新技术重塑制造业格局 3D打印机器人成新趋势

发表于 2016-7-31 10:08:21 显示全部楼层 0 7001

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3D打印最大的优势在于较高的产品精度以及生产效率,并且整个打印过程无需实时操作从而大大降低了人工费用,但是专业级3D打印机价格较为高昂,少则几十万多则几百万,同时材料的成本也不低,再加上材料无法循环利用,这些都是让企业望而却步的原因。

随着3D打印的普及以及技术的进展,到2016年,企业级的3D打印机的价格将会掉到2000美元。跟大多数新兴技术一样,价格下降、省时省钱、性能改进、能力提升,技术的逐步进展会让这一设备从小生态市场发展成被普遍接受。

近日,美国一教授利用3D打印设备一天时间打印出一座房子来,并引起建筑界的震惊,3D打印近年来发展十分迅速,预计对于一些高端制造业会产生巨大的冲击,像航空航天、高端装备、建筑等。

超级机器人造房只需24小时
近日,美国航空航天局出资与美国南加州大学合作,最新研发出“轮廓工艺”3D打印技术,24小时内就可以印出大约232平方米的2层楼房子,只要一个按键就可以操控机械打印出房子。由于大大节约了建筑时间和建筑成本,该技术让人类可以在移民月球或火星后可以就地取材,快速并且批量打印出“外星屋”。有中国网友调侃称,“轮廓工艺”技术或成打压房价的神器,从此北上广的“蚁族”们再也不必蜗居地下室了。

据报道,美国南加州大学的“轮廓工艺”3D打印技术项目,系由美国航空航天局出资赞助的。据“轮廓工艺”项目负责人、南加州大学教授比赫洛克·霍什内维斯介绍,
“轮廓工艺”其实就是一个超级打印机器人,其外形像一台悬停于建筑物之上的桥式起重机,两边是轨道,而中间的横梁则是“打印头”,横梁可以上下或者前后移动,进行X轴和Y轴的打印工作,然后一层一层地将整栋房子打印出来。

令人称奇的是,“轮廓工艺”的工作速度非常快,在24小时之内就能打印出一栋2层楼高、2500平方英尺(约合232平方米)的房子。“轮廓工艺”3D打印技术目前已经可以使用水泥混凝土作为材料,按照设计图的预先设计,利用3D打印机喷嘴喷出的高密度、高性能混凝土,逐层打印出一道道墙壁和隔间、装饰等,再利用机械手臂完成整座房子的基本架构。全程由计算机程序操控。

据介绍,为了节省建筑材料,“轮廓工艺”机器人打印出来的墙壁是空心的,虽然质量更轻,但它们的强度系数约为10000psi(即每平方英寸能够承受10000磅压力)—远远超过了传统房屋的墙壁,而且节省了20%-25%的资金和25%-30%的材料。而最大的节省还来自人力,通过使用3D打印机,“轮廓工艺”将节省45%到55%的人工,相应地也会使用更少的能源,排放更少的二氧化碳,不仅大大降低了成本,而且大大提高了速度。

该机器人不仅可负责打印外墙,铺地板、水管、电线,甚至连上漆、贴墙纸也一手包办,但它并不能完全取代工人,住宅建筑的许多部分,诸如水电、供热管道、门窗和吊顶等仍需要借助人力手工完成安装。虽然“轮廓工艺”技术还存在一些不足,但是它的诞生意味着在这个领域也会有许多全新工种的诞生。目前,该项目已经获得众多建筑机构和公司的关注。

值得一提的是,“轮廓工艺”技术不仅仅被局限在地球使用,还可以运用于外太空。据联合国估计,2050年全球人口将达到史无前例的96亿人,地球居住空间将更为拥挤,荷兰非营利组织“火星一号”从20万报名者中挑出1058人,参加移民火星训练,预计将挑选出24位移民者,2024年分成6个梯次依序升空到火星居住。而人类未来若要移居其他星球,解决住宅问题可谓首要任务。

霍什内维斯教授称,如果未来人类若要在月球上建造栖息地,九成建材有望取自月球土壤,而其余材料则或需由宇宙飞船从地球运往月球。由于“轮廓工艺”可以更快速、更环保地批量建造出适合人类居住的建筑,可以想见,随着这项前沿技术趋于纯熟,“太空移民”有望过着更舒适的生活。

3D打印机器人将成为一种趋势
如今,3D打印机已成为新一代智能机器人,它们能设计、制造、修理、回收其他机器,甚至能够改进和升级机器自身,达到“机器制造机器”的新境界。
2013年,由来自巴塞罗那知名建筑事务所Institutefor Advanced Architectureof Catalonia的工程师Petr Novikov和Sa?a Joki? 联手荷兰设计师JorisLaarman倾力打造的3D打印机器人系统。项目发言人将这一3D打印系统称之为“反重力模型”,将打印好的材料挤出,并立刻悬空制造出三维打印品,可以说节省了人力的同时,还十分方便,只需要输入操作程序,一切搞定。

不仅如此,这款3D打印机器人的打印速度比普通3D打印机快上许多,同时,3D打印成品的体积、形状可谓随心所欲,这无疑是机器人科技与3D打印技术的完美结合。3D打印机器人,能够悬空打印3D材质,并对所制成的3D打印进行无限延伸、扩大等操作。与普通的3D打印机不同,这款3D打印机器人运行时需要一个平坦的、水平的操作平台,在不需要任何辅助支撑结构的情况下,它能够很好地打印出表面平滑的、垂坠的3D打印材料,并将它们“编织”成设计者所要的形状。

11月28日,中科院重庆绿色智能技术研究院智能装备集成室,全国首台3D打印并联机器人正在打印一个罐子。“这台3D打印并联机器人主要由并联机构、3D打印头、温控设备和软件系统组成。其中,并联机构包括机械手臂、电机、减速器等部件。”该院机器人技术研究中心副主任郑彬说,3D打印头安装在机械手臂的前端,先在电脑上建模并传输给机器人,利用ABS工程塑料为原材料,通过材料熔化和层层覆盖的方式,就能打印出不同形状的塑料产品。

对此,中科院重庆研究院院长袁家虎表示,该院已成立了3D打印技术研究中心,一期投入约2000万元购买设备,并引进了国家973计划首席科学家段宣明加盟,针对3D打印材料、效率和精度等问题进行研发,“例如,目前全球3D打印的精度最高能达到20微米,我们计划在2年内,使精度提高到5微米,达到世界领先水平。”
据了解,中科院重庆研究院于今年初开始研发3D打印并联机器人,目前已完全实现软硬件自主开发。“3D打印机器人可广泛应用于轻工业制造。我们正在寻找合作伙伴,以尽快推向市场。”袁家虎说。

新技术正在重塑全球制造业格局
当前传统制造业可以大批量生产几乎能够提供任何人们想要的产品,但这些标准化的,甚至是千篇一律的产品,已经无法满足人们的个性化需求。而“3D打印作为先进制造技术之一,是一项革命性新型制造技术,它改变了通过对原材料进行切削、组装进行生产的加工模式,实现了随时、随地、按不同需要进行生产,满足了人人可以创造个性化产品的需求。同时3D打印技术还可大幅降低生产成本,提高原材料和能源的使用效率,减少对环境的影响。

3D打印技术的魅力在于它的便捷,用它来制造服装、建筑模型、人造牙齿、低精度机器零件等,为越来越多的行业带来更高的生产力、经济的个性化定制、更优的质量和更好的效率,目前国内主要应用于制作业。

与传统制造的“车铣刨”等“减法”工艺相反,3D打印就是做“加法”,“造房子使用的水泥与3D打印有共同之处,水泥可以浇铸,把它做成各种形状;3D打印也是使用各种液化的、丝状的、粉状的各种形态材料,最后打印产品。”

3D打印对于传统制造业是颠覆性的,冲击最大的就是模具企业。中国作为全球最大的制造业中心,优势在于大规模制造和低端的劳动力成本,但是随着工业机与3D打印机的出现,对于中国制造的威胁非常大。

但是3D打印技术是对切削、铸造、锻造与焊接等传统制造技术的补充与完善,不可能完全取代传统制造技术。3D打印技术在部分领域改变了大规模生产线的生产方式,使得未来的生产将不再需要大规模的生产线。长期来看,3D打印技术会给劳动密集型产业带来一定冲击,但不会带来海量失业,短期内并不能像工业机器人一样实现对劳动力的大规模替代。

无论如何,3D打印技术实现了一种可能,只要你有一台电脑,一个想法,不管你在穷乡僻壤,还是繁华都市,都可以通过自己的方式,改造这个世界——至少改变自己的世界。
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