傳統(tǒng)制造起變革，3D打印“未來”

近年來，3D打印這一熱門詞匯頻頻進(jìn)入人們的視野。隨著以智能化、數(shù)字化和網(wǎng)絡(luò)化為愿景的智能制造、“工業(yè)4.0”等新興戰(zhàn)略上升到國家層面，3D打印作為其中一項重要內(nèi)容正被大家越來越重視。

傳統(tǒng)制造起變革

時間追溯到上世紀(jì)90年代，3D打印技術(shù)問世。經(jīng)過多年的發(fā)展，3D打印已在工業(yè)造型、機(jī)械制造、軍事、建筑、影視、家電、醫(yī)學(xué)、考古、文化藝術(shù)、雕刻、首飾等領(lǐng)域取得技術(shù)突破并得到初步應(yīng)用。雖然目前全球3D打印市場份額只占整個制造業(yè)的0.02%，但隨著3D打印技術(shù)和材料的發(fā)展，其應(yīng)用領(lǐng)域必將不斷拓展，應(yīng)用規(guī)模將不斷擴(kuò)大。

據(jù)武漢紡織大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院特聘教授包海峰介紹，3D打印就是用機(jī)器打印三維物件，以分層制造、逐層疊加方式產(chǎn)出成品，這種生產(chǎn)方式無需模具，可一次加工完成非常復(fù)雜結(jié)構(gòu)的產(chǎn)品。目前3D打印機(jī)有多種成型系統(tǒng)，都具有不同的特點(diǎn)，比如3D建筑打印機(jī)能夠以黏土、陶瓷漿料等為打印材料。

數(shù)據(jù)顯示，2012年，全球3D打印設(shè)備市場規(guī)模為22.04億美元，比2011年增長28.6%。全球市場研究公司Gartner發(fā)布報告稱，2014 年全球3D打印設(shè)備市場規(guī)模已經(jīng)達(dá)到38億美元，今年出貨量可達(dá)217350臺，增幅高達(dá)100%。該機(jī)構(gòu)預(yù)測到2018年該市場出貨量將超過230萬臺，規(guī)?？赏_(dá)到125億美元。

工業(yè)和信息化部部長苗圩認(rèn)為，有了3D打印技術(shù)以后，可以最大限度地滿足每個消費(fèi)者個性化需求，當(dāng)然現(xiàn)在還處于一個發(fā)展階段。對于一些特別復(fù)雜的，很難加工、又無需批量化的零部件，3D打印具有強(qiáng)大競爭優(yōu)勢。由于這種技術(shù)的變化，可能對傳統(tǒng)的生產(chǎn)方式帶來一個革命性的變化。

業(yè)內(nèi)人士苗圩近日還表示：“這一技術(shù)代表制造業(yè)加工方式的重大變革，目前已經(jīng)到了與汽車、航空航天等領(lǐng)域跨界合作的必然時刻，跨領(lǐng)域的深度融合將使 3D打印技術(shù)在推進(jìn)制造業(yè)智能、高效、協(xié)同、綠色發(fā)展的進(jìn)程中發(fā)揮巨大作用，工信部也將積極發(fā)揮引導(dǎo)管理職能，鼓勵開展3D打印在汽車、航空航天等領(lǐng)域的應(yīng)用示范，廣泛推進(jìn)3D打印與各行業(yè)的跨領(lǐng)域合作。

中國粉末冶金技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟3D打印專業(yè)技術(shù)委員會主任宗貴升將3D打印的應(yīng)用分三個層面：一個是所謂的高端，就是航天航空汽車;第二個應(yīng)用就是針對專業(yè)人士的，工程師、設(shè)計師做，快速模型以及一些設(shè)計的驗(yàn)證;第三個層面的應(yīng)用就是民用的桌面打印機(jī)，所以，這場革命是一種以新材料為基礎(chǔ)，新技術(shù)為途徑的變革。

材料瓶頸阻發(fā)展

我國從20世紀(jì)90年代起研發(fā)3D打印技術(shù)，目前，清華大學(xué)、北京航空航天大學(xué)、西安交通大學(xué)、華中科技大學(xué)等研究機(jī)構(gòu)與企業(yè)已經(jīng)在3D打印設(shè)備和材料領(lǐng)域取得一定研究成果。2012年10月，中國3D打印技術(shù)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟成立，2013年，中國3D打印技術(shù)產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新中心(南京、濰坊、珠海)相繼成立。 2013年，3D打印入選國家863計劃，國家提供4000萬元作為研究基金來支持3D打印核心技術(shù)的發(fā)展，北京投入了15億元支持3D打印技術(shù)。在地方政府層面，3D打印產(chǎn)業(yè)更是遍地開花，成為各地政府追捧熱點(diǎn)，包括南京、武漢、珠海、青島、成都、長沙等地都籌建了3D打印產(chǎn)業(yè)園，并在資金、土地、配套政策上給予支持。

2015年2月，業(yè)內(nèi)認(rèn)為，中國3D打印行業(yè)迎來了產(chǎn)業(yè)發(fā)展的春天——工信部、發(fā)改委及財政部聯(lián)合發(fā)布了《國家增材制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展推進(jìn)計劃(2015~2016年)》，首次將增材制造(即3D打印)產(chǎn)業(yè)發(fā)展上升到國家戰(zhàn)略層面，對3D產(chǎn)業(yè)的發(fā)展做出了整體計劃。其中也對我國3D打印的現(xiàn)狀進(jìn)行了客觀評價：我國增材制造產(chǎn)業(yè)化仍處于起步階段，與先進(jìn)國家相比存在較大差距，尚未形成完整的產(chǎn)業(yè)體系，離實(shí)現(xiàn)大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化、工程化應(yīng)用還有一定距離。而據(jù)同花順統(tǒng)計數(shù)據(jù)，目前涉及3D打印概念的共有37家上市公司。但是，滬深股市至今還沒有一家真正以3D打印為主業(yè)的上市公司。

為何我國3D打印技術(shù)還不能完全工業(yè)化?“材料瓶頸被業(yè)內(nèi)普遍認(rèn)為是限制3D打印發(fā)展的首要問題。”包海峰這樣說。

據(jù)了解，打印材料方面，3D打印材料多采用化學(xué)聚合物，選擇的局限性較大，成型品的物理特性較差，另外材料的價格也偏高，亟須豐富材料品種、降低材料價格?，F(xiàn)在3D打印技術(shù)應(yīng)用的材料已達(dá)130多種，但是比傳統(tǒng)工業(yè)生產(chǎn)能應(yīng)用的材料還是少很多。

湖南華曙高科技有限責(zé)任公司華北區(qū)域經(jīng)理苑承志認(rèn)為：“目前，我們研發(fā)并生產(chǎn)的打印材料以尼龍及尼龍復(fù)合材料為主，而PP、PE、PC等高分子材料和其他多種多樣的材料也可以通過3D打印機(jī)進(jìn)行打印，希望相關(guān)的企業(yè)、研究所也參與到不同打印材料成型的研究過程中，不僅滿足高附加值，也是當(dāng)前市場的需求所向。”

據(jù)苑承志介紹，3D打印主要可使用粉末及液態(tài)原料，光聚合技術(shù)一般使用液態(tài)原料，成型后表面更為光滑，但機(jī)械性能、抗老化性較低，主要有SLA、DLP及(成型速度又慢到快)等技術(shù)，其中的CLIP今年剛剛誕生，其打印速度比其他方法快25~100倍。

阿卡姆(北京)工業(yè)設(shè)備有限公司的一位負(fù)責(zé)人稱，他們主要使用金屬粉末來作為3D打印的材料，生產(chǎn)醫(yī)用、航空航天等行業(yè)的產(chǎn)品，長期目標(biāo)是要成為在金屬增材制造系統(tǒng)領(lǐng)域的領(lǐng)先廠商。阿卡姆采用電子束熔煉(EBM)技術(shù)，相較于激光束，由于電子束的高能量密度，EBM能在構(gòu)建室內(nèi)形成較高的溫度，比如打印鈦金屬時通常達(dá)到約700℃的高溫。能夠使打印材料形成一種精致的微觀結(jié)構(gòu)，具有高延展性和良好的抗疲勞特性。而據(jù)記者了解這樣的材料與打印機(jī)目前主要依靠進(jìn)口。

在產(chǎn)品質(zhì)量方面，許多3D打印產(chǎn)品精度還不盡如人意，打印效率還遠(yuǎn)不適應(yīng)產(chǎn)業(yè)化需求，而且受工作原理的限制，打印精度與速度之間存在嚴(yán)重沖突，而我國與國外的差距主要存在于打印的精度和穩(wěn)定性。據(jù)專家介紹，比如精度問題，國產(chǎn)技術(shù)的精度較低，精度約在0.1毫米，如果能做到0.05毫米，乃至50納米，就能跟國際3D打印水平就相當(dāng)。[!--empirenews.page--]

除此之外，3D打印機(jī)造價較為昂貴，大多桌面級3D打印機(jī)售價2萬元人民幣左右，國內(nèi)的仿制品價格可以低到6000元以下，但質(zhì)量難以保證，工業(yè)級3D打印機(jī)的價格甚至高達(dá)數(shù)百萬元。

未來市場誰搶占

當(dāng)前，在加快轉(zhuǎn)變經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式的新常態(tài)下，政府提出了“中國制造2025”發(fā)展戰(zhàn)略，努力實(shí)現(xiàn)由“制造大國”向“制造強(qiáng)國”的轉(zhuǎn)變。這正是3D打印給包括材料供應(yīng)、智能制造在內(nèi)的相關(guān)行業(yè)帶來的重大機(jī)遇。業(yè)內(nèi)人士認(rèn)為，“十三五”期間，3D打印將深刻影響制造企業(yè)的生產(chǎn)方式，引領(lǐng)制造業(yè)從標(biāo)準(zhǔn)化和精益化生產(chǎn)步入定制化生產(chǎn)。中關(guān)村夢想實(shí)驗(yàn)室3D打印產(chǎn)業(yè)基金相關(guān)負(fù)責(zé)人洪學(xué)天表示：“中國現(xiàn)在在3D打印市場的整個存量只有4%，美國占71%，日本大概是 1%，歐洲大概11%。當(dāng)然大家看到這個市場上有不同的研究報告，從2013年的5億多美元，大家預(yù)測到2020年可以達(dá)到50億美元，當(dāng)然也有預(yù)測 200億美元，我比較傾向于后者，因?yàn)槲艺J(rèn)為中國的市場可能沒有算進(jìn)去，所以非常有可能超過這個數(shù)字。”

洪學(xué)天同時指出，未來，3D打印機(jī)所采用的材料將會大量增多，而這些材料將會具備不同的特性。在可用于打印的材料發(fā)展過程中，3D打印技術(shù)的研究將更多的去突破自身的局限。例如3D打印更多的嵌入型部件：電池、電子、傳感器等等。隨著打印設(shè)備和打印材料技術(shù)的進(jìn)一步突破、成本的進(jìn)一步下降，3D打印在個人消費(fèi)領(lǐng)域(食品、藝術(shù)品、個性化物品等)也將得到進(jìn)一步發(fā)展。

“國內(nèi)對于3D打印機(jī)的需求主要集中于高分子材料研發(fā)，已經(jīng)被應(yīng)用于汽車、航空航天、家電等領(lǐng)域，而更多的應(yīng)用領(lǐng)域以及更廣泛的材料目前還有待進(jìn)一步研究拓展。” 苑承志稱，中石化也將3D打印作為未來的五大戰(zhàn)略之一，并已經(jīng)購買了3D打印設(shè)備用于研發(fā)石化產(chǎn)業(yè)下游相關(guān)材料的打印技術(shù)。

沙特基礎(chǔ)工業(yè)公司Ernesto Orchello認(rèn)為，對于中小型企業(yè)來說，3D打印技術(shù)是很好的機(jī)會。他們有能力創(chuàng)造高附加值的產(chǎn)品，可以達(dá)到高水平的技術(shù)來獲得顧客們的喜愛，對于如何能夠大規(guī)模的復(fù)制還是一個挑戰(zhàn)，另外，從企業(yè)的角度來說，要盡快地進(jìn)入這個市場，你有一個想法，就盡快地把它轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品，推到市場中去;對于大型公司或者是政府來說，必須要對工程師和相關(guān)人員進(jìn)行合適的培訓(xùn)，讓他們知道什么樣的材料用于3D打印是最合適的，同時他們還需要進(jìn)行一些早期的測試，然后再把產(chǎn)品推到市場中去。

“我和奔馳公司的老總在一起，我說將來新的3D的制造技術(shù)，會不會對我們汽車的大批量的流水線帶來變化?他說完全有可能。將來客戶可能在自己家里面，作為創(chuàng)客，自己來設(shè)計一臺車，有些零部件就自己打出來了，有些零部件他認(rèn)為自己打不出來，或者是不合算的，可以去汽車廠購買，所以把現(xiàn)在的汽車廠變成客戶的供應(yīng)商，他跟我講了這么一個例子。所以我們要做好這個準(zhǔn)備，迎接這場革命給我們帶來的變化。這個變化的結(jié)果一定是更大限度地滿足每一個人的個性化的需求，而它又不會帶來成本的大幅度的提高。”苗圩說。

3D打印技術(shù)正在突破自身的束縛，這其中包括市場、材料、工藝、成本等等，正在努力地成為大眾化的消費(fèi)品。在未來，3D打印機(jī)將會以低成本、高品質(zhì)、實(shí)用性強(qiáng)的姿態(tài)飛入尋常百姓家。