新闻中心

EEPW首页 > 嵌入式系统 > 设计应用 > 传统制造起变革,3D打印“未来”

传统制造起变革,3D打印“未来”

作者:时间:2017-10-20来源:网络收藏

  近年来,这一热门词汇频频进入人们的视野。随着以智能化、数字化和网络化为愿景的智能制造、“工业4.0”等新兴战略上升到国家层面,作为其中一项重要内容正被大家越来越重视。

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/201710/366718.htm

  

  传统制造起变革

  时间追溯到上世纪90年代,技术问世。经过多年的发展,3D打印已在工业造型、机械制造、军事、建筑、影视、家电、医学、考古、文化艺术、雕刻、首饰等领域取得技术突破并得到初步应用。虽然目前全球3D打印市场份额只占整个制造业的0.02%,但随着3D打印技术和材料的发展,其应用领域必将不断拓展,应用规模将不断扩大。

  据武汉纺织大学材料科学与工程学院特聘教授包海峰介绍,3D打印就是用机器打印三维物件,以分层制造、逐层叠加方式产出成品,这种生产方式无需模具,可一次加工完成非常复杂结构的产品。目前3D打印机有多种成型系统,都具有不同的特点,比如3D建筑打印机能够以黏土、陶瓷浆料等为打印材料。

  

  数据显示,2012年,全球3D打印设备市场规模为22.04亿美元,比2011年增长28.6%。全球市场研究公司Gartner发布报告称,2014 年全球3D打印设备市场规模已经达到38亿美元,今年出货量可达217350台,增幅高达100%。该机构预测到2018年该市场出货量将超过230万台,规模可望达到125亿美元。

  工业和信息化部部长苗圩认为,有了3D打印技术以后,可以最大限度地满足每个消费者个性化需求,当然现在还处于一个发展阶段。对于一些特别复杂的,很难加工、又无需批量化的零部件,3D打印具有强大竞争优势。由于这种技术的变化,可能对传统的生产方式带来一个革命性的变化。

  业内人士苗圩近日还表示:“这一技术代表制造业加工方式的重大变革,目前已经到了与汽车、航空航天等领域跨界合作的必然时刻,跨领域的深度融合将使3D打印技术在推进制造业智能、高效、协同、绿色发展的进程中发挥巨大作用,工信部也将积极发挥引导管理职能,鼓励开展3D打印在汽车、航空航天等领域的应用示范,广泛推进3D打印与各行业的跨领域合作。

  中国粉末冶金技术创新战略联盟3D打印专业技术委员会主任宗贵升将3D打印的应用分三个层面:一个是所谓的高端,就是航天航空汽车;第二个应用就是针对专业人士的,工程师、设计师做,快速模型以及一些设计的验证;第三个层面的应用就是民用的桌面打印机,所以,这场革命是一种以新材料为基础,新技术为途径的变革。

  材料瓶颈阻发展

  我国从20世纪90年代起研发3D打印技术,目前,清华大学、北京航空航天大学、西安交通大学、华中科技大学等研究机构与企业已经在3D打印设备和材料领域取得一定研究成果。2012年10月,中国3D打印技术产业联盟成立,2013年,中国3D打印技术产业创新中心(南京、潍坊、珠海)相继成立。 2013年,3D打印入选国家863计划,国家提供4000万元作为研究基金来支持3D打印核心技术的发展,北京投入了15亿元支持3D打印技术。在地方政府层面,3D打印产业更是遍地开花,成为各地政府追捧热点,包括南京、武汉、珠海、青岛、成都、长沙等地都筹建了3D打印产业园,并在资金、土地、配套政策上给予支持。

  2015年2月,业内认为,中国3D打印行业迎来了产业发展的春天——工信部、发改委及财政部联合发布了《国家增材制造产业发展推进计划(2015~2016年)》,首次将增材制造(即3D打印)产业发展上升到国家战略层面,对3D产业的发展做出了整体计划。其中也对我国3D打印的现状进行了客观评价:我国增材制造产业化仍处于起步阶段,与先进国家相比存在较大差距,尚未形成完整的产业体系,离实现大规模产业化、工程化应用还有一定距离。而据同花顺统计数据,目前涉及3D打印概念的共有37家上市公司。但是,沪深股市至今还没有一家真正以3D打印为主业的上市公司。

  为何我国3D打印技术还不能完全工业化?“材料瓶颈被业内普遍认为是限制3D打印发展的首要问题。”包海峰这样说。

  据了解,打印材料方面,3D打印材料多采用化学聚合物,选择的局限性较大,成型品的物理特性较差,另外材料的价格也偏高,亟须丰富材料品种、降低材料价格。现在3D打印技术应用的材料已达130多种,但是比传统工业生产能应用的材料还是少很多。

  湖南华曙高科技有限责任公司华北区域经理苑承志认为:“目前,我们研发并生产的打印材料以尼龙及尼龙复合材料为主,而PP、PE、PC等高分子材料和其他多种多样的材料也可以通过3D打印机进行打印,希望相关的企业、研究所也参与到不同打印材料成型的研究过程中,不仅满足高附加值,也是当前市场的需求所向。”

  据苑承志介绍,3D打印主要可使用粉末及液态原料,光聚合技术一般使用液态原料,成型后表面更为光滑,但机械性能、抗老化性较低,主要有SLA、DLP及(成型速度又慢到快)等技术,其中的CLIP今年刚刚诞生,其打印速度比其他方法快25~100倍。

  阿卡姆(北京)工业设备有限公司的一位负责人称,他们主要使用金属粉末来作为3D打印的材料,生产医用、航空航天等行业的产品,长期目标是要成为在金属增材制造系统领域的领先厂商。阿卡姆采用电子束熔炼(EBM)技术,相较于激光束,由于电子束的高能量密度,EBM能在构建室内形成较高的温度,比如打印钛金属时通常达到约700℃的高温。能够使打印材料形成一种精致的微观结构,具有高延展性和良好的抗疲劳特性。而据记者了解这样的材料与打印机目前主要依靠进口。

  在产品质量方面,许多3D打印产品精度还不尽如人意,打印效率还远不适应产业化需求,而且受工作原理的限制,打印精度与速度之间存在严重冲突,而我国与国外的差距主要存在于打印的精度和稳定性。据专家介绍,比如精度问题,国产技术的精度较低,精度约在0.1毫米,如果能做到0.05毫米,乃至50纳米,就能跟国际3D打印水平就相当。

  除此之外,3D打印机造价较为昂贵,大多桌面级3D打印机售价2万元人民币左右,国内的仿制品价格可以低到6000元以下,但质量难以保证,工业级3D打印机的价格甚至高达数百万元。

  未来市场谁抢占

  当前,在加快转变经济发展方式的新常态下,政府提出了“中国制造2025”发展战略,努力实现由“制造大国”向“制造强国”的转变。这正是3D打印给包括材料供应、智能制造在内的相关行业带来的重大机遇。业内人士认为,“十三五”期间,3D打印将深刻影响制造企业的生产方式,引领制造业从标准化和精益化生产步入定制化生产。中关村梦想实验室3D打印产业基金相关负责人洪学天表示:“中国现在在3D打印市场的整个存量只有4%,美国占71%,日本大概是 1%,欧洲大概11%。当然大家看到这个市场上有不同的研究报告,从2013年的5亿多美元,大家预测到2020年可以达到50亿美元,当然也有预测 200亿美元,我比较倾向于后者,因为我认为中国的市场可能没有算进去,所以非常有可能超过这个数字。”

  洪学天同时指出,未来,3D打印机所采用的材料将会大量增多,而这些材料将会具备不同的特性。在可用于打印的材料发展过程中,3D打印技术的研究将更多的去突破自身的局限。例如3D打印更多的嵌入型部件:电池、电子、传感器等等。随着打印设备和打印材料技术的进一步突破、成本的进一步下降,3D打印在个人消费领域(食品、艺术品、个性化物品等)也将得到进一步发展。

  “国内对于3D打印机的需求主要集中于高分子材料研发,已经被应用于汽车、航空航天、家电等领域,而更多的应用领域以及更广泛的材料目前还有待进一步研究拓展。” 苑承志称,中石化也将3D打印作为未来的五大战略之一,并已经购买了3D打印设备用于研发石化产业下游相关材料的打印技术。

  沙特基础工业公司Ernesto Orchello认为,对于中小型企业来说,3D打印技术是很好的机会。他们有能力创造高附加值的产品,可以达到高水平的技术来获得顾客们的喜爱,对于如何能够大规模的复制还是一个挑战,另外,从企业的角度来说,要尽快地进入这个市场,你有一个想法,就尽快地把它转化为产品,推到市场中去;对于大型公司或者是政府来说,必须要对工程师和相关人员进行合适的培训,让他们知道什么样的材料用于3D打印是最合适的,同时他们还需要进行一些早期的测试,然后再把产品推到市场中去。

  “我和奔驰公司的老总在一起,我说将来新的3D的制造技术,会不会对我们汽车的大批量的流水线带来变化?他说完全有可能。将来客户可能在自己家里面,作为创客,自己来设计一台车,有些零部件就自己打出来了,有些零部件他认为自己打不出来,或者是不合算的,可以去汽车厂购买,所以把现在的汽车厂变成客户的供应商,他跟我讲了这么一个例子。所以我们要做好这个准备,迎接这场革命给我们带来的变化。这个变化的结果一定是更大限度地满足每一个人的个性化的需求,而它又不会带来成本的大幅度的提高。”苗圩说。

  3D打印技术正在突破自身的束缚,这其中包括市场、材料、工艺、成本等等,正在努力地成为大众化的消费品。在未来,3D打印机将会以低成本、高品质、实用性强的姿态飞入寻常百姓家。



关键词: 3D打印

评论


相关推荐

技术专区

关闭