當“3D打印”來敲門

2019-11-09 13:59:52 來源:中國建材報

——3D打印給制造業帶來的改變與思考


  ■本報記者畢德鵬
  1986年,美國科學家CharlesHull開發了第一臺商業3D印刷機,開啟了制造領域第一個“見證奇跡的時刻”。
  隨后,第一款3D打印的比基尼;第一臺3D巧克力打印機;第一架3D打印的飛機;首次用3D打印機打印出人造肝臟組織;首次成功拍賣一款名為“ONO之神”的3D打印藝術品……3D打印在制造業的各個領域創造著令人驚嘆的奇跡。
  近年來,3D打印被視為全球新一輪科技革命和產業革命重要推動力。
  2010年,中國已經成為世界第一制造業大國。而隨著中國經濟發展邁入“新常態”,以往的高投入、高能耗、高增長將一去不返;中高速增長,經濟結構優化升級,從要素驅動、投資驅動轉向創新驅動已成為中國經濟發展的主流,因此制造業這所大房子期待新的訪客,而就在此時,3D打印前來敲門……
  “蝴蝶效應”的起點
  在一個動力系統中,初始條件下微小的變化能帶動整個系統的長期的巨大的連鎖反應。這是一種混沌現象。任何事物發展均存在定數與變數,事物在發展過程中其發展軌跡既有規律可循,同時也存在不可測的“變數”,一個微小的變化能影響事物的發展。
  用這段理論來形容3D打印再合適不過了。縱觀3D打印所涉及的領域,其應用范圍相當之廣泛,如航空航天業、傳統制造業、醫療設備、食品行業等,自誕生以來就備受各大行業追捧,全球各個國家地區對其研究的熱情一路高漲,市場規模也呈逐年壯大之勢。
  3D打印的概念被首次提出是在1982年,J.E.Blanther提出的“疊層制造原理”,但真正被人們所熟知,時間并不是很長。在經歷了概念、萌芽、實驗室、培育等階段后,如今3D打印步入了發展階段。
  2012年,為重振美國經濟和美國制造,奧巴馬總統提出建設全美制造業創新網絡計劃,并將3D打印確定為方向之一。同年4月,英國《經濟學人》(TheEconomist)刊登了一篇名為《第三次工業革命》的封面文章,認為3D打印將“與其他數字化生產模式一起推動實現第三次工業革命”,并稱這是“制造業未來的趨勢”。
  數據顯示,2012年,全球3D打印所有的產品和相關服務產業市場規模為23億美元;到2015年時,全球3D打印市場規模增至52億美元。如此看來,廣大企業怎能不被“利誘”?
  中國3D打印起步較晚,行業基礎薄弱,但發展速度較快。3D打印的關注度在去年空前高漲,屢次在資本市場呼風喚雨,企業數量也出現井噴式增長。各大資本、企業爭相涌入,試圖在這個巨大蛋糕上占有更大的一部分。然而,面對“尚處于科研階段,還未在工業、個人消費領域大規模推廣,整體產業規模不大,離崛起需尚待時日”的現狀,產業發展整體呈現不平衡的趨勢,效果不盡如人意。今年以來,部分企業由于“走得太快”更是慘遭滑鐵盧,資本虧損、技術研發遭遇瓶頸、應用不足等問題頻頻爆出,3D打印到底是“真正藍海”還是“虛假繁榮”的質疑聲屢屢傳來。
  此前,第四屆3D打印技術產業大會在成都召開。會議期間就3D打印目前的市場定位及發展前景進行了深度討論。不少參會人員表示:3D打印仍是一片亟待開發的藍海領域,但卻像是塊吃不著的肥肉,潛力無窮但規模尚小,目前3D打印整體仍處于初步發展階段,但由于企業眾多,同質化競爭嚴重,行業“洗牌”的大幕已經拉開,3D打印商業模式和傳統工藝的轉型迫在眉睫。
  在轉型時,3D打印與大數據、云計算、人工智能等先進技術的“不期而遇”,無疑讓3D打印將面向“速度更快、精度更高、材料更寬泛”的方向發展。而這個方向正是3D打印由個人消費向工業級的轉變前提條件。
  前不久在珠海召開的第四屆亞洲3D打印展覽會上,3D打印行業呈現了從消費級走向工業級應用的大趨勢。消費級3D打印機是開源市場,有些甚至企業從網上找來相關資料就可組裝生產,而工業級打印機完全是閉源市場,需要軟硬件的一系列技術突破。
  此前,國內雖然對3D打印一直熱度不減,但一個現實問題是,消費級3D打印機市場是主流,而工業級3D打印機市場則發展緩慢。
  無獨有偶,去年底美國行業巨頭3DSystems宣布撤出“消費級”市場,將轉向更賺錢的專業級和工業級3D打印市場。有專家指出,未來工業領域還將是3D打印的主流市場,更多企業將忍痛放棄消費級市場而專注于工業級市場。不難看出,從消費級走向工業級,既是3D打印企業向產業鏈更高端延伸的發展結果,也是國際3D打印行業發展形勢的大勢所趨。
  制造業轉型的“圓夢巨人”
  隨著工業4.0概念的日漸清晰及中國制造2025規劃的推進,傳統制造也正迎來一場新的歷史變革與創新。對于中國的傳統制造業而言,轉型實際上是從傳統的工廠,從2.0、3.0的工廠轉型到4.0的工廠,整個生產形態上,從大規模生產,轉向個性化定制。實際上整個生產的過程更加柔性化、個性化、定制化,這是工業4.0一個非常重要的特征。
  目標明確,但道路卻不清晰,上至國家政府,下至企業集團都在探索新路徑。平臺期的停滯,讓制造業好似沉浸在夢境中,找尋轉型的抓手。
  電影《圓夢巨人》中好心眼兒巨人專門搜集好夢,把夢分門別類地裝在一個個玻璃瓶子里,再挨家挨戶地把捕捉來的好夢吹到孩子們睡覺的臥室里,以幫助他們好夢成真。3D打印是否會成為制造業轉型的“圓夢巨人”?
  “未來你想要什么,只需下載圖紙,按下打印鍵,就可以去喝咖啡、聽音樂了,剩下的所有事,請通通交給打印機。3D打印技術讓這種看似瘋狂的設想變成了現實。”英國工程學家阿德里安·鮑耶的解釋,讓3D打印成了制造業“圓夢巨人”的化身。
  相對于傳統工藝,3D打印技術優勢在于個性化定制方面尤為突出。傳統工藝從設計到手板廠,可能需要三到五天,在手板廠加工可能需要十到十五天,后期上色處理還需要四到五天,產品制作周期非常長。通過3D打印技術,一般模型可能僅需要一天時間打印,之后再經過兩三天上色處理,大大降低產品制作周期,對于企業效率提升具有重要作用。
  作為快速成型技術的一種,3D打印近幾年來熱度不減,越來越多的企業、研究院所,甚至普通行業都將觸角伸向3D打印。有數據顯示,2009~2014年,全球3D打印市場以年均30.1%的復合增速增長,2012年全球3D打印設備市場規模為22.04億美元,2017年預計達到50億美元,2028年將超過百億美元。
  巨大的市場缺口、廣闊的發展前景,3D打印這塊沃土吸引了眾多專家學者和企業去探索、挖掘。
  經過數十年的發展,3D打印已先后進入了航天航空、建筑、醫療、房屋建筑等領域,未來其應用范圍還會更加廣闊,如今工業級3D打印正在顯示其神奇之處。
  日前,長征五號首發成功,中國步入“大航天時代”。據統計,長征五號研制全程共突破了240多項關鍵技術,其中,3D打印作為一種三維數字化設計工具發揮了獨特貢獻。作為運載火箭的主承力構件,長征五號的鈦合金芯級捆綁支座采用了3D打印技術,不僅強度更高,加工速度更快,重量還比原來的高強鋼設計減少30%。航天科技一院長征五號運載火箭總設計師李東介紹,“3D打印將為今后火箭的主承力部段輕量化結構設計與制造,提供強有力的技術支撐。”
  減重,是人類脫離地面、探索外太空世界永遠的命題。3D打印能實現優化設計,讓傳統工藝望而興嘆的薄壁造型成為可能,優勢不言而喻。長征五號的那個鈦合金芯級捆綁支座,或許只是增材制造在航空航天領域的一個小小開端。
  專業人士認為,從需求端看,未來幾年內航天軍工、民用消費、模具設計三駕馬車將驅動3D打印需求超越式增長。其中,國產四代戰斗機的批量生產、國產大飛機項目的實現有望為3D打印創造出一個20+億元的“大市場”。這或許就是中國制造業在期盼的“圓夢”。
  有待突破的“蛇眼”危機
  “蛇眼”通常被比喻為骰子中的兩點,一般擲出兩點代表輸局已定。
  無論是全球范圍,還是在中國市場,3D打印產業雖然表面繁榮,但卻始終未能真正爆發,手里握著的仍是“兩點”,主要瓶頸就是市場定位、材料、批量打印三大難關上。在三大難關未攻克前,3D打印仍將繼續緩慢增長,并依然面臨“蛇眼”的危機。
  3D打印與其他新興行業一樣,消化時遇到的第一個問題便是成本。比如,即便目前3D打印機的價格相比幾年前已經有了一定程度的下滑,但一款入門3D打印機至少也需要四、五千元。另外,價格決定硬件能力及打印質量,入門產品往往只能打印較小規格的產品,除了打印一些小物件和小玩具,實際上并沒有起到“節省家庭支出成本”的作用。
  再如,消費級3D打印機的整體使用體驗并不令人滿意,是其沒有在消費市場進一步擴張的另一個原因。首先,并非所有用戶都會用CAD制圖軟件,而下載網站上的現有素材,并不總是可以滿足需求。諸如眾多廠商推出了支持3D掃描的機型,但掃描效果較差。缺乏易用的軟件,無法讓一般用戶真正實現DIY樂趣。另外,3D打印機的打印質量也不夠好,通常成品具有大量毛邊,需要用戶進行后續修剪。同時,消費級3D打印機實際上并不能很好處理精密打印,甚至不如網上買來的精致。
  又如,一些初創設計公司、時尚機構開始嘗試使用3D打印制作服飾、配件,其使用的商業3D打印機價格高昂,效果也要更好一些。不過,使用3D打印制成的奇裝異服、鞋子,顯然并不是大眾級的產品。目前,3D打印應用主要還是集中在醫療、工業、設計、時尚等行業,同時并不直接用于大規模成品制造,而是集中在早期研發、實驗的階段。
  近幾年間,3D打印技術及應用在全球范圍內取得了的進步,很大程度上得益于材料創新推動。因此,3D打印材料成為產業鏈中重要的一環。3D打印的材料較為特殊,能真正用于3D打印機的屈指可數。按種類可劃分為生物材料、金屬材料、陶瓷材料、塑料材料、砂材料五大類,目前全球范圍已經實踐應用的材料不足百種。再者,打印出來的產品需要多種材料,無疑又加大了難度。
  首先材料的高需求與匱乏的現狀讓許多大企業集團躍躍欲試,目前,國內外也開始加大對3D打印新型材料的研發力度。不久前,德國化學公司BASF宣布將于惠普合作,為惠普3D打印系統JetFusion3D打印機開發用于生產的3D打印材料。據悉,惠普宣布推出3D打印系統以來,便與多家大型企業建立合作關系,其中包括寶馬、耐克,在材料方面與Evonik、Arkemad、BASF合作,致力于可3D打印的材料研發。
  其次,3D打印企業正面臨有潛力無市場的尷尬,很多企業對如何競逐3D打印市場定位不清缺,導致在工業及個人消費領域搖擺不定,結果均吃力不討好。如在個人消費市場,3D打印產品就面臨非必需品、不實用、價格高的困窘局面,難以真正打開市場。
  最后,盡管3D打印有著推動“第三次工業革命”主要技術的美譽,部分專家卻認為“言之過早”。一方面,快速成型技術本就在工業應用中十分有限;另一方面,難以實現量化生產是3D打印的致命傷。
  推廣過程中,3D打印遇到這樣或者那樣的問題,都是不可規避的。在發展初級階段,市場容量并不是很大,甚至有些飽和的狀態。另外,大同小異的產品很容易讓消費者產生審美疲勞,甚至讓更多人接受“3D打印也就那樣”的想法。
  正所謂:“文章始于模仿而終于創新”,這句話在3D打印行業也適用。3D打印產業以創新為生命線,發展模式、市場定位、用戶群體、商業模式等等都需要通盤的創新。如今3D打印敲開了制造業的大門,是成為“這所房子”的新成員,還是作為匆匆過客,我們將拭目以待。
責編:曾蘊瑤

北京28预测结果