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步进电机成就3D打印须经高温和高精度考验
发布:2016-1-8

    目前3D打印的技术发展已被提升到国家战略高度,坐上了技术发展的高速列车,而且被赋予了“第三种制造模式”的使命,加上逐步改用稳定可靠的步进电机系统,中国的3D打印行业将会从桌面3D打印迈向更高端的市场,以3D打印技术为代表的快速成型技术被看作是引发新一轮工业革命的关键要素。

    2015年全国两会,“创客”首次写入政府工作报告,在持续的政策火力下,“创客”的关注度被不断刷新,成为今年的经济热词之一。随后,中国的创客团体便如雨后春笋般崛起,围绕创客的各种服务结构、平台也在全国各地纷纷成立,“创客”也从一个小众群体进入所有大众视线。

创客风靡,与之相伴的“新玩法“也在不断升级,其中不可忽略的一项技术就是3D打印。如今,3D打印技术的发展突飞猛进,隔上一两天就会听到有关3D打印引领“创客”发展潮流的新闻。而近日,国务院办公厅印发的《中国科协所属学会有序承接政府转移职能扩大试点工作实施方案》,更是将大众对3D打印的关注度推向了更高的水平,同时也将促进3D打印在技术标准研制方面的标准研制。

3D打印机

国内3D打印技术有待提升

IDC(国际数据公司)中国分析师莫敏仪指出,2016年中国市场的3D打印机出货量将达到16万台,超越美国市场。而且中国拥有庞大的制造业群体,他们对3D打印的兴趣越来越强,这跟此前工业机器人被大规模引入有异曲同工之妙,毕竟中国已连续多年成为全球机器人最大的消费市场,业内普遍看好3D打印机在中国的发展前景,甚至提出3D打印将会颠覆传统的制造产业,成为“第三种制造模式”。

三迪时空网络科技有限公司是整合3D打印行业资源的3D打印公共服务平台,其董事长李培学也认同莫敏仪的分析,李培学表示,中国3D打印行业发展势头迅猛,这一点毋庸置疑,未来三年,中国3D打印市场将会迎来井喷期。在国家政府部门的积极支持与行业的广泛参与下,以3D打印为核心的高新技术产业将会带动传统行业转型升级,引领传统行业向分布式社会智造转型。

为什么3D打印技术能够颠覆传统制造业,并且受到业界的高度重视?业界分析其中最大的原因在于3D打印可以在工厂中批量生产部件,而不仅仅是偶尔制作一个原型。

现在国内3D打印企业已经在部分业务中采用了3D打印技术,但是3D打印设备和软件厂商仍然难以找到产品的买家,3D打印技术在使用上仍然过于复杂,难以成为主流。目前国内3D打印的发展仍面临诸多问题与挑战,微电机世界网在采访中发现业内人士谈起国内的3D打印机时还是忧多于喜。

根据业内人士的反馈意见,国内3D打印产业的发展状况可以总结成以下几点:部分企业只追求轰动效应,缺乏踏踏实实的研发;部分企业只追求3D打印设备系统,缺乏对材料的关注;部分企业只追求表观模型,缺乏实用产品的设计;部分企业只人云亦云,缺乏原始创新及战略布局……国内的3D打印技术要获得突破性发展,不仅仅要依靠3D打印技术的发展,更要靠一批有3D打印思维的人群及企业去推动,还需要整合国内外3D打印行业的优势资源,构建3D打印产业链生态体系,带动产业健康快速创新发展。

莫敏仪也认为:“从市场收入来看,美国市场将依然会在未来一段时间内领先于中国。主要是因为中国3D打印机市场在未来五年的增长主要靠价格较低的桌面3D打印机,相反,美国3D打印市场相对比较重视工业应用,企业用户也更偏向于采用价格较高的高端3D打印机。”

上海复志信息技术有限公司已经进入3D打印市场已经好几年,该公司的销售经理黄坡在谈到国内3D打印面临的问题时也持与莫敏仪相同的观点,黄坡直言道:“在未来一段时间内,价格相对较低的3D打印机仍会是刺激中国销量增长的主要因素。由于桌面3D打印机的门槛低,市场竞争也相对激烈,甚至有出现价格战的趋势。不过这些价格低至5000元左右的廉价3D打印机,与同样技术路线且价格在两三万元的机器相比,其稳定性和耐久性都很难得到保证。”

相比于工业级3D打印机,桌面级3D打印机相对体型较小且精度不足,通常用于创客、教育等民用领域,国产的打印材料性能相对差些,可打印材料较少;3D打印机的激光器存在稳定性问题,整个产业还处于起步发展阶段。现在3D打印的创新设计、精密机械、数控技术、材料科学和激光技术的核心技术大多掌握在外国大公司手中,所以今后五年,中国所销售的3D打印设备中,超过90%将是桌面级3D打印设备。

由你造科技有限公司是一家3D打印机和材料研发生产的企业,该公司的市场总监江志远也认为现在国内的3D打印机还有很大的改进空间,“3D打印机的出货量很高,但是有质量的出货并不多。”江志远在接受采访时如此说道。现在国内销售的3D打印设备中,相当部分还是技术指标相对较差的机型,通常用于对打印精度要求不高的教育领域,而无法达到工业用户的应用需求,而桌面级3D打印已经被认为是竞争激烈的“红海”。面对这种竞争态势,这些3D打印机生产企业开始在零部件方面缩减成本,作为3D打印机的骨干器件,降低步进电机的成本也成为企业降低成本的必要环节。

       3D打印

步进电机须经高温和高精度考验

对于3D打印机来说,步进电机是其中一个非常重要的部件,相当于骨干器件。如果没有这些器件,3D打印也就无从谈起。由于电机开始工作后就会发热,而且电流加大时发热会更厉害,如果发热量过大就会导致电机停机或丢步。

造成步进电机发热的原因主要有三个,其中最主要的就是电机本身的质量不过关。江志远在受访时提到:“很多用户在使用3D打印机打印过程中会发现电机温度过高,那些质量不过关的电机很容易发热,不能满足3D打印机的长时间的打印要求,所以消费者选用3D打印机电机的时候不要一味地贪图便宜。”

与江志远持同样观点的还有黄坡,黄坡认为:“随着 3D打印机打印过程的进行,电机温度升高是很正常的。但是,如果刚开始打印不久电机的温度就升到非常高,那就是电机运行异常了,比如绝缘不合格、负荷过大、负荷不均衡、缺相运行、转子堵转等原因。其次,电机散热效果不好的话,随着打印工作的进行,电机也会持续升温。所以我们最好给3D打印机配备散热片或者散热风扇,这样就能给予降温措施了。如果购买价格便宜性能不好的电机,当电流很大时就很容易发热导致电机停机或者丢步,同样的工作环境下,质量好的电机就可以避免这种情况。所以购买电机的时候不要单一考虑价格因素,性能好的步进电机能够预防因高温而出现的故障,从而避免打印工作终止。”

除了高温的考验之外,3D打印机所使用的步进电机还要经历精度的检验,精度不达标的步进电机同样不能实现3D打印机的要求。在3D打印机中,步进电机是它的骨干;在步进电机中,驱动器也是步进电机的骨干,MCU则是驱动器的大脑。

步进电机

据悉,MCU能够控制3D打印机,并开始将打印出的物体应用到生活中。士兰微电子高级电机系统应用经理徐晖在接受微电机世界网采访时就提出步进电机向微型化发展是大势所趋。所以,除了控制轴的运动外,目前的3D打印机大多采用步进电机来移动挤出机。3D打印机系统的其中一个重要要求就是明确每个轴的精确位置,其中最常见解决方法就是配备带有电机驱动器的步进电机。

在集成USB的支持下,MCU甚至能够实现与主机PC的直接对接,还可以从诸如微型SD卡等存储介质中载入设计,在保持MCU系列低成本属性的同时轻松控制3D打印机的不同子系统。徐晖认为步进电机系统是朝着集成化和微型化的方向发展的,3D打印机采用的步进电机产品也会朝着微型集成化的模式发展。

嘉兴禾润电子科技有限公司是一家专业从事集成电路产品开发、生产和销售的高新技术企业。该公司的工程师夏存宝在接受采访时表示:“现在自适应衰减电流稳压机制可以根据特定的电机进行自动调节,从而简化步进电机的控制。随着技术的进步和双极性步进电机诞生,传统步进电机低速振动噪声的问题得到了解决,而且双极性步进电机在运行和静止时都确保定位的精确,运行性能也得到了极大的改善,更安静的环境、更可靠的步进电机,这对3D打印机行业来说无疑是一大福音。”

目前3D打印的技术发展已被提升到国家战略高度,坐上了技术发展的高速列车,而且被赋予了“第三种制造模式”的使命,加上逐步改用稳定可靠的步进电机系统,中国的3D打印行业将会从桌面3D打印迈向更高端的市场,以3D打印技术为代表的快速成型技术被看作是引发新一轮工业革命的关键要素。(本文摘自大比特)

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