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我國增材制造產業化進程加速推進



隨著我國第一臺自行研發及制造的商用飛機——C919首飛成功,我國的航空工業翻開了嶄新的一頁。在C919研發和制造過程中,運用了多個3D打印技術以及特殊金屬材料制造的客機零部件,業內專家表示,“中國航空業應用3D打印技術的成功案例將會成為中國制造業的一個模范,國產大型客機C919的品牌效應將推動創新技術的應用和發展,更多企業有望在制造過程中使用3D打印技術。

  俗稱的3D打印,正是《中國制造2025》總體規劃中提到的增材制造。增材制造技術是采用材料逐漸累加的方法制造實體產品的技術,相對于傳統的減材制造,是一種“自下而上”的制造方法。增材制造可對整體制造業產生強大的推動力,促進制造業轉型升級,特別是高端制造業領域,例如高鐵、汽車等,朝智能制造的方向發展。因此增材制造成為各國新一輪科技革命和產業變革的必爭之地。

  我國增材制造技術經過多年,尤其是近幾年的發展,已經從概念、趨勢、科研技術的打造,即將進入了產業化的階段。目前我國已經形成了一定的技術基礎,在部分領域形成了局部技術優勢,突破了一批關鍵工藝技術和裝備,產業化進程明顯加速。

  打開航空制造一扇窗

  C919的中央翼緣條(鈦合金結構件)便是增材制造的成果,尺寸3070毫米,重量196千克,是國產機型首次在設計驗證階段利用3D打印技術制備承力部件,在國際民機的設計生產中亦屬首次。

  在C919的設計驗證階段,中央翼緣條的成功試制貢獻巨大,傳統工藝6個月才能完成的制造工作,增材制造僅用25天便全部完成,實現了新產品的快速開發。

  中央翼緣條是目前國際上一次連續成形尺寸最大的金屬3D打印零部件,力學性能通過商飛“五項性能測試”,強度一致性顯著優于國際巨頭美國波音公司標準。測試實驗得到商飛“其性能略好于鍛造件”的高度認可。

  鈦合金應用量是現代飛機先進性的一個代表性指標,我國在大型鈦合金結構件的制造技術能力上同歐美相比差距較大,在滿足飛機制造需求方面還存在嚴重的技術困難,而類似C919上中央翼緣條的金屬3D打印技術為鈦合金零部件的加工提供了新的技術途徑,也為中國航空制造打開了一扇新窗。

  中央翼緣條的生產廠商——西安鉑力特激光成形技術有限公司是中國規模最大、技術實力最強的金屬增材制造技術全套解決方案提供商,服務包括:定制化產品、設備、原材料、技術服務。目前,鉑力特已與中國商飛、中航工業集團、中國航天集團、中核集團、中船重工、中國石油、第四軍醫及空中客車、法國賽峰集團、GE等多家國內外知名企業建立了穩固的合作關系。

  近年來我國航空工業越來越多的使用到增材制造技術,也催生了一批代表性的企業。僅C919上,便裝載幾十種3D打印零部件。

  中國工程院院士、國家增材制造創新中心主任盧秉恒在接受中國工業報采訪時表示,航空工業的大型復雜結構件,使用傳統工藝切削加工,切除的材料達到95%~97%,這些材料往往十分昂貴。“相比而言,增材制造僅在需要的地方堆積材料,材料利用率接近100%。可以說,增材制造打印大大節約了材料和制造成本,在航空航天裝備研發及制造中有極其重要的價值。”

  盧秉恒進一步表示,“除了新造外,增材制造對高價值的原件修復件作用也很明顯,比如對飛機發動機葉片等的修復。增材制造技術就可以用極少的代價,延長產品的生命周期。”

  工業應用爆發式增長

  不僅是航空航天,增材制造在汽車、機械裝備等領域零部件模具開發等領域的運用成效更加顯著。

  13年來致力于提供3D掃描、3D打印、3D檢測完整的數字化制造綜合解決方案的先臨三維,目前擁有20余款自主研發的裝備,既有前沿高端的金屬3D打印機、生物細胞3D打印機,機器人全自動三維檢測系統、齒科三維數字化系統等,也有走進千家萬戶的消費級3D打印機和3D掃描儀。

  該公司生產的EP-M250金屬3D打印機直接打印定制化排氣管成為3D云打印的典型,已在福特野馬車型上進行裝配試用。

  該公司負責人介紹,由于受傳統焊接技術限制,傳統排氣管制作工藝遇到了空氣流動設計簡單,復雜化設計難以實現等技術瓶頸。目前市場上汽車排氣管的氣體流動形式一直是以平面設計流動為主,造成了空氣流動性差,動力損失較大的問題。國內某汽車改裝廠商就委托該公司定制一款3D打印排氣管,用于動力改進。

  3D打印定制化排氣管具有聲浪更渾厚、重量減輕、動力更有保證的優點。更值得一提的是,該項目由于采用了分布式云打印的形式,利用先臨三維在威海、重慶、海門等各地服務中心的設備閑置時間,進行分布式3D打印,既增加了各地設備的利用率,也實現了項目的快速交付。

  據了解,先臨三維在杭州、南京、威海、珠海、佛山、重慶、溫州、海門等地建有10余個線下3D打印服務中心,構建起了以自己技術為支撐,從設計到制造、線上線下的互聯網+3D打印”裝備、材料、數據、服務“完整生態圈,目前公司產品和服務已累積進入70多個國家和地區。公司成為目前國內唯一一家具備3D數字化和3D打印全產業鏈,并成功運用“互聯網+”戰略構建線上線下完整生態圈的企業。在規模和綜合實力方面實現行業第一。

  目前,在工業領域,增材制造技術的應用已從簡單的概念模型、功能型原型制作向功能部件直接制造方向發展,正滲透到復雜結構件設計及制造領域。同時,在造型評審、設計驗證、復雜結構零件、多材料復合零件、輕量化結構零件、定制專用工裝、表面修復、個性換裝件等方面的應用越來越多,在汽車、航海等重點領域應用市場前景廣闊,具備爆發式增長的潛力。

  創新開啟生命科學

  “增材制造是引領制造創新的共性技術,也是項顛覆性創新技術。”盧秉恒表示,該技術可在產品快速開發、產品的個性化定制、創新產品結構,釋放設計創新空間等方面起到非常大的作用。同時從多種材料功能應用上,也使得技術發展從增量走向增材,從增材走向創材,引領材料科技創新,并最終從創材走向創生,開啟生命學創新。

  “大部分設備可打印非活體組織,但打印活體組織,并在無菌條件下直接植入人體,卻是新的挑戰。”在廣州開發區的邁普再生醫學科技有限公司(下稱“邁普醫學”)董事長袁玉宇告訴《中國工業報》記者這正是該公司全力進行技術攻關的領域,也是世界亟待解決的難題之一。

  因開發出中國首個進入全球高端市場的再生型植入類醫療器械產品——睿膜,邁普醫學逐漸被大眾所熟知。然而,高精度的3D打印產品有賴于好的3D打印設備。為了突破設備的限制,邁普醫學近年來開始進軍3D打印產業鏈上游——自主開發生物3D打印裝備,突破設備的瓶頸。

  作為中國首家運用生物3D打印技術開發植入醫療器械的高新技術企業,邁普醫學深知原始創新的重要性。未來,他們還有更大的計劃——做中國生物3D打印的“黃埔軍校”,對來自全國各地的醫療人才進行全方位的深度培養。

  在生物醫療領域,增材制造技術可滿足個性化、小批量、大規模的醫療需求,已經廣泛應用在體外醫療器械制造領域,如齒科、手術導板等領域,現正向著個性化永久植入物、臨床修復治療和藥物研發試驗等領域擴展,未來將致力于生物組織、器官的直接打印。

  正如互聯網改變了信息傳播與購物方式,增材制造技術正在給制造方式和我們的生活帶來革命性的變化,其產業化進程明顯加速。

  即將于7月28日在杭州國際博覽中心盛大開幕的2017中國增材制造大會暨展覽會上,將有近300家增材制造相關企業集中亮相,同時有600多家來自航空航天、機械、汽車、能源、醫療、教育等重點應用領域的用戶單位也將應邀蒞臨現場合作洽談,規模預計為20000平米。

  該展會由工業和信息化部、浙江省人民政府指導,由中國電子信息產業發展研究院、浙江省經濟和信息化委員會和杭州市人民政府聯合主辦,該展會將以“增材制造,智造新動能”為主題,集中系統地展示我國增材制造產業鏈發展成果。

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