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快速成型制造技术的发展

2018-02-06 点击量:794

快速成型制造技术的发展

  经过20多年的研究、开发和应用,在新的技术、方法和应用的推动下,快速成型制造(AdditiveManufacturing,AM)领域不断发展,越来越多的工业部门和地区开始应用快速成型技术。快速成型制造工艺已经对设计和加工产生了巨大影响,这种影响在今后还将越来越大。
  快速成型是指一组制造技术,用于构建物理模型、原型、铸模、模具组件和最终产品——包括利用三维CAD数据、三维扫描系统、医疗扫描装置或视频游戏开发的所有产品。与本质上是去除材料的机械加工过程不同,快速成型制造是通过加入流体、粉末或片材以形成物体。该技术可以制造出用任何其它方法很难完成甚至不可能完成的零件。基于从三维计算机模型中截取的水平薄截面,快速成型系统可以逐层构建塑料、金属、陶瓷或复合材料零件。
  过去一年(2008年)的发展情况很值得关注。有许多新产品——从材料到新设备——发布上市。2008年第三季度,设备制造商开始发现销量下降,然后经济下滑变得十分明显。由于有经常性的耗材和服务收入,已经在市场上销售安装了大量加工系统的AM设备制造商被认为更好地经受住了这次金融风暴的冲击。
  共有29家加工系统制造商和65家服务供应商对“2009年度沃勒斯报告”的调查做出了回应。这94家公司代表了约5000多家用户和客户,并且基于对这些客户的了解,提供了相关信息。根据调查结果,企业采用AM技术进行功能建模的应用正在增加,而功能建模是该技术的首要用途。同时,直接零件制造也从7年前几乎为零增长为AM技术的第二大用途。
  2008年,不少公司都有新型AM系统上市。EOS(德国慕尼黑)、ObjetGeometries(以色列雷霍沃特)、McorTechnologies(爱尔兰阿迪)、MTTTechnologiesGroup(英国斯塔福德郡)以及3家美国公司——Optomec(新墨西哥州阿尔布开克)、3DSystems(南卡罗来纳州滚石山)和Z公司(马萨诸塞州伯灵顿)等都推出了新机型。在2008年第四季度,当化工巨头Huntsman先进材料公司(瑞士巴塞尔)宣布开发出一种全新的快速制造工艺和机床时,很多人都感到吃惊。2009年初,Stratasys公司(明尼苏达州伊甸草原)推出了基于融熔沉积成型(FDM)技术、售价14900美元的uPrint系统。ReaLizer(德国博尔兴)和BitsfromBytes公司(英国北萨姆塞特)也在2009年推出了新系统。
  2001年,3DSystems公司曾是销售量冠军,估计售出了415台机器。而在接下来的两年中,该公司的销售量却显著减少。2003年,Stratasys接替3DSystems成为安装机器数量最多的公司,并从此不断扩大其领先地位。到2008年底,Stratasys公司已经售出了11366套FDM系统,与之相比,3DSystems公司的销售量估计为4274套。到2008年,Z公司的销售量累计达到4975套,超过3DSystems,成为世界上AM系统安装数量第二多的公司。
  2008年,EOS和3DSystems公司生产的激光烧结系统占到被服务提供商(亦称服务中心)所购买AM系统的28%。ObjetGeometries公司生产的AM系统也受到服务提供商的青睐,跻身于最受欢迎的系统之列。尽管该公司产品仅占AM系统安装总数的3%,但却占到2008年服务提供商群体新购买AM系统的12%。
  2008年,一些国家的AM系统年度安装量达到100套以上,呈现出两位数的增长。例如,中国增长了39.7%,法国增长了29.2%,德国增长了23.6%,而英国增长了15.6%。相比之下,美国增长了4.4%,而日本却令人吃惊地下降了56.8%。从2007年到2008年,有少数年安装量较小的国家经历了强劲增长,其中包括巴西(从23套增至42套)、墨西哥(从22套增至35套)、瑞典(从47套增至70套)和荷兰(从40套增至67套)。
  自快速成型制造系统首次推出以来,有一些服务提供商一直从事这一行业,为那些不愿为此项新技术投资,或尚未证明有必要购买一套系统的企业提供零件制造服务。
  然而,在过去几年间,服务提供商不得不在更强调降低成本和缩短上市时间的商业环境中进行竞争。他们还面临以下挑战:要在AM系统成本不断降低,且越来越安全和易于操作的环境下向客户提供价值。
  虽然服务提供商在该行业中继续发挥着重要作用,但这种作用的性质正在发生变化。在20世纪90年代,服务提供商提供的许多服务(如概念模型)主要是由安装在用户厂内的系统完成的。
  为了适应需求的不断变化,多数服务提供商已经改变了提供服务的类型。
  一种以消费者为目标的新型服务提供商正在脱颖而出。总部位于荷兰埃温霍芬的Shapeways公司就是一个很好的例子。该公司是菲利浦电子公司孵化器计划的一部分。这个比较新的公司允许客户上传产品设计图,然后它采用AM技术进行制造,并将产品运送给客户。虽然该方法听起来与传统AM服务提供商的做法很相似,但不同之处在于,Shapeways公司的服务重点是消费市场。
  此外,该公司  经过20多年的研究、开发和应用,在新的技术、方法和应用的推动下,快速成型制造(AdditiveManufacturing,AM)领域不断发展,越来越多的工业部门和地区开始应用快速成型技术。快速成型制造工艺已经对设计和加工产生了巨大影响,这种影响在今后还将越来越大。
  快速成型是指一组制造技术,用于构建物理模型、原型、铸模、模具组件和最终产品——包括利用三维CAD数据、三维扫描系统、医疗扫描装置或视频游戏开发的所有产品。与本质上是去除材料的机械加工过程不同,快速成型制造是通过加入流体、粉末或片材以形成物体。该技术可以制造出用任何其它方法很难完成甚至不可能完成的零件。基于从三维计算机模型中截取的水平薄截面,快速成型系统可以逐层构建塑料、金属、陶瓷或复合材料零件。
  过去一年(2008年)的发展情况很值得关注。有许多新产品——从材料到新设备——发布上市。2008年第三季度,设备制造商开始发现销量下降,然后经济下滑变得十分明显。由于有经常性的耗材和服务收入,已经在市场上销售安装了大量加工系统的AM设备制造商被认为更好地经受住了这次金融风暴的冲击。
  共有29家加工系统制造商和65家服务供应商对“2009年度沃勒斯报告”的调查做出了回应。这94家公司代表了约5000多家用户和客户,并且基于对这些客户的了解,提供了相关信息。根据调查结果,企业采用AM技术进行功能建模的应用正在增加,而功能建模是该技术的首要用途。同时,直接零件制造也从7年前几乎为零增长为AM技术的第二大用途。
  2008年,不少公司都有新型AM系统上市。EOS(德国慕尼黑)、ObjetGeometries(以色列雷霍沃特)、McorTechnologies(爱尔兰阿迪)、MTTTechnologiesGroup(英国斯塔福德郡)以及3家美国公司——Optomec(新墨西哥州阿尔布开克)、3DSystems(南卡罗来纳州滚石山)和Z公司(马萨诸塞州伯灵顿)等都推出了新机型。在2008年第四季度,当化工巨头Huntsman先进材料公司(瑞士巴塞尔)宣布开发出一种全新的快速制造工艺和机床时,很多人都感到吃惊。2009年初,Stratasys公司(明尼苏达州伊甸草原)推出了基于融熔沉积成型(FDM)技术、售价14900美元的uPrint系统。ReaLizer(德国博尔兴)和BitsfromBytes公司(英国北萨姆塞特)也在2009年推出了新系统。
  2001年,3DSystems公司曾是销售量冠军,估计售出了415台机器。而在接下来的两年中,该公司的销售量却显著减少。2003年,Stratasys接替3DSystems成为安装机器数量最多的公司,并从此不断扩大其领先地位。到2008年底,Stratasys公司已经售出了11366套FDM系统,与之相比,3DSystems公司的销售量估计为4274套。到2008年,Z公司的销售量累计达到4975套,超过3DSystems,成为世界上AM系统安装数量第二多的公司。
  2008年,EOS和3DSystems公司生产的激光烧结系统占到被服务提供商(亦称服务中心)所购买AM系统的28%。ObjetGeometries公司生产的AM系统也受到服务提供商的青睐,跻身于最受欢迎的系统之列。尽管该公司产品仅占AM系统安装总数的3%,但却占到2008年服务提供商群体新购买AM系统的12%。
  2008年,一些国家的AM系统年度安装量达到100套以上,呈现出两位数的增长。例如,中国增长了39.7%,法国增长了29.2%,德国增长了23.6%,而英国增长了15.6%。相比之下,美国增长了4.4%,而日本却令人吃惊地下降了56.8%。从2007年到2008年,有少数年安装量较小的国家经历了强劲增长,其中包括巴西(从23套增至42套)、墨西哥(从22套增至35套)、瑞典(从47套增至70套)和荷兰(从40套增至67套)。
  自快速成型制造系统首次推出以来,有一些服务提供商一直从事这一行业,为那些不愿为此项新技术投资,或尚未证明有必要购买一套系统的企业提供零件制造服务。
  然而,在过去几年间,服务提供商不得不在更强调降低成本和缩短上市时间的商业环境中进行竞争。他们还面临以下挑战:要在AM系统成本不断降低,且越来越安全和易于操作的环境下向客户提供价值。
  虽然服务提供商在该行业中继续发挥着重要作用,但这种作用的性质正在发生变化。在20世纪90年代,服务提供商提供的许多服务(如概念模型)主要是由安装在用户厂内的系统完成的。
  为了适应需求的不断变化,多数服务提供商已经改变了提供服务的类型。
  一种以消费者为目标的新型服务提供商正在脱颖而出。总部位于荷兰埃温霍芬的Shapeways公司就是一个很好的例子。该公司是菲利浦电子公司孵化器计划的一部分。这个比较新的公司允许客户上传产品设计图,然后它采用AM技术进行制造,并将产品运送给客户。虽然该方法听起来与传统AM服务提供商的做法很相似,但不同之处在于,Shapeways公司的服务重点是消费市场。
  此外,该公司还提供一种“创造者”工具包,据说可使那些不熟悉传统设计工具的消费者更便于创作定制产品。其价格从制造一个戒指或钥匙链的几美元到一个半定制灯的100美元,较大的零件可能价格也较高。
  除了日本以外,快速成型技术在亚洲的发展远远落后于美国和欧洲。亚州企业到20世纪90年代末才开始试验性地应用该技术。在亚州,大多数AM系统都安装在技术转让中心、高等院校和培训机构。
  快速成型技术正在对一些企业制造产品的方式产生重大影响。这些企业(有一些规模非常小)正在成功地应用该技术生产最终成品。沃勒斯报告认为,这种应用方式将会不断增多,最终将在资金投入总量上超过AM技术在其它方面的应用。今后,许多企业将使用AM技术制造各种定制产品、限量版产品和替换零件。企业还将应用AM技术进行零件数量从几件到数千件的小批量和大批量生产。
  随着牙科市场继助听器市场之后开始采用AM技术,用AM系统直接制造零件的应用在不断增多。这两个市场的不同之处在于,牙科市场比助听器市场大许多倍。此外,直接金属烧结/熔融技术正被视为生物医学和航空航天领域一种可行的、具备生产能力的加工工艺。许多企业正在研究这些工艺。
  来自各个领域的消费者第一次可以购买到用AM系统生产的、数量庞大的定制消费产品。例如,2008年10月,由前微软副总裁EdFries创立的FigurePrintsLLC公司(华盛顿州雷蒙德)采用AM系统为“魔兽世界”游戏玩家们生产了1700个定制产品,此时距该公司推出这项制造服务仅有10个月。2008年11月,由Genometri公司(新加坡)设立的JuJups.com网站推出了另一种面向消费者的服务,开始使用AM技术定制圣诞节装饰品。
  从事AM业务的企业对AM技术应用于零件制造的未来增长前景持乐观态度。在对该主题的调查应答中,来自世界各地、代表数千个AM技术用户和消费者的受访公司认为,在5年之内,AM零件制造将占到其业务量的35.9%;在10年之内,这一比例将会超过一半(50.5%)。而在2008年,AM零件制造仅占这些受访公司业务量的15.6%。
  快速成型制造方法正在开创限量版产品和独一无二产品的新市场。同时,该技术也使一些公司和个人重新思考其产品开发和投放市场的方式。此外,一种有别于传统制造工厂的新型制造商正在脱颖而出。这种新型制造商正在按需生产定制的、个性化的产品。
  现在,几乎任何人在几乎任何地方都可以成为制造商。所需要的基础装备仅仅是一个互联网连接,以及访问一台或多台AM系统。因此,一些重大的、有意思的发展趋势正变得越来越明朗。还提供一种“创造者”工具包,据说可使那些不熟悉传统设计工具的消费者更便于创作定制产品。其价格从制造一个戒指或钥匙链的几美元到一个半定制灯的100美元,较大的零件可能价格也较高。
  除了日本以外,快速成型技术在亚洲的发展远远落后于美国和欧洲。亚州企业到20世纪90年代末才开始试验性地应用该技术。在亚州,大多数AM系统都安装在技术转让中心、高等院校和培训机构。
  快速成型技术正在对一些企业制造产品的方式产生重大影响。这些企业(有一些规模非常小)正在成功地应用该技术生产最终成品。沃勒斯报告认为,这种应用方式将会不断增多,最终将在资金投入总量上超过AM技术在其它方面的应用。今后,许多企业将使用AM技术制造各种定制产品、限量版产品和替换零件。企业还将应用AM技术进行零件数量从几件到数千件的小批量和大批量生产。
  随着牙科市场继助听器市场之后开始采用AM技术,用AM系统直接制造零件的应用在不断增多。这两个市场的不同之处在于,牙科市场比助听器市场大许多倍。此外,直接金属烧结/熔融技术正被视为生物医学和航空航天领域一种可行的、具备生产能力的加工工艺。许多企业正在研究这些工艺。
  来自各个领域的消费者第一次可以购买到用AM系统生产的、数量庞大的定制消费产品。例如,2008年10月,由前微软副总裁EdFries创立的FigurePrintsLLC公司(华盛顿州雷蒙德)采用AM系统为“魔兽世界”游戏玩家们生产了1700个定制产品,此时距该公司推出这项制造服务仅有10个月。2008年11月,由Genometri公司(新加坡)设立的JuJups.com网站推出了另一种面向消费者的服务,开始使用AM技术定制圣诞节装饰品。
  从事AM业务的企业对AM技术应用于零件制造的未来增长前景持乐观态度。在对该主题的调查应答中,来自世界各地、代表数千个AM技术用户和消费者的受访公司认为,在5年之内,AM零件制造将占到其业务量的35.9%;在10年之内,这一比例将会超过一半(50.5%)。而在2008年,AM零件制造仅占这些受访公司业务量的15.6%。
  快速成型制造方法正在开创限量版产品和独一无二产品的新市场。同时,该技术也使一些公司和个人重新思考其产品开发和投放市场的方式。此外,一种有别于传统制造工厂的新型制造商正在脱颖而出。这种新型制造商正在按需生产定制的、个性化的产品。
  现在,几乎任何人在几乎任何地方都可以成为制造商。所需要的基础装备仅仅是一个互联网连接,以及访问一台或多台AM系统。因此,一些重大的、有意思的发展趋势正变得越来越明朗。

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