Wat zijn de verborgen waarden van de 3D-printindustrie die moeten worden ontwikkeld

3D-printtechnologie, ook wel additive manufacturing-technologie genoemd, is een technologie die poedermetaal of plastic en andere kleefmaterialen gebruikt om objecten laag voor laag te construeren op basis van digitale modelbestanden. 3D-printen wordt meestal gerealiseerd door een materiaalprinter met digitale technologie. In het verleden werd het vaak gebruikt bij de vervaardiging van matrijzen, industrieel ontwerp en andere gebieden om modellen te vervaardigen. Nu wordt het geleidelijk gebruikt bij de directe vervaardiging van sommige producten. Sommige bedrijven zijn begonnen deze technologie te gebruiken om onderdelen te printen. De technologie is toegepast in sieraden, schoenen, industrieel ontwerp, architectuur, techniek en constructie, auto-industrie, ruimtevaart, tandheelkundige en medische industrie, onderwijs, geografische informatiesystemen, civiele techniek, vuurwapens en andere gebieden.

De 3D-printtechnologie is gebaseerd op het 3D-ontwerpmodel van de computer. Via het softwaregelaagde discrete en numerieke besturingsgietsysteem worden het metaalpoeder, het keramische poeder, het plastic, het celweefsel en andere speciale materialen laag voor laag gestapeld en gebonden met behulp van een laserstraal, een hotmelt-mondstuk en andere methoden, en uiteindelijk gestapeld om te vormen een degelijk produkt.

Materialen voor 3D-printen zijn hoofdzakelijk onderverdeeld in negen categorieën:

Klasse I: lichtgevoelige harsmaterialen, voornamelijk acrylhars, epoxyhars, polyesterhars en andere lichtuithardende harsmaterialen. Dergelijke materialen kunnen worden gepolymeriseerd en vast worden onder bestraling met ultraviolet licht, in het algemeen in vloeibare toestand. Het kan worden gebruikt om bladen, tandwielen en andere structurele onderdelen voor de ruimtevaart te vervaardigen.

De tweede categorie: technische kunststoffen, voornamelijk ABS-materialen, polycarbonaatmaterialen en polyamidematerialen. ABS-materiaal heeft de kenmerken van "taai, hard en stijf", dus het wordt veel gebruikt in machines, elektrische apparaten, textiel, auto's, vliegtuigen, schepen en andere productie-industrieën en de chemische industrie. Polycarbonaatmaterialen hebben een goede slagvastheid, weerstand tegen thermische vervorming, goede brandwerendheid en hoge hardheid, dus ze zijn geschikt voor de productie van verschillende onderdelen van auto's en lichte vrachtwagens, voornamelijk gericht op verlichtingssystemen, instrumentenpanelen, verwarmingspanelen, ontdooiers en bumpers. Polyamide materiaal, ook wel nylon materiaal genoemd, is sterk, slijtvast, zelfsmerend en heeft een breed temperatuurbereik. Het vervangt voornamelijk koper en andere non-ferrometalen om mechanische, chemische en elektrische onderdelen te vervaardigen, zoals tandwielen voor brandstofpompen voor dieselmotoren, waterpompen, hogedrukafdichtingen, olieleidingen, enzovoort.

De derde categorie: metalen materialen, voornamelijk materialen van titaniumlegering, roestvrijstalen materialen, materialen van aluminiumlegeringen, andere materialen van edele metalen, enz. Materiaal van titaniumlegering heeft een hoge sterkte en hittebestendigheid. In vergelijking met andere metalen hebben titaniumlegeringen ook de voordelen van een goede corrosieweerstand, goede prestaties bij lage temperaturen en grote chemische activiteit, dus worden ze veel gebruikt bij de vervaardiging van componenten voor vliegtuigmotorcompressoren, raketten, raketten en hogesnelheidsvliegtuigen. onderdelen en andere gebieden. Roestvrijstalen materialen hebben de voordelen van gemakkelijk lassen, corrosiebestendigheid, sterk polijsten en hittebestendigheid, en worden veel gebruikt op het gebied van constructie, voedselverwerking, catering, brouwen, chemische industrie en medische apparatuur. Materialen van aluminiumlegeringen hebben de kenmerken van lage dichtheid, laag smeltpunt en sterke plasticiteit. Aluminiumlegering is momenteel de meest gebruikte legering, die veel wordt gebruikt in de luchtvaart, ruimtevaart, auto-industrie, machinebouw, scheepsbouw en chemische industrie. Andere materialen van edele metalen, zoals gouden materialen, hebben de kenmerken van goede geleidbaarheid, goede thermische geleidbaarheid en hoge stabiliteit, en worden voornamelijk gebruikt op het gebied van elektronica, chemische industrie, ruimtevaart en andere gebieden met speciale vereisten voor materialen.

De vierde categorie: keramische materialen, voornamelijk natuurlijke silicaatmaterialen zoals klei en kaolien, en zeer zuivere synthetische materialen zoals oxidekeramische materialen, nitridekeramische materialen, carbidekeramische materialen, enz. Omdat de meeste keramische materialen een hoog smeltpunt of zelfs geen smeltpunt, het is moeilijk om externe energie te gebruiken voor directe vorming. De meeste moeten na het vormen opnieuw worden verwerkt (drogen, sinteren, enz.) om de eindproducten te verkrijgen, wat de promotie van keramische materialen in de 3D-printindustrie beperkt. Keramische materialen hebben echter de voordelen die polymeer- en metaalmaterialen niet hebben, zoals hoge hardheid, hoge temperatuurbestendigheid en stabiele fysische en chemische eigenschappen, dus ze hebben brede toepassingsmogelijkheden in de lucht- en ruimtevaart, elektronica, auto's, energie, biomedische en andere industrieën.

Klasse V: Biologische materialen, waaronder voornamelijk biomedische metalen materialen, biomedische polymere materialen, biomedische keramische materialen en bio-afgeleide materialen. Onder hen zijn bio-afgeleide materialen biomedische materialen die zijn gevormd door speciaal behandelde natuurlijke biologische weefsels, ook wel bekend als bio-regeneratieve materialen. De toepassing van biomaterialen bij 3D-printen kan in twee gebieden worden verdeeld. De eerste is de toepassing van biomaterialen in voedselverwerking, voedselverpakking en andere gebieden op basis van hun kenmerken van biologische afbreekbaarheid, laag smeltpunt, biologische kenmerken, milieubescherming, enz.; De tweede categorie wordt veel gebruikt op medisch gebied volgens de reproduceerbaarheid, histocompatibiliteit en induceerbaarheid, mechanische compliantie en degradatiecompliantie van biomaterialen. De toepassing van biomaterialen op medisch gebied kan worden onderverdeeld in drie niveaus: protheseproductie, driedimensionale indirecte assemblageproductie van cellen en driedimensionale directe productie van cellen.

Klasse VI: rubbermaterialen, die een verscheidenheid aan elastische materiaaleigenschappen hebben, zoals Shore A-hardheid, rek bij breuk, scheurweerstand en treksterkte, waardoor ze zeer geschikt zijn voor toepassingen in gebieden die antislip of zachte oppervlakken vereisen, zoals elektronica, medische apparatuur en auto-interieur.

Klasse VII: zand- en grindmaterialen, voornamelijk kwartszand. Bij 3D-printen worden, volgens zijn traditionele functies en kenmerken, voornamelijk zand- en grindmaterialen in gebouwen gebruikt om bepaalde bouwmaterialen of constructies te maken. Lage kosten, hoge efficiëntie en milieubescherming zijn de voordelen van zand- en grindmaterialen op het gebied van 3D-printarchitectuur.

De achtste categorie: grafeenmateriaal, dat is gebaseerd op sp². De hybride verbonden koolstofatomen zijn stevig verpakt in een nieuw materiaal met een enkellaagse tweedimensionale honingraatstructuur. Grafeenmaterialen hebben uitstekende optische, elektrische en mechanische eigenschappen, die kunnen worden gebruikt om verschillende traditionele materialen te vervangen en die in de toekomst als een revolutionair materiaal worden beschouwd. Met de ontwikkeling van grafeenvoorbereiding en grafeentoepassingstechnologie kunnen grafeenmaterialen worden gebruikt in meer stroomafwaartse producten en velden. Volgens de voorspelling van de Chinese Academie van Wetenschappen wordt verwacht dat grafeenapparaten tegen ongeveer 2024 complementaire metaaloxide-halfgeleiderapparaten zullen vervangen en zullen worden toegepast in onderzoeksgebieden zoals nano-elektronische apparaten, foto-elektrische chemische cellen en ultralichte vliegtuigmaterialen.

Categorie 9: Cellulosemateriaal, een macromoleculair polysaccharide bestaande uit glucose, is onoplosbaar in water en algemene organische oplosmiddelen. Cellulose is het hoofdbestanddeel van de celwand van planten. Het is het meest verspreide en overvloedige polysaccharide in de natuur, goed voor meer dan 50 procent van het koolstofgehalte in het plantenrijk. Onderzoekers zijn toegewijd aan het ontwikkelen van 3D-printmethoden met behulp van cellulose, en er zijn enkele doorbraken gemaakt. Cellulosematerialen hebben ook enkele tekortkomingen, zoals hoge kosten, slechte schaalbaarheid en verontreinigende stoffen die worden gegenereerd in combinatie met kunststoffen.

3D-printtechnologie is voornamelijk verdeeld in desktopniveau en industrieel niveau. Desktop 3D-printer is de primaire fase van 3D-printtechnologie, die intuïtief het procesprincipe van 3D-printtechnologie kan verklaren. Omdat desktop 3D-printers relatief goedkoop zijn, gemakkelijk mee te nemen, eenvoudig te bedienen, enz., zijn hun toepassingen voornamelijk geconcentreerd in huis, kantoor en andere plaatsen. Industriële 3D-printers worden voornamelijk onderverdeeld in rapid prototyping machines en direct product manufacturing machines. De industriële 3D-printer kan beter voldoen aan de eisen van hoge precisie en kortetermijnproductie op het gebied van massaproductie van mallen, metalen onderdelen, enz. Met behulp van computergestuurde laser- of elektronenstraal kan de industriële 3D-printer complexe en precieze structuren die niet kunnen worden voltooid door traditionele mechanische verwerking, en elimineer onnodige productieprocessen om volledig gebruik van materialen te bereiken.

Het verschijnen van 3D-printtechnologie heeft de complexiteit van de productie van producten verminderd, de reikwijdte van productie en fabricage uitgebreid, de productie- en fabricagetijd verkort, de productie-efficiëntie verbeterd, het gebruik van grondstoffen verbeterd en de nauwkeurigheid van productspecificaties verbeterd. Tegelijkertijd voldoet de 3D-printtechnologie aan de behoeften van klanten aan gepersonaliseerde aanpassingen en kunnen ze meer gediversifieerde producten ontwikkelen.

De Chinese 3D-printindustrie heeft ook enkele tekortkomingen. Vanwege de beperkingen van het technische niveau en het uitrustingsniveau kunnen 3D-printbedrijven in China alleen kleine onderdelen in kleine batches verwerken en produceren, wat moeilijk te vervangen is door grootschalige en grote batchverwerking en productie. Aan de andere kant is het probleem van het tekort aan 3D-printmaterialen dat China heeft geteisterd niet opgelost. De belangrijkste bron van materialen is nog steeds afhankelijk van import uit de Verenigde Staten, waardoor het kleine aantal 3D-printbedrijven in China onder hoge kostendruk staat, waardoor de schaal en het toepassingsbereik van de Chinese 3D-printindustrie worden beperkt.

De 3D-printindustrie is een veelbelovende industrie. Met de voortdurende toename van de wereldbevolking zal de vraag naar woningen blijven toenemen, wat in de toekomst onvermijdelijk zal leiden tot verbetering van de hoogte van de woningbouw. De verbetering van de bouwhoogte zal de vereisten voor bouwtechnologie, arbeids- en materiaalnormen aanzienlijk verbeteren; Tegelijkertijd zal het bouwrisico exponentieel toenemen. De volwassen 3D-printhuistechnologie kan het risico van het handmatig bouwen van hoge gebouwen vermijden, de moeilijkheid van het bouwen van hoge gebouwen verminderen en de efficiëntie van het bouwen van hoge gebouwen verbeteren. Aan de andere kant, met de voortdurende verkenning van het universum en de voortdurende vooruitgang van wetenschap en technologie, is het mogelijk om in de toekomst een basis te vestigen of naar andere planeten te emigreren. De volwassen 3D-printtechnologie kan worden gebruikt in de toekomstige "interstellaire kolonisatie" -activiteiten om te voldoen aan de productiebehoeften van astronauten in de interstellaire ruimte, en ook om de moeilijkheid bij het voorbereiden van interstellaire gerelateerde activiteiten te verminderen.

De toepassing van 3D-printtechnologie beperkt zich zeker niet tot de ons nu bekende. De verborgen waarde van deze industrie in de toekomst moet nog worden ontwikkeld.