增材制造技術(俗稱3D打印)并非新鮮的技術,在上世紀80年代就得到了發展和推廣,而在近兩三年卻受到了包括美國、中國等國家的高度重視。
2013年6月26日,工業和信息化部部長苗圩在“新工業革命與增材制造國際研討會”上談到,今天3D打印已經形成比較完整的技術體系,應用范圍不斷拓展,產業鏈初步形成,市場規模快速增長。科技部部長萬鋼認為,由于3D打印在復雜化結構零部件加工、個性化定制等方面具有獨特技術優勢,其在航空航天、汽車、電子等領域將具有相當廣闊的應用前景。
信息技術驅動3D打印
在二三十年前,3D打印技術就已經能用樹脂或膠等材料制作產品。近幾年,由于3D打印可處理的材料范圍擴大到了金屬材料,而且成功地將幾十年前就有的工藝技術重新組合利用,例如結合信息技術,使用激光和電子束進行表面工程和增材制造。此外,由于激光和電子槍等關鍵元器件品質不斷提高等原因,使得3D打印技術更加成熟。而美國總統奧巴馬振興美國制造的新舉動——成立3D打印創新研究院,則推動3D打印立馬在全球“火”了起來。
北京航空制造工程研究所總工程師李志強表示,3D打印技術具備諸多優點:第一是直接,從材料最簡單原始的形態到直接成形,跨越了傳統工藝的鍛造、焊接、粗加工等環節;第二是快速,減少了物流環節,制造周期縮短;第三是綠色,少了中間環節之后,基礎零件不用再被反復冷卻,降低了能耗;第四是柔性,可以發揮想象力設計出任意的文件;第五是賦予了傳統制造業變革的可能性,影響傳統的流水線和大工廠生產模式,形成網絡化生產。
李志強認為,3D打印之所以突破瓶頸得以快速發展,主要驅動力是信息技術,而不是工藝技術,數據處理能力的急速提升是很重要的因素。Materilise公司執行副總裁巴特先生舉了一個例子,打印一個20厘米長的鉛筆盒,可能會需要2G到3G的數據,這就需要在打印的同時,在極短的時間內通過多重軟件工序,處理掉這么龐大的數據。
中國工程院院士盧秉恒日前透露了3D打印技術發展的路線圖:從3D打印發展到4D打印,再發展到5D打印。4D打印是通過智能材料打印成一個結構,在溫度、環境發生變化以后,這種材料可以發生變形,變成在工作狀態下需要的結構。5D打印是指細胞打印,活體器官以“打印”的方式,通過生長因子,由干細胞繁殖變成母體。
但是眼下,3D打印發展到今天就像是一個集萬千寵愛于一身的小孩兒,被媒體鼓吹、被資本抬轎、被政府熱捧??蓪嶋H上的3D打印,在眼下的國內,更多的只是流于概念,本身還存在不少發展瓶頸,尚未形成成熟的盈利模式。昨天,在北京的一個3D打印沙龍上,3D打印技術解決方案提供商創始人陳星原談到一個很有意思的現象:
在全球的3D打印市場都在快速增長的時候,澳大利亞的3D打印市場出現了萎縮。為什么呢?由于在澳大利亞由于廉價勞工的大量涌入,使得用3D打印做零件的成本還不如用手工制作,這樣3D打印機被廉價的勞動力替代了。
過去幾年,為了解決澳洲經濟持續增長和本地勞工供應短缺的狀況,澳大利亞政府決定提高招收外來勞工的數量。根據澳洲媒體報道,2011年,有著“礦產大州”的西澳政府引進了5.2萬名勞工,澳大利亞全國引進了超過8萬名海外員工。而在目前,澳大利亞仍然是對藍領職業移民需要很旺盛的國家。
這也從某種意義上反映:3D打印技術的普及其實與技術本身酷不酷關系不大,而直接由使用3D打印技術的制造成本決定。
而制造成本則很大一部分由3D打印機的購買成本決定,這也解釋了為什么這幾年3D打印技術的突然躥火。
2009年,由于FDM(熔融沉積成型)專利的到期,一時出現了大量的開源3D打印機廠商,3D打印機的價格從幾年前的上萬美元到現在的幾百美元,最近被以色列3D打印機廠商Stratasys 4億美元收購的紐約3D打印初創公司MakerBot就是在那時誕生。
同時,隨著另一項3D打印關鍵專利——激光燒結將于2014年1月到期。3D打印的成本將進一步降低,并且由于此類技術能夠實現三個維度的高度解析打印,所以打印出來的產品商業化程度很高。所以當這一消息被曝出后,輿論便驚呼“3D打印即將爆發”。
而在談到3D打印是否會顛覆傳統的工業時,陳星原表示,目前3D打印還只是作為工業制造的補充,主要用于生產功能件和產品原型。
由于很多產品在大規模生產之前,都需要制作一個產品原型進行商討。而采用傳統的方法——找模具廠商進行制造,需要很高的花費以及時間成本,但采用3D打印機則可以快速且廉價得將產品原型制作出來。陳星原舉例說,去找一家東莞的工廠制作一個掛件或者iPhone的手機殼,開模的成本需要5-10萬人民幣,就在導致如果不能有一個穩定的產品需求預期,這樣的成本是一個產品設計師無法承擔的。但這樣的開模成本在3D打印中是不存在的,這就意味著設計師可以按照自己的意愿和想法,使用3D打印機打印出自己想要的產品原型。
陳星原指出,由于中國的人力成本相對來說非常廉價,所以短期來看使用3D打印在中國進行大規模生產是不可行的。但通過與產品設計師、時尚設計師合作,為用戶提供他們需要的產品會是未來中國3D打印市場的一個發展方向,這也是馬上的創業方向——為設計師和消費者搭建一個交易的平臺。
而目前存在的問題是,如何能夠讓設計師們認知到3D打印對于制作產品原型的意義。陳星原表示,未來一段時間將在時裝周等活動上3D打印展臺,向設計師們介紹3D打印如何能夠讓他們的設計變得更“真實”。
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