;?span>3D打印机的最大打印尺寸为380×380×250 mm,还不能达到工业用途,只能作为模型展示,精度较高,层厚可达0.05mm,但成型速度非常缓慢,仍然使用丝状3D打印材料,其速度和成本也受到限制。

美国的makerboot和德国的3DSystems不同,它更注重于普通的消费级市场,推出的大多都是小型的桌面式打印机,其售价也?#31995;?#19968;些,分单头replicator和双头replicator x2系列,打印尺寸都在240×190×150mm内,然而成型速度缓慢也仍未解决。

Stratasys3D和德国的3DSystems公司差不多,也是用作工业模型较多。

 

3DSystems官网:http://www.shining3d.com/print_detail-3582.html

makerboot官网:http://www.makerbot.com/

Stratasys3D官网:http://www.stratasys3d.net/

 

从公开的资料来看,国外的产品,无论是熔融沉积型的还是激光烧结还是其他形式,在成型尺寸、材料多样性、材料廉价性、速度和精度的同时提高上面,?#27982;挥型?#30772;性的进展,只是在产品制造精良和外观上远优于国内产品,但在材料价格上特别没有优势。3D打印相比于二维打印,材料消耗增加?#24605;盖?#20493;,材?#31995;?#24265;价性是决定性因素。

这要靠打印头等整个系统的协调来解决,目前看来,国外三大公司都在摸索,还有一些大企业如惠普等也在摸索。我们认为他们的道路都不得要领,因为3D打印的技术已经基本可用了,关键是经济性。在产业化阶段,技术要首先考虑产品的经济性,由于材料用量很大,因而材?#31995;?#20215;格是生命线,材?#31995;?#22810;样性是扩张之路,大尺寸是首攻方向,这是传统工艺的弱点。速度和精度决定能够走多远,如果不解决材?#31995;?#24265;价性,一切都无从谈起。

我们重点围绕材料开发了EFDM打印头和大型打印机。与德国的“3DSystems的最大型号的采用激光烧结技术的P800经济技术指标对?#28909;?#19979;:

参数

3DSystems

思海三维

产品型号

P800

SH2000

成型尺寸

700*380*580mm

3800*2400*1800mm

成型速度

7mm每小时

3.5kg每小时

层高精度

0.12mm

0.1-20mm

激光发射

50W二氧化碳

不需要

光学系统

F-THETA-LENS

不需要

扫描速度

6米每秒

不需要

支撑结构

自带粉末

水溶性树脂

电源

32A

16A

最大功率

12KW

24KW

氮发生器

集成

机器最大外观尺寸

2.25*1.55*2.1

6*4*6

重量

2300kg

15000kg

软件

EOS RP ToolsEOSTATE

SH3D3.0

CAD数据

STL

STL

材料

聚?#27982;?#37230;PEEK HP3树脂

树脂,无机,30

材料价格

高于500元每公斤

树脂10-20元每公斤

纤维增韧

提高韧性2-3

刀具

自带刀具拼接系统

以上是简单的对比,?#23548;?#19978;烧结系统与EFDM相比在精度上略站优势,但有几点致命缺陷导致后期的发展难以突破。

第一、粉末烧结精度依赖于粉末的精度,即使激光精度再高,没有精细的粉末,也不能达到产品精度,精细的粉末必然提高成本。

第二、激光烧结系?#31243;?#28982;的无法对表面以外的无精度要求区进行填充,这对于大型产品提速很关键

第三、激光系统不能?#24178;?#24456;大的深度,每一层的层高不能太高,对于产品中无精度要求的部位,不能大幅改变层高。

这几点在原理上?#25346;?#20999;依?#23548;?#20809;粉末系统的3D 打印机在极大的提高速度并保持精度方面没有潜力。无论他是烧结金属的还是烧结树脂的,只有在特殊领域有优势。

普通的FDM打印模式,由于局限于线材使材料种类受限,由于靠摩擦力送料,压力有限,不能实现高速高压送料,速度也因此受到限制,在不要求速度时,精度并不比激光粉末系统差多少。

综合起来看:我们认为EFDM打印技术综合性能很高,发展潜力巨大,有可能成为我们弯道超越先进国?#19994;?#26426;会。

 


三、市场定位与经济性对比测算

大型3D打印机由于其巨大的尺寸,已可以满足人们日常生活的实物尺寸大小的要求,加上其速度提高、耗材成本下降、色?#21490;?#23500;,因此其打印的产品使用范围非常广泛。就目前我们掌握已经成熟的技术来说,市场定位主要是针对以下几个行业:

1.教育业:理工技术类大专院校的教学实验用途。

2.科技业:各大公司新产品研发阶段的样机制造。

3.广告业:大型户外广告牌,浮雕,匾牌,吉祥物。

4.电影业:电影道具,科幻模型,古生物,古代建筑模型。

5.旅?#25105;?/span>:文物,动漫卡通人物,主题公园,景点纪念品。

6.家具业:艺术家具,定制家具,?#36182;?#38376;,墙壁装饰物,灯具。

7.建筑业:园林假山,游乐设施,儿童乐园,造型建筑配件。

8.铸造业:翻砂铸造用木型升级,石膏型升级。

9.军事:靶机,靶船,靶车等,还可以用于伪装。

这几个方面有的已经形成了市场,只是产品加工工艺方式不同,因此不存在市场开发问题。如何在原有的市场上提高3D打印产品的附?#21448;?#26159;市场研究的关键点。

首先,进行成本对比,综合前面分析,本项目的定位是大型3D打印机,这样的定位已经将传统工艺模具批量制造?#23545;?#29993;在后面。模具的成本与体积的三次方成正比,当尺寸大到以米来计算的程度,模具完全没有任何优势,无论是批量生产还是单个生产,选择模具都不是一个好的选择。在这个尺度情况下,?#35805;?#30340;产品则是使用手工制作的方法,与手工相比,3D打印效?#31034;?#26377;明显优势。?#26053;?#20998;述这几个方面市场情况。

1.教育业

在科研教学领域,很多工科高等院校及职业技术学校的学术缺乏?#23548;?#25945;学,原因主要是经济条件不?#24066;恚?#20294;是通过模型的使用可以填补理论与?#23548;?#20043;间?#30446;?#30333;地带。让学生可以形象地理解所学知识,并可以通过亲自动手?#23548;?#26469;验证理论知识。

2.科技业

?#37038;?#29983;产大型商品的企业?#19981;?#36935;到样品和模型制造的困难,例如前不久,李克强总理访外时介绍推广中国高铁技术时,所展示的就是一个大尺寸的高铁模型,这种模型通常是采用手工制造的,成本极高。可想而知,如果能够采用大型3D打印机制造这方面模型,将会极大的降低成本,具有明显的竞争优势。同时,?#37096;商?#39640;模型的精细程度,模型的复杂度?#37096;?#24471;到更多的呈现。

诸如此类的大型模型潜在用户还有汽车制造厂,船舶制造厂,甚至飞行器制造厂。这些企业在开发新产品时,有个特殊需求,就是这些产品都是在流体中使用的,就是气流或者水流,这种流体作用于产品的外表面,产生的流体力学行为会极大的影响产品的性能。而流体力学的发展,还没有线性度高的理论,因?#24605;?#20046;每一款新产品,都需要用它的外形来做流体力学实验,也就是所说的风洞试验和水流试验,而?#19968;挂?#32463;过不?#31995;?#20462;改来得到最佳的气动外?#20301;?#32773;水流外形,这个过程?#24378;?#21457;此类产品必须经过的阶段。现有的工艺?#35805;?#37117;是手工或者半手工的制作,不仅是制作费工费时,而且也与产品设计的数字化不配套,现在产品的设计早已经采用CAD技术,而手工制造的模型,不能与之结合,如果采用3D打印,就与产品设计的CAD技术无缝集成,非常便于实验和修?#27169;?#20462;改过程只是动动鼠标即可完成,重新进行局部打印。

3.广告业

有大量的户外广告牌都是平面的,完全可以向三维发展,各种市政设施,作为一个城市的形象?#37096;?#20197;用大型3D打印来实现,还有城市雕塑,交通标志等。

很多公司的匾?#32856;?#24335;单一,希望个性化一点也没有实现的手段,3D打印正好满足其要求,吉祥物也有很大的市场也是很好的广告手段,3D打印可以为每个公司定制全球唯一的吉祥物。

4.电影业

在最新的电影大破天幕杀机中,里面出现了一辆60年代的阿斯顿马丁车型DB5,为了使影片看起来更加?#26222;媯?#29305;别是汽?#24403;?#28856;的场面,不用真实的爆炸镜头,特效是很难模拟的,所以它们在电影中使用了13比例,用3D打印技术制作了3DB5的模型。分别打印出18个独立的元件并组装成这辆车。他们首先制作了钢材质车身框架,然后通过CAD将所有部件数据输入3D打印机,最后使用PMMA塑料打印出了门、车顶、?#26448;?#26495;等零件。等3辆车的总共54个零件打印完成之后,它们被送到了制片厂进行精细制作,通过喷漆、打磨等多道工序还原了50年前的007所驾驶的阿斯顿马丁DB5。为了?#26222;?#30340;效果,他们还给车身还增加了一些弹孔效果。而我们的EFDM大型3D打印机可以一次成型而且可以用一比一打印全尺寸的完整道具车,理论上可以出口到?#32654;?#22366;电影市场。

5.旅?#25105;?span>

旅游从来都是和文化有密切关联的,人们除了欣赏自然景观以外,?#19981;?#26356;多的关注人文景观,而且人文景观往往收费更高。近来中国经济高速发展,旅?#25105;?#38543;之十分火热,多地出现造景运动,取得十分丰硕的成果。历史上留下的人文景点,已不能完全满足现代年轻人的文化口味,所以人造景观层出不穷,而且随着经济发展,人们也有精神、宗教方面的需求,全国各地多处出现造佛运动,包括三亚108米高的观音佛像,?#26082;?#24471;了很好的经济效益。这些大型的景观或佛像,无一例外都是在艺术家完成设计后用手工来制作,其中超大型的,造价往往数以亿计,其实这些产品都只有局部有丰富细节,其他部位只是一种建筑,?#28909;?#35266;音佛像,主要艺术体现于佛头和其他一些装饰,而其他人造景点中,主要是文学作品中的人物或者动物等,极为适合用大型3D打印机来制造。特别是一些历史文化名城,现在纷纷打出旅?#38395;疲?#22478;市中需要大量的各种体?#25351;?#22478;市文化定位的雕塑,有的甚至计划建造主题公园,?#28909;?#35199;游记公园、水浒公园、三国公园等,其实?#35782;?#26159;制作雕塑,其特点是每个雕塑形?#27493;?#19981;相同,除了3D打印以外,只有靠手工了。而艺术?#19994;难?#25104;,我们需要?#25913;?#25110;几十年,产能极其有限,远不能满足文化旅游事业的发展,此时大型3D打印机应运而生,必然会抢占先机。

现在全国各地兴起各种博物馆,而真正的文物,数量毕竟有限,为了扩大产品的丰富性,仿真文物肯定有很大的需求,如电影《十二生肖》中成龙所定制的鼠头,?#26222;?#30340;仿真外形,也非常适合现阶段的3D打印机制造。

6.家具业

艺术家具,定制家具,?#36182;?#38376;,墙壁装饰物,灯具。

经济的发展是不?#31995;?#20197;更低的成本满足消费者的需求,产品对于具体的消费者,针对性越高,附?#21448;?#20063;就越高。?#28909;紓?#25105;们购买批量生产的?#36335;?#20998;为大、中、小号,对于适?#31995;?#20154;来说,它的价值就增加了,如果全世界只有一种号,那么对于每个人的价值都会下降。如果对于每个人都分一种号,虽然对于每一个人?#27492;导?#20540;都会增加,但是生产厂?#19994;?#25104;本会剧增。这中间有个平衡点,这个平衡点是由生产技术决定的,现在这个平衡点在中间,因为生产技术限制不能分的太细,因为?#19997;?#38656;求也不能分的太粗,当我们去专业的成衣店定制?#36335;?#30340;时候,就是这个平衡点完全靠拢到消费者那一边,但是所付出的代价要远高于普通市场,这就是个性定制的经济学基础。定制产生价值,而3D打印技术就是专门为定制而生的,它在为每个用户?#21487;?#23450;做的同时,保持良好的经济性。个性定制的具体市场,根据目前研制的大型3D打印机的性能,非常适合于打印艺术家具,因为家具行业是一个民生行业,也是一个成熟的行业,市场十分巨大,一定存在着部分高?#35828;?#20154;?#28023;?#19981;满足于现有的家具方方正正、千篇一律的格式。但现在的家具行业并没有技术手段来提升,3D打印技术将填补工业与艺术之间?#30446;?#30333;地段。我们制作的不是产品而是作品,因为3D打印的制作技术非常具有艺术表现力,可以采用塑化木材、塑化石材、塑?#31995;?#26448;质,用各种匪夷所思的结构来造型,这样的艺术家具,一旦形成风?#20445;?#24066;场潜力难以估量。

还有各种公司匾牌、吉祥物、家庭装饰物等不胜枚举。

7.建筑业

现代建筑设计越来越新?#36924;?#29305;,使得出现很多不规则的部件,传统的建筑工艺很难经济的制造这些独特的部件,3D打印可以完成?#25105;?#22797;杂的建筑造型的特殊部分。

建筑内部有大量的艺术性的建筑配件可以打印。?#28909;?#22320;板砖,现在几乎都是正方形的,如果其中镶?#37117;?#22359;其他形状的或者具有浮雕图案的地砖,将会美化家居环境,墙壁上?#37096;?#20197;做浮雕装饰,天花板由于不与人的生活发生直接接触,可以做更复杂的装饰性浮雕。这?#25351;?#38613;可完全不同于传统的浮雕,传统的浮雕由于受模具和雕刻机械的限制,?#35805;?#24456;?#24120;?#36896;型也很简单,介于平面画和立体雕塑之间的一种艺术。而3D打印可以将其发挥到极致,各种艺术造型都不受限制。

大型楼盘在开发之前,往往都会推出缩小比例的模型供?#31361;?#35266;赏选型,这个市场目前也是用手工做的,但它非常适合用大型3D打印机来替代,制作工序会缩短到之前手工的1/5以下。更重要的?#24378;?#20197;提升精美程度,而且是统一一次成形,建筑师通常也是用CAD模型来设计楼盘的,将此模型缩小输出STL文件,?#32422;有?#25913;基本上就可以用来打印。

8.铸造业

机械制造业,一些复杂零件的生产制造,?#28909;?#25903;架、变速箱等?#30446;?#21457;或小批量生产最需要快速和高效。但常规的熔模铸造技术恰恰在这方面有缺陷。即时生产所需的蜡模需要昂贵的注塑模具和蜡机,而当用于新产品开发或小批量的产品制造时,这些模具会变得昂贵而费时,从而导致单位产品的制造成本居高不下。使用3D打印技术来制造这些复杂的零件,显著降低制造成本。3D打印的树脂模具可以代替蜡模,在随后的处理工艺与传?#25345;?#36896;方法相同:先在模具表面覆盖陶?#36175;?#23618;,然后将其放入窑中。当温度超过700时,塑料模具完全燃烧,无任何残留,这也是失蜡法名称的由?#30784;?#26080;论是原型、单个零件还是小批量生产,3D打印技术使我们能为高度复杂的设计快速制作熔模铸造模具,而且十分经济,这是一个巨大优势。

9.军事用途

可以作为?#30423;?#29992;的靶机,靶车,靶船,?#37096;?#20197;用于军事伪装,由于3D打印可以非常?#26222;?#20223;照外形,在如今卫星侦查技术条件下完全可以?#26432;?#20809;学系统,技术人工抵近侦查也难辨真?#20445;?#36824;可以作为廉价的无人机,无人船,无人车的制造手段,可以与真机相仿,提高真机的战场生存率。

 

 


四、EFDM技术与传统技术经济性对比预测

由于大型EFDM3D打印机应用范围非常广?#28023;?#25105;们选择几个具有代表性的主要的方面实例进行对比测算。由于3D打印工艺与传统任何工艺相比有明显不同,不需要进行细微的数据对比,只需要进行定性的对比就能说明问题:

(一)工业用的首件样品用于测试或参展等用途。

产品首件又称为手版,本意是手工制作的,不过现在主要是用CNC机床制作然后拼装,以复杂大型的产品为例,稍微复杂一点需要用到CNC五轴加工中心机,而且也因为刀具干涉问题,和内部无法加工的问题必须拆分成很多模块,?#28909;?#30740;发一款新车需要多次修改测试模型,以一款中型轿车为例每一款测试模型造价估算在五万元以上,时间一个月左右;而大型3D打印可以一体成型,需要200公斤材料,100公斤支撑料,合计不到5000元材料,约五个工作日,电费人工约1000元,每天机器折旧按1000元计算,总成本约11000元。相比传统方法至少有3-4倍以?#31995;?#32463;济优势。

(二)大型机器的外壳

我们了解到,像GE公司这样的国际大公司生产的核磁共振扫描仪器外壳也是发包到中国半手工生产的,广东就有几家半手工生产厂生产医疗大型设备外壳,这种设备?#35805;?#20307;积较大,每个品种数?#21487;?#20110;1000台,开模具完全不经济,以飞利浦0.5T核磁共振仪为例,?#19981;?#29366;的外壳造型复杂,内部的腔体也很复杂,用雕刻机做成很多个面,手工粘接起来,造价约15000元。

大型3D打印机做这类业务经济性非常好,因为设备外壳很薄,虽然很复杂,但是?#23548;?#26448;料消耗不大,以上例子中材料只需60公斤,支撑料30公斤,合计材料?#35328;?span>1000,两个工作日可以做一台,按照每天1000元折旧,加上杂费,总成本不超过3500元,而且完全自动,也是3-4倍以?#31995;?#32463;济优势。

(三)大型机床铸件翻砂模具

现在的大型机器翻砂铸造的模具大部分都是用木材制作的,因为尺寸大,金属的造价太高,用木型翻制砂型后再与铁水接触成型,木型的制作需要专门的手工师傅,?#37096;?#36741;助以木工机床,或者数控的木工机床,如果典型尺寸3-4米的木模造价都在2万以上,工期大约1个月。

这?#38047;?#29992;造型?#35805;?#19981;会太复杂,主要考虑力学因素居多,但3D打印可以将材料内部做成蜂窝状结构,大量的节约材料,按体积比较比木材节?#23478;话?#20197;上,而且可以做成组合模块,不用分拆,成本进一步下降,更重要的?#24378;?#20197;回收材料,木材?#35805;?#24456;难回收重新造型成别的模具,综合计算下来,2万的木模用3D打印成本5000不到,这还没有计算回收材?#31995;?#25928;益。

(?#27169;?#23460;外雕塑

以中国文化中常见的吉祥物石狮子为例,市场价格一米的?#36164;?span>7000元,一米五的?#36164;?span>12000元,2米的?#36164;?span>18000元,2.5米的?#36164;?span>4000万元,3米的?#36164;?span>60000元,如果特殊的工艺或者造型复杂价格还会大幅上?#24688;?#22823;型石雕非常重,运输安?#23736;?#24456;困难。

3D打印有两种方法可以制作这种石雕,第一种是打印中空的外壳,内部填充可凝结的石粉,外部喷?#31354;?#30707;漆,外观和?#23454;?#19982;石材完全一样,从汉代出土的漆器来看,树脂类有机物在避免光照和氧气的情况下可以保存?#30422;?#24180;,所以在内外封闭的情况下?#36884;?#24615;没问题。

另一种方法就是打印水溶性外壳,造型都在内部,然后填充可凝结的石材,固化后熔掉外壳,这种工艺最终成品完全是石材的。可以做比手工雕刻复杂的多的石雕,或者其他质?#31995;?#38613;像。

成本还是每天1000元折旧,每公斤材料10-15元,一个2米的石狮雕像需要3天,成本也5000元左右,对比雕刻的优势是非常明显的。

(五)广告装饰

这一类产品价值稍低一点,但是面广量大,?#28909;?#20844;司匾牌,户外广告牌,酒店壁挂装饰等,目前没有真正3D制作的,没有市场可比对的价格,但是这类产品是面积大高度小,?#23548;?#25171;印体积比前几种?#23478;?#23567;得多,?#31185;?#26041;米的打印成本应该在1000元左右,可以?#25105;?#36896;型,个性化定制,这是全新的市场,根据复杂程度,艺术性,和?#19997;?#30340;喜好,定价可以在2000-10000元?#31185;?#31859;左右,但?#23548;?#25104;本与复?#26377;?#26080;关。复?#26377;?#20165;略微增加计算机绘图的工时。

3D打印技术可以渗透到国民经济的各个方面,但至少在这五个常规的民用产业方面很容易切入,对比优势是非常明显的。

结论:思海三维EFDM大型3D打印机,既是新技术、新模式、新产业,又是对传统产业进行升级改造的有力工具。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


五、思海三维公司产业543规划

根据以上分析,结合思海三维自身的技术特点,我们提出了“5个技术?#26041;冢?span>4个产品标准,3个发展阶段543产业发展规划。

五个技术?#26041;?#26159;指从技术上看,实现3D打印所需要的五个相互关联的基础技术,按照3D打印过程的信息流方向来分为:3D建模技术à切片软件技术à运动控制技术à打印头技术à材料技术。这五个?#26041;?#19968;环扣一环,任何的改进创新都会牵一发动全身,涉及到五个?#26041;?#30340;整体支持,必须是整体解决方案才能有优势。

四个标准是?#37038;?#22330;上来看,所有的3D打印类型?#21363;?#22312;四个方面的性能低下,导致产业化进程缓慢,必须要实现:大尺寸、多种材质、高速度精度、材料价格低廉这四个标准,3D打印才能大规模产业化。因此我们以这个标准来衡量3D打印不同工艺哪一种具有达到这四个标准的潜力。

三个阶段是指,3D打印未来发展的必经之路,分别是:模型器物à混合材料à复杂系统的打印

目前正处于模型器物阶段,特别是思海三维EFDM二代机商品化之后,这个阶?#25105;?#32463;成熟。

进入到混合材料,材料发展到一定精细程度以后,就可以在微观上控制材?#31995;?#32452;分,这个尺度是在百分之一毫米尺度上,是宏观尺度到纳米尺度的中间地带,比纳米的工艺可行性要好得多,在此尺度上各种材?#31995;幕?#21512;交叉将会产生难以计数的各种特殊性能的新材料,我们在一毫米尺度?#31995;?#23454;验表面,脆性材料打印一毫米的纤维组成一块板材,韧性比原材料提高3倍以上,这里面有巨大的发展?#21344;洹?span>

当材料极大丰富,造型达到?#25105;?#31243;度,就可以进入复杂系统打印的阶段,很多标?#25216;?#25110;者具有批量经济性的组件也许永远都不适合打印,在复杂系统的整体打印过程中这些标?#25216;?#21487;以通过机械手技术一边装配一边打印,使打印与装配互相结合,传?#25104;?#30001;于装配?#30446;占?#24178;涉问题,要进行多次的分解,导致复杂系统的零件数量不必要的增多,随着工业发展,很多零部件特别是标准零部件已经可以达到终生免维护,这就可以通过打印一次性固化到打印体里面,大大简化复杂系统的制造,有?#24605;?#31639;过一部零件?#30422;?#20214;的汽车,如果不考虑模具?#21344;?#24178;涉,刀具?#21344;?#24178;涉,装配?#21344;?#24178;涉等问题,零部件可以减少到四十多个。

截止2014714日,思海第一代FDM大型3D打印机已经研发成功,全球首次实现一体成型的3D打印船载人航行,中央电视台、凤?#23435;朗印?#26032;华社等媒体都进行了报导,此消息引起3D打印概念股普遍上?#24688;?span>

思海第二代,16立方米打印体积范围内?#25105;?#36896;型的EFDM大型3D打印机,预计201412月份正式完工投入打印。这将标志思海三维的模型器物阶?#25105;?#32463;完成,进入商业化,同时,思海三维即进入混合材料研发阶段,并为复杂系统打印做好各项技术准备。




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