3D打印产业链式创新分析与服务能力研究
发布时间：2021-07-03 22:52
快速成形技术经过30多年发展,在不同行业产品开发制造痛点市场驱动之下,从源头方法创新到商业化运营,再到各个行业应用推广,形成了产业链雏形。文中为进一步揭示该技术创新、应用进化过程,以链式创新为目标,通过分析3D打印创新发展的技术内核支撑逻辑,结合基础3D打印产业链进化动态,提出了3D打印产业链各阶段的不同目标,剖析行业创新应用关键。产业链上游为源于产品制造和市场需求的问题驱动的科学技术研究与关键技术突破,分析了基于光固化AM原理所研发的七种前沿技术以及空间打印技术,属技术源头创新;中游以不同工艺种类演化进展为主线,分析了其可加工材科从非金属高分子、陶瓷到金属材料的拓展过程,并给出了3D打印工艺下典型材料的质量精度和性能指标;下游从产业应用创新出发,分析了3D打印新产品设计开发流程,引入增材拓扑优化建模设计创新概念,以客户对产品的刚性指标开展设计研发,重视客户满意度因素:质量、周期、成本,从而实现工艺冻结,产品量产。文中最后基于3D打印产业链式创新,从筹划"备胎"保障产业运行安全、针对产业痛点,开展专业化合作协同等方面对促进我国3D打印产业发展给出了建议。
【文章来源】：技术与创新管理. 2020,41(05)
【文章页数】：11 页
【部分图文】：
3D打印产业链
根据《Wohlers Report 2020》,3D打印在应用领域上来看,目前使用最多的行业是汽车工业[21],占比为16.4%如图2所示。作为一项共性技术,它的高速、批量生产能力、低成本及环保等优势,不仅在医疗领域有着成熟应用,在航空航天、汽车工业、模具行业、绿色矿山开发、城市规划、建筑设计、生物医疗、微纳制造、珠宝设计、游戏创意产业等领域也有着广阔的应用。3D打印商业化运营是以技术和材料消耗向客户提供产品支撑,行业应用客户站在自己开发产品的角度,来评价3D打印对其贡献,看其能否降低原有技术路线风险,因此质量、周期、成本就成为客户高度关注的指标。客户应用3D打印进行新产品开发,必须根据市场需求核定投资规模和产品定位,客户开发产品建模可以预设量产工艺,如采用传统工艺制造数模冻结后,就可以依据材料类别和需求,选择直接制造还是间接制造,进而形成台架实验、设计评价,如果是汽车动力系统开发,通常必须经历“三高”测试;在有减重要求的开发中,今年针对增材和铸造特点,形成了满足既定载荷的拓扑优化再设计技术,来实现减重目标,其创新关键是在冻结的模型基础上深度再设计。
目前大量的产品设计制造案例都先使用拓扑优化技术进行结构优化,之后运用3D打印技术直接打印成型,或者与传统铸造工艺相结合,以打印后的产品作为铸造用的模样,已有很多成功案例投到实际生产之中。如通用汽车工程师通过Fusion 360中的拓扑优化技术,设计了一种经过功能优化的新型座椅支架,可将安全带紧固件固定在座椅上,并将座椅固定在地板上。传统座椅支架是由八部分焊接而成的盒形零件,通过拓扑优化,前后对比如图4所示。然后选择由不锈钢材料通过激光烧结增材制造技术打印出的零件,相比以前的座椅支架轻了40%,坚固了20%,通过增材制造技术与拓扑优化技术的结合,使该公司有效地制造出复杂且独特的零部件。图4 拓扑优化前后对比图
【参考文献】：
期刊论文
[1]激光选区熔化与铸造成形TC4钛合金的力学性能分析[J]. 宗学文,刘文杰,张健,杨雨蒙,高中堂. 材料导报. 2020(16)
[2]从新冠肺炎疫情中再次领悟安全科学的真谛[J]. 吴超. 技术与创新管理. 2020(03)
[3]不同铸型对钛合金微观组织及力学性能的影响[J]. 宗学文,刘文杰,高中堂,徐文博,高倩,王磊. 稀有金属材料与工程. 2020(05)
[4]3D打印混凝土技术在新冠肺炎防疫方舱中的应用[J]. 王香港,王申,贾鲁涛,李进,刘培善,潘金龙,张亚梅. 混凝土与水泥制品. 2020(04)
[5]服务主导逻辑下的3D打印平台型商业模式创新[J]. 戴勇. 技术与创新管理. 2020(02)
[6]光固化3D打印及光敏树脂改性研究进展[J]. 宗学文,周升栋,刘洁,张佳亮,权坤. 塑料工业. 2020(01)
[7]钛合金叶轮精铸成型数值模拟及实验验证[J]. 宗学文,刘文杰,熊聪. 航空材料学报. 2019(05)
[8]可水洗光敏树脂制件的工艺研究[J]. 宗学文,周升栋,刘洁,高倩,阮佳阳. 塑料工业. 2019(09)
[9]基于SL的扩散器铸件快速铸造工艺研究[J]. 徐文博,宗学文. 模具工业. 2019(08)
[10]钛合金3D打印颠覆性创新研究的知识图谱分析[J]. 程豪,张峥. 技术与创新管理. 2019(03)
本文编号：3263507
【文章来源】：技术与创新管理. 2020,41(05)
【文章页数】：11 页
【部分图文】：
3D打印产业链
根据《Wohlers Report 2020》,3D打印在应用领域上来看,目前使用最多的行业是汽车工业[21],占比为16.4%如图2所示。作为一项共性技术,它的高速、批量生产能力、低成本及环保等优势,不仅在医疗领域有着成熟应用,在航空航天、汽车工业、模具行业、绿色矿山开发、城市规划、建筑设计、生物医疗、微纳制造、珠宝设计、游戏创意产业等领域也有着广阔的应用。3D打印商业化运营是以技术和材料消耗向客户提供产品支撑,行业应用客户站在自己开发产品的角度,来评价3D打印对其贡献,看其能否降低原有技术路线风险,因此质量、周期、成本就成为客户高度关注的指标。客户应用3D打印进行新产品开发,必须根据市场需求核定投资规模和产品定位,客户开发产品建模可以预设量产工艺,如采用传统工艺制造数模冻结后,就可以依据材料类别和需求,选择直接制造还是间接制造,进而形成台架实验、设计评价,如果是汽车动力系统开发,通常必须经历“三高”测试;在有减重要求的开发中,今年针对增材和铸造特点,形成了满足既定载荷的拓扑优化再设计技术,来实现减重目标,其创新关键是在冻结的模型基础上深度再设计。
目前大量的产品设计制造案例都先使用拓扑优化技术进行结构优化,之后运用3D打印技术直接打印成型,或者与传统铸造工艺相结合,以打印后的产品作为铸造用的模样,已有很多成功案例投到实际生产之中。如通用汽车工程师通过Fusion 360中的拓扑优化技术,设计了一种经过功能优化的新型座椅支架,可将安全带紧固件固定在座椅上,并将座椅固定在地板上。传统座椅支架是由八部分焊接而成的盒形零件,通过拓扑优化,前后对比如图4所示。然后选择由不锈钢材料通过激光烧结增材制造技术打印出的零件,相比以前的座椅支架轻了40%,坚固了20%,通过增材制造技术与拓扑优化技术的结合,使该公司有效地制造出复杂且独特的零部件。图4 拓扑优化前后对比图
【参考文献】：
期刊论文
[1]激光选区熔化与铸造成形TC4钛合金的力学性能分析[J]. 宗学文,刘文杰,张健,杨雨蒙,高中堂. 材料导报. 2020(16)
[2]从新冠肺炎疫情中再次领悟安全科学的真谛[J]. 吴超. 技术与创新管理. 2020(03)
[3]不同铸型对钛合金微观组织及力学性能的影响[J]. 宗学文,刘文杰,高中堂,徐文博,高倩,王磊. 稀有金属材料与工程. 2020(05)
[4]3D打印混凝土技术在新冠肺炎防疫方舱中的应用[J]. 王香港,王申,贾鲁涛,李进,刘培善,潘金龙,张亚梅. 混凝土与水泥制品. 2020(04)
[5]服务主导逻辑下的3D打印平台型商业模式创新[J]. 戴勇. 技术与创新管理. 2020(02)
[6]光固化3D打印及光敏树脂改性研究进展[J]. 宗学文,周升栋,刘洁,张佳亮,权坤. 塑料工业. 2020(01)
[7]钛合金叶轮精铸成型数值模拟及实验验证[J]. 宗学文,刘文杰,熊聪. 航空材料学报. 2019(05)
[8]可水洗光敏树脂制件的工艺研究[J]. 宗学文,周升栋,刘洁,高倩,阮佳阳. 塑料工业. 2019(09)
[9]基于SL的扩散器铸件快速铸造工艺研究[J]. 徐文博,宗学文. 模具工业. 2019(08)
[10]钛合金3D打印颠覆性创新研究的知识图谱分析[J]. 程豪,张峥. 技术与创新管理. 2019(03)
本文编号：3263507
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