¿Cuáles son los valores ocultos de la industria de la impresión 3D que se desarrollarán?

La tecnología de impresión 3D, también conocida como tecnología de fabricación aditiva, es una tecnología que utiliza polvo de metal o plástico y otros materiales adhesivos para construir objetos capa por capa basándose en archivos de modelos digitales. La impresión 3D generalmente se realiza mediante una impresora de material de tecnología digital. En el pasado, se usaba a menudo en la fabricación de moldes, el diseño industrial y otros campos para fabricar modelos. Ahora se utiliza gradualmente en la fabricación directa de algunos productos. Algunas empresas han comenzado a utilizar esta tecnología para imprimir piezas. La tecnología se ha aplicado en joyería, calzado, diseño industrial, arquitectura, ingeniería y construcción, industria automotriz, aeroespacial, dental y médica, educación, sistemas de información geográfica, ingeniería civil, armas de fuego y otros campos.

La tecnología de impresión 3D se basa en el modelo de diseño 3D por computadora. A través del sistema de moldeo de control numérico y discreto en capas de software, el polvo metálico, el polvo cerámico, el plástico, el tejido celular y otros materiales especiales se apilan y unen capa por capa mediante el uso de un rayo láser, una boquilla de fusión en caliente y otros métodos, y finalmente se apilan para formar un producto sólido.

Los materiales para la impresión 3D se dividen principalmente en nueve categorías:

Clase I: materiales de resina fotosensible, que incluyen principalmente resina acrílica, resina epoxi, resina de poliéster y otros materiales de resina de curado por luz. Dichos materiales pueden polimerizarse y solidificarse bajo la irradiación de luz ultravioleta, generalmente en estado líquido. Se puede utilizar para fabricar palas, engranajes y otras piezas estructurales para la industria aeroespacial.

La segunda categoría: materiales plásticos de ingeniería, que incluyen principalmente materiales ABS, materiales de policarbonato y materiales de poliamida. El material ABS tiene las características de "resistente, duro y rígido", por lo que ha sido ampliamente utilizado en maquinaria, electricidad, textiles, automóviles, aviones, barcos y otras industrias manufactureras e industrias químicas. Los materiales de policarbonato tienen buena resistencia al impacto, resistencia a la distorsión térmica, buena resistencia al fuego y alta dureza, por lo que son adecuados para la producción de varias partes de automóviles y camiones ligeros, centrándose principalmente en sistemas de iluminación, paneles de instrumentos, paneles de calefacción, descongeladores y parachoques. El material de poliamida, también conocido como material de nylon, es fuerte, resistente al desgaste, autolubricante y tiene una amplia gama de temperaturas aplicables. Reemplaza principalmente el cobre y otros metales no ferrosos para fabricar piezas mecánicas, químicas y eléctricas, como engranajes de bombas de combustible para motores diésel, bombas de agua, sellos de alta presión, tuberías de aceite, etc.

La tercera categoría: materiales metálicos, que incluyen principalmente materiales de aleación de titanio, materiales de acero inoxidable, materiales de aleación de aluminio, otros materiales de metales preciosos, etc. El material de aleación de titanio tiene una alta resistencia y resistencia al calor. En comparación con otros metales, las aleaciones de titanio también tienen las ventajas de una buena resistencia a la corrosión, un buen rendimiento a baja temperatura y una gran actividad química, por lo que se utilizan ampliamente en la fabricación de componentes de compresores de motores de aeronaves, cohetes, misiles y estructuras de aeronaves de alta velocidad. partes y otros campos. Los materiales de acero inoxidable tienen las ventajas de una fácil soldadura, resistencia a la corrosión, fuerte pulido y resistencia al calor, y son ampliamente utilizados en los campos de la construcción, procesamiento de alimentos, catering, elaboración de cerveza, industria química y equipos médicos. Los materiales de aleación de aluminio tienen las características de baja densidad, bajo punto de fusión y fuerte plasticidad. La aleación de aluminio es la aleación más utilizada en la actualidad, que se utiliza ampliamente en la aviación, aeroespacial, automóvil, fabricación de maquinaria, construcción naval y la industria química. Otros materiales de metales preciosos, como los materiales de oro, tienen las características de buena conductividad, buena conductividad térmica y alta estabilidad, y se utilizan principalmente en los campos de la electrónica, la industria química, la industria aeroespacial y otros campos con requisitos especiales para los materiales.

La cuarta categoría: materiales cerámicos, que incluyen principalmente materiales de silicato natural como arcilla y caolín, y materiales sintéticos de alta pureza como materiales cerámicos de óxido, materiales cerámicos de nitruro, materiales cerámicos de carburo, etc. Debido a que la mayoría de los materiales cerámicos tienen un alto punto de fusión o incluso sin punto de fusión, es difícil usar energía externa para la formación directa. La mayoría de ellos necesitan ser reprocesados ​​después del formado (secado, sinterizado, etc.) para obtener los productos finales, lo que limita la promoción de los materiales cerámicos en la industria de la impresión 3D. Sin embargo, los materiales cerámicos tienen las ventajas que los materiales poliméricos y metálicos no tienen, como alta dureza, resistencia a altas temperaturas y propiedades físicas y químicas estables, por lo que tienen amplias perspectivas de aplicación en la industria aeroespacial, electrónica, automotriz, energética, biomédica y otras. industrias

Clase V: materiales biológicos, incluidos principalmente materiales metálicos biomédicos, materiales poliméricos biomédicos, materiales cerámicos biomédicos y materiales bioderivados. Entre ellos, los materiales bioderivados son materiales biomédicos formados por tejidos biológicos naturales especialmente tratados, también conocidos como materiales bioregenerativos. La aplicación de biomateriales en la impresión 3D se puede dividir en dos campos. El primero es la aplicación de biomateriales en el procesamiento de alimentos, envasado de alimentos y otros campos en función de sus características de biodegradabilidad, bajo punto de fusión, características biológicas, protección del medio ambiente, etc.; La segunda categoría es ampliamente utilizada en el campo médico de acuerdo con la reproducibilidad, histocompatibilidad e inducibilidad, cumplimiento mecánico y cumplimiento de degradación de los biomateriales. La aplicación de los biomateriales en el campo de la medicina se puede dividir en tres niveles: fabricación de prótesis, fabricación tridimensional de células por ensamblaje indirecto y fabricación tridimensional directa de células.

Clase VI: materiales de caucho, que tienen una variedad de características de materiales elásticos, como dureza Shore A, elongación a la rotura, resistencia al desgarro y resistencia a la tracción, lo que los hace muy adecuados para aplicaciones en áreas que requieren superficies antideslizantes o blandas, como los consumidores. electrónica, equipo médico e interior automotriz.

Clase VII: materiales de arena y grava, principalmente arena de cuarzo. En la impresión 3D, de acuerdo con sus funciones y características tradicionales, los materiales de arena y grava se utilizan principalmente en edificios para fabricar algunos materiales o estructuras de construcción. Bajo costo, alta eficiencia y protección del medio ambiente son las ventajas de los materiales de arena y grava en el campo de la arquitectura de impresión 3D.

La octava categoría: material de grafeno, que se basa en sp². Los átomos de carbono conectados de forma híbrida están estrechamente empaquetados en un nuevo material con una estructura de red de panal bidimensional de una sola capa. Los materiales de grafeno tienen excelentes propiedades ópticas, eléctricas y mecánicas, que pueden usarse para reemplazar varios materiales tradicionales y se consideran un material revolucionario en el futuro. Con el desarrollo de la tecnología de preparación y aplicación de grafeno, los materiales de grafeno se pueden utilizar en más productos y campos posteriores. Según la predicción de la Academia de Ciencias de China, para 2024 más o menos, se espera que los dispositivos de grafeno reemplacen a los dispositivos semiconductores de óxido de metal complementarios y se apliquen en campos de investigación como dispositivos nanoelectrónicos, células químicas fotoeléctricas y materiales para aviones ultraligeros.

Categoría 9: material de celulosa, un polisacárido macromolecular compuesto de glucosa, es insoluble en agua y solventes orgánicos en general. La celulosa es el principal componente de la pared celular vegetal. Es el polisacárido más ampliamente distribuido y abundante en la naturaleza, representando más del 50 por ciento del contenido de carbono en el reino vegetal. Los investigadores se han comprometido a desarrollar métodos de impresión 3D utilizando celulosa y se han logrado algunos avances. Los materiales de celulosa también tienen algunas deficiencias, como un alto costo, poca escalabilidad y contaminantes generados cuando se combinan con plásticos.

La tecnología de impresión 3D se divide principalmente en nivel de escritorio y nivel industrial. La impresora 3D de escritorio es la etapa principal de la tecnología de impresión 3D, que puede explicar intuitivamente el principio del proceso de la tecnología de impresión 3D. Debido a que las impresoras 3D de escritorio son relativamente económicas, fáciles de transportar, fáciles de operar, etc., sus aplicaciones se concentran principalmente en el hogar, la oficina y otros lugares. Las impresoras 3D industriales se dividen principalmente en máquinas de creación rápida de prototipos y máquinas de fabricación directa de productos. La impresora 3D industrial puede cumplir mejor con los requisitos de producción de alta precisión y de corta duración en términos de producción en masa de moldes, piezas de metal, etc. Con la ayuda del láser o haz de electrones controlado por computadora, la impresora 3D industrial puede imprimir complejos y estructuras precisas que no pueden completarse mediante el procesamiento mecánico tradicional y eliminar los procesos de fabricación innecesarios para lograr la plena utilización de los materiales.

La aparición de la tecnología de impresión 3D redujo la complejidad de la fabricación de productos, amplió el alcance de la producción y la fabricación, acortó el tiempo de producción y fabricación, mejoró la eficiencia de la producción, mejoró la utilización de las materias primas y mejoró la precisión de las especificaciones del producto. Al mismo tiempo, la tecnología de impresión 3D satisface las necesidades de personalización personalizada de los clientes y puede desarrollar productos más diversificados.

La industria de impresión 3D de China también tiene algunas deficiencias. Debido a las limitaciones del nivel técnico y el nivel del equipo, las empresas de impresión 3D en China solo pueden procesar y fabricar piezas pequeñas en lotes pequeños, lo que es difícil de reemplazar el procesamiento y la fabricación a gran escala y en lotes grandes. Por otro lado, el problema de la escasez de materiales de impresión 3D que ha aquejado a China no se ha solucionado. La principal fuente de materiales todavía depende de las importaciones de los Estados Unidos, lo que hace que el pequeño número de empresas de impresión 3D de China se enfrente a una alta presión de costos, lo que limita la escala y el alcance de la aplicación de la industria de impresión 3D de China.

La industria de la impresión 3D es una industria muy prometedora. Con el aumento continuo de la población mundial, la demanda de viviendas seguirá aumentando, lo que inevitablemente conducirá a la mejora de la altura de la construcción de viviendas en el futuro. La mejora de la altura de los edificios mejorará en gran medida los requisitos de tecnología de construcción, mano de obra y estándares de materiales; Al mismo tiempo, el riesgo de construcción aumentará exponencialmente. La tecnología madura de la casa de impresión 3D puede evitar el riesgo de construir edificios altos manualmente, reducir la dificultad de construir edificios altos y mejorar la eficiencia de la construcción de edificios altos. Por otro lado, con la continua exploración del universo y el continuo progreso de la ciencia y la tecnología, es posible establecer una base o emigrar a otros planetas en el futuro. La tecnología de impresión 3D madura se puede utilizar en las futuras actividades de "colonización interestelar" para satisfacer las necesidades de fabricación de los astronautas en el espacio interestelar y también reducir la dificultad en la preparación de actividades interestelares.

La aplicación de la tecnología de impresión 3D ciertamente no se limita a las que conocemos ahora. Queda por desarrollar el valor oculto de esta industria en el futuro.