3D印表機─複合化浪潮的到來

作者:中山 力   |   2015 / 01 / 31

文章來源:日經技術   |   圖片來源:日經技術


【日經BP社報導】最近幾年,3D印表機的關注度大幅提高。設備方面,低於新台幣25000元的低價機及可加工食品的3D印表機等問世,兼具切削加工及3D掃描器功能的複合化趨勢也備受關注。涉足3D印表機相關業務的日本企業也越來越多。應用方面,3D印表機不僅用於試製用途,還用來製造最終產品。

與切削加工結合

對製造業形成巨大衝擊的是金屬3D印表機中出現了很多與切削加工相結合的產品。在2014年10月底至11月舉行的“JIMTOF 2014(第27屆日本工具機展)”上,具有3D列印/AM(Additive Manufacturing,附加製造)功能的工具機紛紛發佈,備受關注。

工具機上配備的3D列印/AM技術主要分為兩種方式。一種是將整平的金屬粉末用雷射燒結、只使截面形狀部分熔化和凝固的方式(粉末床熔化方式),另一種是一邊從噴嘴向工件噴射金屬粉末,一邊用雷射使其熔化凝固的方式(沉積方式)。

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利用沙迪克的金屬3D印表機製造的,用來對寶特瓶預成型坯進行成型的模具樣品,內部有複雜的冷卻管。

與3D掃描器結合

眾所週知,3D印表機是可在短時間內以低成本製造單件產品及少量產品工具。能一體成型的做出用原來方法很難實現的複雜形狀也是其一大優點。但在材料的種類、尺寸精度和表面粗糙度方面,卻有不如原有製造方法的地方。尤其在尺寸精度和表面粗糙度方面,而切削加工具有很大的優勢。

於是,出現了具有3D印表機和切削加工兩種功能的機器。將粉末床熔化方式與切削加工結合起來的裝置原本是松下內部開發的。松浦機械製作所獲得松下授權後,實現了產品化並開始銷售。2014年,沙迪克也獲得了松下的授權實現了產品化。而沉積方式方面,則由工具機廠商將海外開發的技術融合到了自家產品中。

除了與切削加工相結合外,還出現了兼具3D掃描器功能的3D印表機。三緯日本公司於2014年11月上市的“da Vinci 1.0 AiO”融合了3D掃描器和3D印表機兩種功能,可以當做3D複印機使用,而該公司以不到新台幣2萬元的低價在日本市場推出了不帶3D掃描器功能的3D印表機,也受到了關注。

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 da Vinci 1.0 AiO的內部。位於旋轉臺右下角和左上角的黑色盒狀部位有掃描用感測器,上方是3D印表機使用的造型臺(掃描時退避)。

3D印表機向大眾普及所面臨的瓶頸之一是很難製作3D數據。根據實物製作3D數據的3D掃描器有助於消除該瓶頸。三緯公司的3D印表機呈線狀向對象物照射紅色雷射,然後利用CCD攝影鏡頭拍攝以識別形狀。除此以外,3D掃描還有很多方式,從事3D掃描器的3D印表機廠商也越來越多。今後,3D掃描器也將得到大幅推廣。

日本廠商紛紛涉足

2014年也是日本廠商紛紛涉足3D印表機業務的一年,除上述推出複合機的工具機廠商外,日本武藤工程及羅蘭(Roland DG)等也自行開發出了3D印表機。羅蘭公司雖然沒有推出複合機,但備有作為該公司原產品的切削加工機和3D印表機兩種產品,可以分別利用其特點進行產品製造。

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3D印表機“ARM-10”(日本羅蘭公司)

雖然具體時間和內容未定,佳能(Canon)和理光(RICOH)等日本知名印表機廠商不久也將涉足3D印表機領域。佳能在2014年3月10日召開的“2014年經營方針說明會”上宣佈,作為新業務之一,正在自主開發3D印表機,佳能代表董事會長兼社長禦手洗富士夫指出:「如果能發揮佳能的優勢順利開展業務,將成為未來的一大支柱」,對自主開發的3D印表機寄予厚望。

理光於2014年9月宣佈涉足3D印表機相關業務。最初將從事其他公司產品(3D印表機及消耗品)的銷售、維護服務、造型服務及產品製造諮詢等。雖然未表示專注於自主開發,但未來也打算自主製造3D印表機。

雖不是日本企業,美國惠普宣佈正在開發“Multi Jet Fusion”這種新方式的3D印表機,今後將受到很大的關注。

日本開發國產3D印表機的國家計畫也已啟動。日本裝置廠商、材料廠商、用戶企業及研究機構等已結成研究聯盟,著手研究。開發對象主要分為製造砂模的3D印表機和製造金屬部件和模具的3D印表機。在金屬3D印表機方面,上述的粉末床熔化方式分為雷射式和電子束式兩種,另外還在開發沉積方式的3D印表機。目標是5年後,造型速度達到現有產品的10倍,精度達到現有產品的5倍。

作為稍微特殊一點的3D印表機,MicroJet公司開發的“MateriART-3D”值得關注。這是一款特殊的3D印表機,除了試製品及部件的造型之外,還可用於3D印表機材料的開發。擁有特殊噴嘴,可作為造型材料噴射光硬化性樹脂的3D印表機、對粉末材料噴射黏合劑的3D印表機及各種材料的開發中可以使用。

用作產品製造裝置

將3D印表機作為產品製造裝置使用的做法也推廣開來。過去在航太領域已有利用3D印表機製造金屬部件及射出成形用模具的例子,如今用3D印表機製造樹脂部件的例子也越來越多。

例如美國Google公司的開發項目“Project Ara”,通過將模組插入名為“endoskeleton”的框架中,可以組裝出用戶喜歡的智慧手機。該Project Ara項目正計劃用3D印表機製造各模組的外裝部件,美國3D Systems公司正在開發這種3D印表機。這種3D印表機不轉動列印頭而是將造型物放在輸送帶上移動,造型效率可比以前高得多。

3D Systems公司在EuroMold 2014上沒有打出Project Ara的旗號,而是以“Continuous High-Speed Fab-Grade Printing”為題,播放了併排擺放很多3D印表機用來製造多色樹脂部件的系統的解說視訊。另外,還展出了全彩的多種部件的樣品。據該公司的解說員介紹,使用3D印表機生產外裝部件在技術層面上已達到可實現水準,預計到Project Ara實用化後的2016年,就可以作為通用系統廣泛提供了。

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利用3D印表機製造的EV車體

在2014年9月於美國芝加哥舉行的“IMTS(通稱芝加哥國際製造技術展覽會)”上,美國Local Motors公司在會期內用3D印表機製造出碳纖維增強樹脂基複合材料(CFRP)的車體,然後將部件組裝起來,在最後一天進行了行駛演示。

在日本國內,將3D印表機作為製造裝置使用的做法也逐漸推廣開來,比如:三菱重工考慮使用3D印表機製造新一代火箭,銷售用3D印表機製造的飾品等的市場也越來越多。有了創意之後,使用3D印表機製造的可能性非常大。2015年會出現哪些應用事例,值得期待。(記者 中山 力)

日經技術在線授權轉載》

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