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5大特点助力4D打印成为智能制造新焦点

www.cechina.cn2019.01.02阅读 11922

  4D Printing(打印)是指用可编程物质(通常为智能复合材料)作为打印材料,通过3D打印的方式打印(制造)出三维物体。该物体能随着时间推移,在预定的激励或刺激(如遇水、冷却或者通电、光照、加热、加压)下,自我变换形状、物理属性(如结构、形态、体积、密度、色彩、亮度、弹性、硬度、导电性、电磁特性和光学特性等)或功能等。
  根据赛迪顾问的预测,正处于商业化边缘蓄势待发的4D打印市场,预计到2019年将达到6300万美元,其中走在整体市场增长最前沿的国防军工相关应用的市场份额将达到55%;而到了2025年,4D打印市场将达到5.6亿美元。在4D打印的用材方面,赛迪顾问预计到2019年,可编程碳纤维材料的市场份额将达到62%,占据4D打印材料市场的最大份额。可见,随着3D打印从概念转入生活化,4D打印的发展步伐也在日益加快,市场蓝图已经徐徐打开。

  图1 2018-2025年全球4D打印市场规模预测(亿美元)

  数据来源:Wohlers Report,赛迪顾问2018年12月

  特点一:大幅降低制造成本
  目前摆在世界各制造业强国面前棘手的问题是如何里利用现代制造技术,降低生产复杂或者个性订制工业产品的制造和装配价格。无论是基于工业4.0或者先进制造技术,生产高复杂度、高个性化产品甚至会出现随着部件的复杂程度加工装配费用同比例上涨的现象。而在4D打印技术支持下产品制造,部件与产品本身结构的难易程度将变得不再重要,因为通过对整体产品不同部件进行的一体化打印,以及可变形自组装,将让组装成本化整为零,由此最大幅度地降低产品的生产制造成本。
  特点二:降低制造技术门槛
  当前的制造不论是简单或复杂,都在一定程度上对生产工人提出了专业和熟练要求。尤其是一些专业性要求高的制造领域,其对于工人的专业技能和熟练程度都提出了较高的要求;而且技术的培养也都是需要经过多年的训练和沉淀的,中间还存在所培养技术人才流失的较大风险。4D打印技术的应用,大大降低我们对于复杂制造部件的专业技能要求,并且可以帮助我们承担相当部分的“高难度”工艺制作,从而有效降低制造的专业门槛和人才流失风险。
  特点三:有效减化制造流程
  大部分的产品通常都是由多个零部件组装而成的,而不同零部件则需要不同的设备为其配套制造。所以对于厂家来说,这不仅占据了较大的场地空间,投入成本也是水涨船高。4D打印技术则全然不同,它只需要一台打印机,根据不同的材料以及用户所设定的不同部件形态直接打印不同的部件或整体产品。若是部件打印,则可以通过自我驱动组装。
  特点四:大幅提升产品良率
  传统制造企业最常规的生产制造考核指标就是对不良产品生产率的控制,这也是决定着企业经济效益的关键指标。在4D打印时代,不良率这个名词在生产制造过程中或将走向历史的终结,而决定着产品能否满足用户需求的关键将被转移至设计端。也就是说未来决定产品是否合格的关键要素不再是制造环节,而是设计环节,由设计师决定。

  特点五:有效提升材料的选择范围
  对当今的制造技术来说,将不同原材料结合成单一产品是件比较困难的事情,因为传统的制造机器在切割或模具成型过程中不能轻易地将多种原材料融合在一起。尽管多种材料的混合注塑在一些领域已经被应用,但其成本与不良率都相对较高。4D打印技术的出现将让这一现象得到改变则不同。在4D打印的过程中,我们可以将多种不同材料通过同一台设备进行混合打印,不论是塑料、金属或是其他的合成材料,这也就意味着在不久的将来一台完整的可变形汽车将直接通过打印的方式生产制造出来。