编辑|杨锦
近日,美国火箭研发公司Relativity Space对世界首款3D打印火箭进行尝试发射,虽最终发射未成功,但相比于以往大众更为熟知的工艺品、运动鞋等产品的应用,3D打印火箭技术还是刷新了不少人的认知,很多网友不禁感叹:3D打印都进化到能“造”火箭的地步了?
(资料图片仅供参考)
围绕3D打印当前的技术发展水平,以及3D打印火箭的核心技术,搜狐科技对话了南京英尼格玛董秘,电弧增材制造(3D打印)专家迟科萌。
迟科萌有多年3D打印行业从业经验,长期从事3D打印行业研究、技术推广、人才培养等工作。
“理论上来说3d打印能够打印任何传统工艺可以制造的零件,只是看有没有必要。”迟科萌对3D打印技术充满信心地说道。
她表示,2022年全球3D打印市场规模已高达两百多亿欧元,且未来还有巨大的发展潜力。从市场格局来说,当前3D打印市场主要被划分为消费领域及工业领域。其中,消费领域应用主要在于玩具、服装等,而工业领域应用主要在于航空航天、坦克、及重工业制造等。
迟科萌提到,无论是消费领域还是工业领域的发展实际上都已经经历了漫长的发展历程,只是当前保持较为低调的研发模式。
至于外界关注的“3D打印产品为什么大众日常感知不强”的问题,迟科萌解释道,对于消费领域来说,在大规模批量生产的条件下,3D打印成本曲线还需要进一步优化,目前还不是大规模投入日常产品生产的最佳时机;对于工业领域来说,军工等领域研发细节较为敏感,并没有针对技术做大范围宣传,因此目前大家对于3D打印技术的感知不多。
迟科萌表示,从此次Relativity Space发射的3D打印火箭已通过Max-Q(飞行器在大气飞行达到最大动压)区域测试的表现来看,其已经成功验证了3D打印箭体的可靠性,最终未成功的原因不是由于3D打印技术导致,而是要从火箭结构设计、燃料等方面进一步优化。
从技术优势上来讲,3D打印技术简化了复杂零件结构,节省了近100倍的零件数量,从而提升了火箭的制造效率,同时节省了制造成本。从前制造一枚火箭的时间成本是以“年”来计算的,而现在可以在2个月内“打印”出一枚火箭。
迟科萌透露,中国基于强大的制造业优势及智能研发技术优势,目前处于全球3D打印技术梯队中的前端位置。
以下为对话实录,经编辑:
搜狐科技:近日,美国Relativity Space公司又一次尝试发射3D打印火箭,其对外宣称本次3D打印火箭85%是由3D打印技术实现,在我们的概念中火箭是一个很庞大的物体,那么3D打印是如何打印出如此庞大的一枚火箭的呢?
迟科萌:首先,85%指的是火箭重量的85%是由3D打印技术来做的,而不是85%零部件。制造过程中主要应用了两种3D打印技术,一个是电弧增材,另一个是激光粉末床熔融。
其中,电弧增材技术主要被应用于大型的金属构件,例如我们看到火箭外部的舱体、外壳部分就是由电弧增材技术一层一层打印出来的。另一方面,火箭发动机部分,也就是内部的一些精细的结构采用的是激光粉末床熔融技术。
搜狐科技:能请您简单区分一下刚才提到的电弧增材技术和激光粉末床熔融吗?您可以考虑从技术或应用场景方面来讲一下它们的区别。
迟科萌:没问题,就是比如说需要打印制作体积小、较为精细的产品时,我们通常会使用激光粉末床熔融技术,它可以支持对于结构细节部分的设计和调整。此外,激光粉末床熔融技术制成的产品通常不被要求承受重压力,所以对于材料的强度要求没有那么高。
反过来说,像火箭外壳这样的物体就需要利用电弧增材技术,这样的物体又大又重,激光粉末床熔融没有这样的设备能做。即便有这样的设备能做,成本也会贵的起飞了。实际上,我们对于电弧增材技术打印出来的产品精细度要求没有那么高,但是对材料强度要求高。
搜狐科技:为什么Relativity Space公司研制的火箭只有85%采用了3D打印技术,有可能实现100% 3D打印火箭吗?
迟科萌: 这个其实不是说做不做得到,而是有没有必要去做。这个版本的火箭中有一些管路、控制系统的部分、电子器件线缆密封件这些标准化的部件就是没有必要说要去用3D打印的技术去做。
3D打印其实更多的是解决一些新材料、新的设计,或者说是应用到一些非标准化的产品。或许以后这些电控元器件的厂家,他们可能会考虑去用3D打印技术去做一些生产,但是我想对于做火箭研发的人来说,他们没有必要去把这些非常小的组件重新做研发后再用3D打印生产。
事实上,做火箭研发的这些人更多的还是考虑如何简化火箭的结构,从而减少零部件的使用。简化后再利用3D打印生产可以大幅缩短生产周期。因此,不管是从成本还是效率角度,他们追求百分之百3D打印火箭是没有太大意义的。对于他们来说,把结构的部分全部实现3D打印是他们的目标。
搜狐科技:您认为3D打印火箭和传统火箭有什么区别?您可以考虑从3D打印技术的优劣势谈一谈看法。
迟科萌:利用3D打印技术制造火箭首先简化了结构,把成千上万复杂的零件变成几百个,不仅大大缩短了制造周期,还降低了制造成本。
从时间角度来说,传统火箭制造周期是以“年”为单位计算的,而3D打印技术可在两个月内完成一枚火箭的制造。从成本角度来说,传统技术下比如制造一台发动机,成千上万的零件需要单独去设计,再进行一步步的加工、装配,是一个非常复杂的过程。而现在我们利用3D打印技术,不再需要额外的大型专用设备去生产它,所需零部件也少了上百倍,从而减少了人工成本和材料成本。
其实,3D打印技术是非常适合来做航空航天这种场景的,因为它生产批量小,在相对来说不太计较成本的情况下生产效率高。但是对于其它行业来说3D打印有一个比较大的问题,就是它在大规模生产小件商品时无法做到降低成本,因为3D打印的过程就是一件一件打的,每次的成本都是新消耗的材料,没有规模化的方式可以去分摊成本。也就是说,3D打印一百件和一万件商品成本曲线都是持平的。
搜狐科技:抛开火箭的话题来说,您觉得3D打印目前的全球市场规模是怎样的?市场应用3D打印技术多吗?
迟科萌:我看了一个前一阵子公开的报告,如果没记错的话去年全球3D打印市场规模达到了200多亿欧元。中国处于全球3D打印技术梯队靠前位置。曾有业内专家说3D打印是我们弯道超车的一个机会,因为大家开始做3D打印技术的时间是差不多的,再加上国内制造业本身发达,且多家研究机构和企业在3D打印这个领域中具备了丰富的发展经验,所以中国在全球3D打印技术领域内还是很有竞争力的。
3D打印的技术发明虽然不是起源于中国,但实际在这个领域内,国内这些年也有很多做的很不错的公司,大家也都很关注这个新技术。在推进这个技术的应用层面来讲也在做一些事情,比如军工、国防、飞行器制造等,只是相对来说比较低调。
3D打印应用场景整体可以分为消费领域和工业领域。目前来看,3D打印技术还是在工业领域应用的更多一些,比如航空航天或重工业生产等,因为3D打印并不是说仅仅为了解决个性化定制的需求,更多的是为了解决一些传统工艺实现不了的东西,然后从降本增效的角度去做一些改变,所以它在工业领域的价值目前来讲肯定是更大一些。消费领域中的3D打印技术更多的是为了满足一些个性化定制的需求,但这种个性化定制的概念普及或达到我们每个人的日常需求这种规模和体量的话,还要经历一个长期的过程。
搜狐科技:感谢您的解答,能请您最后谈一谈未来3D打印技术的发展规划吗?大概能在多久之后我们能看到更为创新的突破性成果?
迟科萌:我们经常开玩笑的说3D打印这件事能干到下一代,其实这个并不奇怪,因为像传统焊接铸造的工业也都是发展了几十年甚至百年。当前,一些主流的工艺刚刚进入到可以实际生产应用的层面,但从技术发展的角度来讲的话,未来肯定是需要进一步从成本、效率、质量等方面进行优化,然后形成一些行业标准。目前,3D打印更多的是停留在航空航天、国防等高技术水平的应用,未来肯定还是要向更民用的一些场景推进,实现降本增效、保质保量的成果产出。
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