3D 打印助力欧洲先进制造业发展

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3D 打印将彻底改变欧洲制造业，为从玩具、汽车到风力涡轮机和卫星等各种产品生产复杂的多层组件。
如果 3D打印能够实现其承诺，它将从根本上改变制造方式。它还可能成为每个人最好的朋友。试想一下，如果您家里的任何零件坏了，您可以用家用打印机简单地制造一个新的。
得益于欧盟资助的研究团队取得的进展，现在可以使用不同的材料和形状打印摩托车、汽车、飞机甚至卫星的先进部件，同时产生的废物更少。甚至可以嵌入可充当传感器的电导体或光纤。
多层制造
这是因为 3D 打印可以逐层创建部件，从而更容易在单一流程中无缝地将金属、塑料、陶瓷甚至光纤组合成一个部件。这使公司能够使用所需的精确材料量制造更智能的部件，从而将浪费降至最低。
奥地利理工学院的研究工程师鲁道夫·格拉丁格 (Rudolf Gradinger) 是推动这些发展的研究者之一。他领导了一项为期三年的多国研究计划，名为MULTI-FUN，该计划获得了欧盟的资助，旨在推动 3D 多材料制造的发展。
MULTI-FUN 团队合作了三年半，直到 2023 年 12 月，团队成员包括来自欧洲各地（奥地利、比利时、德国、波兰、葡萄牙、西班牙、瑞士、英国）的研究人员和工业合作伙伴。他们的重点是开发可供市场使用的创新先进材料。九家中小企业的参与在帮助加速市场吸收方面发挥了关键作用。
格雷丁格重点提到了飞机部件中含有光纤的例子。研究人员使用铝和嵌入光纤逐层构建该部件。这赋予了它“不可思议的超能力”。
“手臂中的神经意味着你可以感知到手臂何时扭曲，”格雷丁格说。“这些光纤就像神经一样，可以感知到某个部位何时弯曲过度或受损。”
改进功能也是研究团队合作伙伴之一、德国汽车公司 EDAG 的设计工程师理查德·科达斯 (Richard Kordass) 的目标。他们开发了印有铜线和内置陶瓷绝缘体的摩托车车把。
科达斯强调说：“唯一可能的方法就是通过增材制造。”
由于已经取得了如此巨大的进步，以至于同样参与 MULTI-FUN 项目的比利时欧洲焊接联合会的丽塔·戈麦斯·博拉 (Rita Gomes Bola) 认为，最新的进展从根本上改变了设计工程师的工作方式。
她说：“我们现在可以重新思考零件的设计方式，这是制造商做梦也想不到的。”
瞄准月球
3D 打印的可能性扩展到为航天工业制造高性能部件。研究人员为航天卫星上使用的发动机制造了一种特殊的外壳。其钢制机身结合了铜质高速公路，可显著改善电力驱动装置的热管理。
格雷丁格说：“我们把热传递率提高了一倍，这样电动机现在就可以运转得更快，而且不会太热。”他解释说，温度是导致金属部件疲劳的一个原因。
损坏的部件可能会停止工作或需要维修，而当卫星绕地球运行时，这几乎是不可能的。这使得航天工业成为从 3D 打印技术进步中受益的主要候选者。
欧盟目前占世界制造业产出的22%，每年的制成品贸易顺差达 4210 亿欧元。因此，欧盟正在投资研究以进一步加强该行业。
增材制造被视为欧盟制造业未来的核心，并通过各种举措提供支持，包括与工业界建立“欧洲制造”和“未来工厂”伙伴关系。其目的是提高欧洲企业在航空航天、汽车生产和医疗保健等领域的工业竞争力。
3D 打印首次引入制造业时，主要用于制作原型。然而，现在它已发展成为制造流程的关键部分，使制造过程更快、更高效。
科达斯表示：“我们已经从快速成型技术转向快速制造技术。”
3D 打印部件已应用于航空航天和汽车行业，有助于降低燃料消耗。德国西门子已使用 3D 打印技术打印燃气涡轮叶片，而空客则在商用飞机中使用打印部件来减轻重量和节省燃料。
传播信息
尽管增材制造正在迅速成为现代工业生产的一部分，但欧洲各地的增材制造技术发展程度并不相同。罗马尼亚蒂米什瓦拉理工大学研究副校长利维乌·马尔萨维纳教授是欧洲研究团队的一员，他们一直致力于在欧盟范围内更广泛地传播 3D 打印技术。
马萨维纳是一位材料强度和断裂力学教授，他协调了一项由欧盟资助的名为SIRAMM 的计划，该计划从 2019 年持续到 2023 年。
该项目将罗马尼亚的研究人员与捷克布尔诺捷克科学院 (IPM) 材料物理研究所、塞尔维亚贝尔格莱德大学、挪威科技大学和意大利帕尔马大学的研究人员联系起来。该项目的目标是在东欧打造一个增材制造卓越中心。
学术交流有助于建立一个在项目结束后仍能持续的网络。
马萨维纳说：“我们现在有一个网络，知道在哪里可以解决不同类型的问题。”与此同时，罗马尼亚、塞尔维亚和捷克的公司也更加了解家门口的增材制造专家和设备。
对于马萨维纳来说，3D 打印技术的快速发展可能会引发与安全相关的新问题。
“人们正逐渐利用 3D 打印技术不仅制造小型部件，还制造形状更复杂的大型结构。我们需要更多地了解这些新结构的特性和可靠性，”他说。
研究团队与学术伙伴和对 3D 打印感兴趣的行业代表合作，通过实际研究致力于解决这些问题。
马萨维纳预测，这项技术将会传播到许多其他行业，甚至家庭。
“未来有一天，我们的家里可以有一台 3D 打印机，这样我们只要自己打印就可以更换损坏的零件。”