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【深度解析】3D打印是神话还是实话?_2

发表于:2019-06-05 14:15 作者:新闻小编 来源:新闻小编

  一、3D打印是神话还是实话

  3D打印技术原指增材制造(Additive Manufacturing)技术中的一种,现在普遍被用来描述增材制造行业。早在20世纪80年代中期,3D打印技术就已经出现,现今走过近30个年头。在较长的发展历程中,3D打印由于技术、经济等因素的限制,没有对现有生产模式产生质的改变,而进入2012年之后,随着美国一系列制造业振兴计划的宣布,3D打印作为其中制造业振兴的新技术而备受关注,由一个冷门的名词变得家喻户晓,资本市场也对相关公司看好,推动其股价大涨。反思其发展历程,不由得怀疑这一次的火热,到底是概念的炒作还是3D打印已经成熟,可以承担改革重任?在探究3D打印到底是神话还是实话之前,先分析3D打印的基本情况。

  (一)什么是3D打印

  3D打印技术,是以计算机三维设计模型为蓝本,通过软件分层离散和数控成型系统,利用激光束、热熔喷嘴等方式将金属粉末、陶瓷粉末、塑料、细胞组织等特殊材料进行逐层堆积黏结,最终叠加成型,制造出实体产品。与传统制造业通过模具、车铣等机械加工方式对原材料进行定型、切削以最终生产成品不同,3D打印将三维实体变为若干个二维平面,通过对材料处理并逐层叠加进行生产,大大降低了制造的复杂度。这种数字化制造模式不需要复杂的工艺、不需要庞大的机床、不需要众多的人力,直接从计算机图形数据中便可生成任何形状的零件,使生产制造得以向更广的生产人群范围延伸。

  (二)3D打印发展区域现状

  1、全球3D打印发展情况

  

图1 全球3D打印发展情况

  美国和欧洲在3D打印技术的研发及推广应用方面处于领先地位。美国是全球3D打印技术和应用的领导者,欧洲十分重视对3D打印技术的研发应用。除欧美外,其他国家也在不断加强3D打印技术的研发及应用。澳大利亚近期制定了金属3D打印技术路线;南非正在扶持基于激光的大型3D打印机器的开发;日本着力推动3D打印技术的推广应用;中国3D打印设计服务市场快速增长,已有几家企业利用3D打印制造技术生产设备和提供服务。

  2、中国3D打印发展情况

  3D打印在中国还处于初级阶段,从整个产业角度来看,由于缺少龙头企业的带动作用,政府暂时缺少针对性的扶植措施,整体产业体量还较小;另一方面中国制造业还处于粗放形式,各个环节对3D打印技术带来的冲击认识还不足,接受度较低。

  从发展情况来看,3D打印目前仍停留在高级玩具阶段,并没有实现成熟的产业化。但是,各个区域都非常认可3D打印技术可能带来的改变,这些改变将如何影响现有生产、经济、社会模式是值得关注的问题。

  

图2 中国3D打印发展情况

  二、3D打印带来的影响

  (一)3D打印分布式制造模式打印模式将为第三次工业革命拉开序幕

  规模经济是现在制造业的典型特征,但是资源的制约、成本的提升使得规模经济愈发的不明显。而现实中,分布式则成为新兴模式的代表,从分布式能源到云计算,从工业机器人到3D打印,这些都是分布式的具体应用,而通过分布式之后重新组合的规模经济提升了资源利用率,降低了成本开销,可以说是下一次工业革命的基本形态。

  3D打印模式是个体化的最好体现,也是制造业可以采用的生产方式,抛弃了工厂大规模制造的雷同形式,具有个性化、小型化、节约化的特点。随着3D打印技术作为的日臻完善,实用性不断提高,能够逐步取代一部分现有生产方式时,第三次工业革命的序幕就被拉开。但不能忽略的是,要改变现有的生产模式进入第三次工业革命,还需要相当长的一段时间。

  (二)3D打印方式推动中国产业结构调整步伐

  在全球产业分工协作中,中国被定义为制造者而不是产品的设计者,更不是相关高端品牌的拥有者。低端制造在技术不断发展的今天面临成本上升、利润微薄的巨大压力,因此中国必须要实施产业结构调整来扭转不利局面。

  3D打印被誉为开启第三次工业革命的重要组成部分,是高端制造业实现的重要手段之一。产业结构调整已经在国家层面得到重视,而实操层面由于各地区情况不同,进展缓慢。3D打印技术的不断成熟,能够加速中国产业结构调整的步伐,提升制造业水平。

  (三)3D打印改变传统制造业,成为未来新的经济增长点

  目前,3D打印技术已在工业设计、模具制造等诸多领域得到广泛应用,也正朝着消费品制造、功能零部件制造、组织与结构一体化制造等领域加速发展,展现出广阔的应用前景。这意味着一些制造业可以远离低成本劳动力聚集地,重返更靠近消费者的地方,这些变化都在不同程度上改变了经济模式,成为未来新的经济增长点。

  3D打印带来的影响是颠覆性的,但是实现成熟产业化的目标还需要较长时间去克服技术、经济、社会层面的种种挑战。

  三、3D打印面临的挑战

  正如分布式计算对传统IT产业所带来的变革一样,3D打印也将对传统制造业带来新一轮革命。但是,3D打印的发展并非一帆风顺,技术的不成熟、原有生产方式的根深蒂固都是其发展的阻碍,而且都需要较长的时间去解决。

  (一)技术层面

  耗材:目前应用于3D打印的耗材非常有限,现有的市场上的耗材主要应用于模型、玩具等轻工业民用产品领域,离汽车、航空等领域还较远,而且即便耗材研发成功,规模化生产、材料配比等都是问题,可以说,耗材对3D打印技术应用和发展起决定作用。

  工艺条件:较好的流程控制将减少设备故障时间,而这是目前许多机器和工艺面临的主要问题。其次是工艺理解与建模,要了解和预测材料性能(如表面粗糙度和疲劳性能),就需要有3D打印工艺的新物理模型。

  (二)经济层面

  成本因素:3D打印机的价格已经下降,但单个商品的制造成本依然得不到解决。使用3D打印机制造商品,没有规模经济的红利,使单独制造一件商品的成本,远高于规模制造大量商品后均摊到每一件商品的成本,而消费者更容易选择价格更低质量更有保证的方式。再者,3D打印前期需要大量投资,而资本回报率不够乐观,很难吸引资本力量大规模加入。

  (三)社会层面

  传统格局难以改变:大规模生产的优势在于重复制造与标准化,而3D打印则有利于个性化与定制化。目前的需求聚合是以规模化为主的,普通企业和个人要依据个性化和定制化完成需求聚合非常困难。

  从3D打印面临的挑战来看,3D打印距离能够改变现有生产模式、转变消费观念还有很长距离。但是,3D打印是未来发展的趋势,预先培养、扶植壮大3D打印产业是抢占下一次工业革命的重要手段。

  四、中国如何发展3D打印产业

  (一)实施产业宏观规划和引导

  3D打印产业上游包括材料技术、控制技术、光机电技术、软件技术,中游是的高端设备行业,下游涉及国防科工、航空航天、消费电子、医疗卫生、文化创意等行业,其发展将会深刻影响制造业、生产性服务业、文化创意业、电子商务业等。

  因此,需要在我国工业转型升级、发展智能制造业的时刻,对3D打印产业进行规划和引导。通过规划,找到中国3D打印产业的定位,结合我国已有基础,积极拓展3D打印应用领域,实现3D打印产业的良性发展。

  (二)借助重大项目培育龙头企业

  我国虽已有几家企业能自主制造3D打印设备,但企业规模普遍较小,研发力量不足。在加工流程稳定性、工件支撑材料生成和处理、部分特种材料的制备技术等诸多具体环节,存在较大缺陷,难以完全满足产品制造的需求。

  为了在高端制造业领域占据有利位置,需要对龙头企业予以培育,加大研发投入、提供政策优惠、辅助关键技术的攻克。实施一系列示范工程和重大项目去推进3D打印技术的成熟,保证核心关键技术的自有知识产权。

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