Quais são os valores ocultos da indústria de impressão 3D a serem desenvolvidos

A tecnologia de impressão 3D, também conhecida como tecnologia de manufatura aditiva, é uma tecnologia que usa pó de metal ou plástico e outros materiais adesivos para construir objetos camada por camada com base em arquivos de modelos digitais. A impressão 3D geralmente é realizada pela impressora de material de tecnologia digital. No passado, era frequentemente usado na fabricação de moldes, design industrial e outros campos para fabricar modelos. Agora é gradualmente usado na fabricação direta de alguns produtos. Algumas empresas começaram a usar essa tecnologia para imprimir peças. A tecnologia tem sido aplicada em joalheria, calçados, design industrial, arquitetura, engenharia e construção, automotiva, aeroespacial, odontológica e médica, educação, sistemas de informação geográfica, engenharia civil, armas de fogo e outros campos.

A tecnologia de impressão 3D é baseada no modelo de design 3D do computador. Através do sistema de moldagem de controle numérico e discreto em camadas de software, o pó de metal, pó de cerâmica, plástico, tecido celular e outros materiais especiais são empilhados e ligados camada por camada usando feixe de laser, bico de fusão a quente e outros métodos e, finalmente, empilhados para formar um produto sólido.

Os materiais para impressão 3D são divididos principalmente em nove categorias:

Classe I: Materiais de resina fotossensível, incluindo principalmente resina acrílica, resina epóxi, resina de poliéster e outros materiais de resina fotopolimerizável. Tais materiais podem ser polimerizados e solidificados sob irradiação de luz ultravioleta, geralmente no estado líquido. Pode ser usado para fabricar pás, engrenagens e outras peças estruturais para a indústria aeroespacial.

A segunda categoria: materiais plásticos de engenharia, incluindo principalmente materiais ABS, materiais de policarbonato e materiais de poliamida. O material ABS tem as características de "resistente, duro e rígido", por isso tem sido amplamente utilizado em maquinário, elétrico, têxtil, automotivo, aeronáutico, naval e outras indústrias de manufatura e indústria química. Os materiais de policarbonato possuem boa resistência ao impacto, resistência à distorção térmica, boa resistência ao fogo e alta dureza, por isso são adequados para a produção de diversas peças de carros e caminhões leves, principalmente com foco em sistemas de iluminação, painéis de instrumentos, painéis de aquecimento, degeladores e pára-choques. O material de poliamida, também conhecido como material de nylon, é forte, resistente ao desgaste, autolubrificante e possui uma ampla gama de temperaturas aplicáveis. Ele substitui principalmente o cobre e outros metais não ferrosos na fabricação de peças mecânicas, químicas e elétricas, como engrenagens de bombas de combustível de motores a diesel, bombas de água, vedações de alta pressão, tubulações de óleo e assim por diante.

A terceira categoria: materiais metálicos, incluindo principalmente materiais de liga de titânio, materiais de aço inoxidável, materiais de liga de alumínio, outros materiais de metais preciosos, etc. O material de liga de titânio tem alta resistência e resistência ao calor. Em comparação com outros metais, as ligas de titânio também têm as vantagens de boa resistência à corrosão, bom desempenho em baixa temperatura e grande atividade química, por isso são amplamente utilizadas na fabricação de componentes de compressores de motores de aeronaves, foguetes, mísseis e estruturas estruturais de aeronaves de alta velocidade. peças e outros campos. Os materiais de aço inoxidável têm as vantagens de fácil soldagem, resistência à corrosão, forte polimento e resistência ao calor, e são amplamente utilizados nas áreas de construção, processamento de alimentos, restauração, fabricação de cerveja, indústria química e equipamentos médicos. Os materiais de liga de alumínio têm características de baixa densidade, baixo ponto de fusão e forte plasticidade. A liga de alumínio é a liga mais utilizada atualmente, amplamente utilizada na aviação, aeroespacial, automobilística, fabricação de máquinas, construção naval e indústria química. Outros materiais de metais preciosos, como materiais de ouro, têm características de boa condutividade, boa condutividade térmica e alta estabilidade, e são usados ​​principalmente nas áreas de eletrônica, indústria química, aeroespacial e outras áreas com requisitos especiais para materiais.

A quarta categoria: materiais cerâmicos, incluindo principalmente materiais de silicato natural, como argila e caulim, e materiais sintéticos de alta pureza, como materiais cerâmicos de óxido, materiais cerâmicos de nitreto, materiais cerâmicos de carboneto, etc. sem ponto de fusão, é difícil usar energia externa para formação direta. A maioria deles precisa ser reprocessada após a conformação (secagem, sinterização, etc.) para obter os produtos finais, o que limita a promoção de materiais cerâmicos na indústria de impressão 3D. No entanto, os materiais cerâmicos têm as vantagens que os polímeros e os materiais metálicos não possuem, como alta dureza, resistência a altas temperaturas e propriedades físicas e químicas estáveis, portanto, têm amplas perspectivas de aplicação nos setores aeroespacial, eletrônico, automotivo, energético, biomédico e outros. indústrias.

Classe V: Materiais biológicos, incluindo principalmente materiais metálicos biomédicos, materiais poliméricos biomédicos, materiais cerâmicos biomédicos e materiais bioderivados. Dentre eles, os materiais bioderivados são materiais biomédicos formados por tecidos biológicos naturais especialmente tratados, também conhecidos como materiais biorregenerativos. A aplicação de biomateriais na impressão 3D pode ser dividida em dois campos. A primeira é a aplicação de biomateriais no processamento de alimentos, embalagens de alimentos e outros campos com base em suas características de biodegradabilidade, baixo ponto de fusão, características biológicas, proteção ambiental, etc; A segunda categoria é amplamente utilizada na área médica de acordo com a reprodutibilidade, histocompatibilidade e indutibilidade, complacência mecânica e complacência de degradação de biomateriais. A aplicação de biomateriais na área médica pode ser dividida em três níveis: fabricação de próteses, fabricação tridimensional de montagem indireta de células e fabricação tridimensional direta de células.

Classe VI: materiais de borracha, que possuem uma variedade de características de material elástico, como dureza Shore A, alongamento na ruptura, resistência ao rasgo e resistência à tração, tornando-os muito adequados para aplicações em áreas que exigem superfícies antiderrapantes ou macias, como o consumidor eletrônicos, equipamentos médicos e interiores automotivos.

Classe VII: materiais de areia e cascalho, principalmente areia de quartzo. Na impressão 3D, de acordo com suas funções e características tradicionais, os materiais de areia e cascalho são usados ​​principalmente em edifícios para fazer alguns materiais de construção ou estruturas. Baixo custo, alta eficiência e proteção ambiental são as vantagens dos materiais de areia e cascalho no campo da arquitetura de impressão 3D.

A oitava categoria: material de grafeno, baseado em sp² Os átomos de carbono conectados híbridos são compactados em um novo material com uma estrutura de rede bidimensional de favo de mel bidimensional de camada única. Os materiais de grafeno possuem excelentes propriedades ópticas, elétricas e mecânicas, podendo ser utilizados para substituir diversos materiais tradicionais, sendo considerados um material revolucionário no futuro. Com o desenvolvimento da tecnologia de preparação e aplicação de grafeno, os materiais de grafeno podem ser usados ​​em produtos e campos mais a jusante. De acordo com a previsão da Academia Chinesa de Ciências, até 2024, espera-se que os dispositivos de grafeno substituam os dispositivos semicondutores de óxido de metal complementar e sejam aplicados em campos de pesquisa como dispositivos nanoeletrônicos, células químicas fotoelétricas e materiais de aeronaves ultraleves.

Categoria 9: Material de celulose, um polissacarídeo macromolecular composto de glicose, é insolúvel em água e solventes orgânicos em geral. A celulose é o principal componente da parede celular vegetal. É o polissacarídeo mais amplamente distribuído e abundante na natureza, representando mais de 50% do conteúdo de carbono no reino vegetal. Os pesquisadores se comprometeram a desenvolver métodos de impressão 3D usando celulose, e alguns avanços foram feitos. Os materiais de celulose também apresentam algumas deficiências, como alto custo, baixa escalabilidade e poluentes gerados quando combinados com plásticos.

A tecnologia de impressão 3D é dividida principalmente em nível de desktop e nível industrial. A impressora 3D de mesa é o estágio principal da tecnologia de impressão 3D, que pode explicar intuitivamente o princípio do processo da tecnologia de impressão 3D. Como as impressoras 3D de mesa são relativamente baratas, fáceis de transportar, fáceis de operar, etc., suas aplicações concentram-se principalmente em residências, escritórios e outros locais. As impressoras 3D industriais são divididas principalmente em máquinas de prototipagem rápida e máquinas de fabricação direta de produtos. A impressora 3D industrial pode atender melhor aos requisitos de produção de alta precisão e de curto prazo em termos de produção em massa de moldes, peças de metal, etc. estruturas precisas que não podem ser concluídas pelo processamento mecânico tradicional e eliminam processos de fabricação desnecessários para obter a utilização total dos materiais.

O surgimento da tecnologia de impressão 3D reduziu a complexidade da fabricação de produtos, expandiu o escopo de produção e fabricação, encurtou o tempo de produção e fabricação, melhorou a eficiência da produção, melhorou a utilização de matérias-primas e melhorou a precisão das especificações do produto. Ao mesmo tempo, a tecnologia de impressão 3D atende às necessidades dos clientes para personalização personalizada e pode desenvolver produtos mais diversificados.

A indústria de impressão 3D da China também tem algumas deficiências. Devido às limitações de nível técnico e nível de equipamento, as empresas de impressão 3D na China só podem processar e fabricar pequenas peças em pequenos lotes, o que é difícil de substituir o processamento e fabricação em larga escala e em grandes lotes. Por outro lado, o problema da escassez de materiais de impressão 3D que atormenta a China não foi resolvido. A principal fonte de materiais ainda depende das importações dos Estados Unidos, o que faz com que o pequeno número de empresas de impressão 3D da China enfrente alta pressão de custos, limitando a escala e o escopo de aplicação da indústria de impressão 3D da China.

A indústria de impressão 3D é uma indústria muito promissora. Com o aumento contínuo da população mundial, a demanda por moradias continuará aumentando, o que inevitavelmente levará à melhoria da altura de construção de moradias no futuro. A melhoria da altura do edifício melhorará muito os requisitos de tecnologia de construção, padrões de mão de obra e materiais; Ao mesmo tempo, o risco de construção aumentará exponencialmente. A tecnologia madura da casa de impressão 3D pode evitar o risco de construir edifícios altos manualmente, reduzir a dificuldade de construir edifícios altos e melhorar a eficiência da construção de edifícios altos. Por outro lado, com a exploração contínua do universo e o progresso contínuo da ciência e da tecnologia, é possível estabelecer uma base ou emigrar para outros planetas no futuro. A tecnologia de impressão 3D madura pode ser usada nas futuras atividades de "colonização interestelar" para atender às necessidades de fabricação dos astronautas no espaço interestelar e também reduzir a dificuldade na preparação de atividades relacionadas ao interestelar.

A aplicação da tecnologia de impressão 3D certamente não se limita àquelas que conhecemos agora. O valor oculto desta indústria no futuro ainda precisa ser desenvolvido.