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抗击疫情出奇兵,3D打印“不打烊”

2020年2月21日     来源:e-works        作者:e-works  田耘       
关键字:3D打印  抗击疫情  增材制造  
未来,3D打印作为一种新的制造方式供企业选择,跟其他高新技术相辅相成,能够真正满足高精度、个性化、定制化、少人化的需求,赋能企业的升级转型。
    2月11日上午,几辆装载着15个“水泥盒子”的大货车,浩浩荡荡从上海出发了。车队一路向西,沿途吸引了众多诧异的眼光,人们纷纷猜测:这些外酷似小型集装箱的“水泥盒子”究竟是做什么的?
 
    原来,这些“水泥盒子”是盈创建筑科技(上海)有限公司为此次疫情捐赠的15套隔离屋,而车队此行的目的地,正是抗击新冠疫情的最前线湖北。隔离屋的前身是盈创自主设计研发的3D打印共享房屋,并根据此次抗击疫情的要求,进行了相应的改造,内部设置了床位区、盥洗区,配备空调,具备可移动、高强度、封闭保温的特点。据盈创内部人士透露,这15套隔离屋将被运往湖北咸宁市中心医院,希望能够在抗击疫情的关键时刻,为一线医护工作者和患者解决隔离场所缺乏的燃眉之急。据悉,盈创建造的这些共享房屋面积约10㎡,高度为2.8米,除特殊情况改装隔离避难屋、看护房以外,还适用于园区、宅基地、别墅、旅游景点、度假海滩等。
 
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盈创捐助的3D打印隔离屋(图片来源:上观新闻)
 
    对于看惯了传统建造技术的人来说,一定会对3D打印房屋感到特别新鲜。这里所说的3D打印,是一种快速成型技术,它以数字模型文件为基础,运用粉末状金属、塑料、混凝土等可粘合材料,通过逐层打印的方式来构造物体。
 
    3D打印建筑的基本原理与日常所见的打印机类似,要有打印机体、喷头、油墨、纸张。在建筑制作过程中,四周搭建的金属框架就像是“打印机”的机体;喷吐混凝土的“打印头”就如同打印机的喷头,“打印头”通过连续喷吐打印材料,经过层层堆积建造墙面;不过,这个“打印头”喷出的“油墨”是特别配制的混凝土,而且要一次完成,不能间断,此外,其它建筑材料,如钢厂的钢渣、沙漠沙都可以作为打印的“油墨”;施工前预埋的钢筋笼,就相当于“打印纸”,随着墙体不断升高,还需要按照图纸加装钢筋,使“纸张”实现动态延伸,最终获得人们想要的“文字”和“图案”。整个打印过程,只需要一张图纸、一台电脑、足够“油墨”,就可以实现连续打印。3D打印的效率极快,一台打印机24小时工作,就可以打印出十几个小屋。由于采用的是一体化成型技术,房屋的质量也是极好的,墙体与镂空的栅格成为一体,因而整体受力均匀,具有抗风抗震、保温隔热的效果。
 
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3D打印隔离屋(图片来源:看看新闻Knews)    
 
3D打印还原新冠肺炎感染影像特征
 
    除了在建筑领域的应用之外,在此次抗击新冠疫情的战役中,3D打印技术还应用到新冠病毒的医学研究方面。
 
    近日,全国首个新型冠状病毒肺部感染病例3D模型成功建模并完成打印。在模型中,新型冠状病毒的毛玻璃状影像特征清晰呈现,这有助于医学专家更直观地进行病例实体分析和演绎。
 
    据悉,该3D模型依照感染者确诊5天时的肺部病灶CT数据进行3D重建,由3D打印交付商形优科技依托Stratasys J750打印机和PolyJet材料制作而成,经过灵活调节肖氏硬度、透明度及色彩,逼真还原了新型冠状病毒肺部感染病例。
 
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新型冠状病毒确诊者肺部感染模型(图片来源:时尚印花)
 
    除首个肺部感染病例模型外,另有9个危重患者肺部实体模型、新型冠状病毒模型、与SARS比对模型也在紧张建模和制作中,后续有望一并交付武汉和北京相关医疗机构,用于病例分析研究。
 
“百年军工老店”七天推出3D打印医用护目镜
 
    3D打印具有快速应急生产的优势,在疫情防控等特殊时期,可实现无人化制造,还能共享数据模型,实现网络协同生产。相对于传统制造方式,在线3D打印不仅可以满足模型快速打印、低成本的需求,也满足了人们非接触式的沟通交流,最大程度降低了新型冠状病毒肺炎的传播。
 
    随着新冠肺炎疫情的持续,各地疫情定点医院医用口罩、护目镜、防护服等物资紧缺。面对严峻形势,中国兵器装备集团公司直属的国家重点保军科研生产型企业湖南云箭集团有限公司主动请战,利用自身既有3D打印技术紧急研制生产医用护目镜,支援疫情前线。
 
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3D打印产品FDM-1型医用护目镜 图片来源 现代激光工业
 
    与时间赛跑,向病毒“宣战”。作为一家“百年军工老店”,湖南云箭仅用7天就实现从零研制到定型生产首批FDM-1型医用护目镜,并在2月7日通过了长沙市市场监督局备案准入。2月10日,第一批500套产品驰援抗“疫”一线。疫情期间3D打印“不打烊”,云箭公司50余台3D打印设备正24小时不间断工作,日产护目镜超过300个。若协同调动3000台网络打印资源,日产能可突破一万个。
 
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云箭公司3D打印车间(图片来源 现代激光工业)
 
3D打印技术让制造业降本增效,从容应对劳动力波动
 
    疫情肆虐,延迟复工给我国制造业带来了不小的压力和损失。大量劳工无法按期返岗工作,这对于眼下急于开工的制造企业,尤其是中小型制造企业无疑是雪上加霜。
 
    3D打印技术作为新一代的制造技术,对传统制造企业的影响主要体现在产品研发和制造方面。在产品的设计阶段,研发人员可以借助3D打印技术制作出相应的产品模型,在缩短产品研发周期的同时,也大幅降低了产品研发成本。在产品的制造过程中,3D打印还可将传统制造流程中不必要的环节进行剔除,材料的利用率也得到了进一步提高。由于3D打印具有一次性成型的优势,打印出来的产品无需再次组装,从而缩短了产品供应链,节省了大量劳动力,还能实现无人化生产,企业能够更好地应对劳动力的波动。
 
3D打印应用场景日趋多元
 
    实际上,随着各相关技术瓶颈取得了突破性进展,3D打印易于成型、个性化定制、快速制造等商用价值逐渐显现,其应用场景也日趋多元。
 
    1.工业领域
 
    在工业领域,3D打印的应用范围可以涵盖产品的全生命周期。
 
    在产品研发环节,3D打印可用于产品概念设计、原型制作、产品评审、功能验证、制作模具原型。在制造环节,针对结构复杂、精确度较高产品的制造,例如航空航天、国防军工领域形状复杂、尺寸微细、特殊性能的零部件和构建。对于产品中的非关重件,在保障同等强度或其他性能要求下,结合3D打印技术的应用,用非金属材料替代金属材料,可大大降低制造成本、缩短制造周期、减轻零件重量。对于易损耗零部件,3D打印可以实现按需制造备件,工厂无需备货,也无需等待零件交付。3D打印在辅助制造方面的应用场景多达十几种,如工装、夹具、装配定位辅具、工具托架、托盘、质量保证的工具等等。
 
    2.医疗领域
 
    在传统的医疗行业市场中,工厂批量生产的生物材料已不能满足病人需求,而患者个体差异明显、身体组织复杂、对价格太敏感等特征,需要更加贴合病人病理特征的生物材料辅助治疗。3D打印技术凭借其个性化、小批量和高精度等优势,可以轻松解决健康产业个性化需求与生产规模之间的矛盾,例如3D打印可以为患者量身定制人造骨骼、牙齿、助听器、假肢等。
 
    3.建筑工程领域
 
    3D打印技术可用于建筑模型风洞实验和效果展示,建筑工程和施工(AEC)模拟。3D打印不需要数量庞大的建筑工人,大大提高了生产效率,可以比其他建筑方式更容易建造出高成本曲线建筑和高强度、轻质量的混凝土建筑物,如共享房屋。
 
    4.日常消费品领域
 
    现在是一个个性化的时代,基于网络的数据下载、电子商务的个性化打印定制服务越来越流行。让消费者参与到产品设计的环节,增加对产品的依恋感,从而满足消费者多元化需求,例如珠宝、服饰、鞋类、玩具、道具、创意DIY作品的设计和制造。
 
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 阿迪达斯3D打印跑鞋系列“Futurecraft 3D”(图片来源:天极网
 
    5.科研教育领域
 
    3D打印技术可用于不同学科的实验和教学,例如运用3D打印模型验证科学假设。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。
 
    此次疫情影响面之大远远超乎想象,对各行各业都带来了极为深远的影响。随着3D打印、云计算、物联网等前沿技术日趋成熟,相关产业会更加自主地把高新技术作为企业转型的主要动力,传统制造业进入了新一轮产业结构调整和技术升级时期。未来,3D打印作为一种新的制造方式供企业选择,跟其他高新技术相辅相成,能够真正满足高精度、个性化、定制化、少人化的需求,赋能企业的升级转型。
责任编辑:田耘
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