隨著3D打印技術的深入,目前已有上汽、大眾等部分整車企業聯合零部件企業制作汽車內外飾件的3D產品。這說明制造商們已經開始接受3D打印技術。《計劃》的發布將促使汽車制造企業能夠拋開傳統加工生產思路,運用科技創新思路,把3D打印與汽車行業聯系起來,完成體系創新。如果政府能夠協助行業建立一個有效平臺,把高校、企業與零部行業聯合,則可以快速有效推動3D打印技術在零部件行業的應用與發展。
據宇博智業市場研究中心了解,盡管3D打印前途光明,但仍是一條充滿挑戰的創新之路。設計師需要極高的想象力。同時,市場的供應鏈條也將受到挑戰:交付周期、設計策略每一個環節都必須盡善盡美。而3D打印市場也將不可避免地走向個性化,如何利用定制和本地資源,將成為3D打印成功的關鍵。
3D打印服務企業無疑會較快地帶來收益。因為應用推廣期間,本質上是一個市場創造的過程。下游企業出于風險的考慮,不會貿然采購設備,改變已有的制造流程。因此,需要專業的3D打印服務商提供服務,除了產品的直接打印制造之外,還包括CAD模型輔助設計服務,模具開發制造等。
3D打印即將迎來3.0時代
羅軍提出一個新概念,即“3D打印3.0時代”。他認為,第一代3D打印主要以模型、模具打印以及快速制造為主,第二代3D打印發展到能夠打印出高精度的功能性產品。而第三代3D打印,即3D打印3.0,則將與物聯網、大數據等先進技術相結合,并成為智能制造平臺上的某個部分。
“目前整個行業仍處于第二代3D打印階段,至少還需要5年時間才能過渡到第三代。”
羅軍認為,在以先臨三維為代表的蕭山3D產業企業中,已出現了這種融合趨勢,這也是為何把此次會議放在蕭山的關鍵因素。
總部位于蕭山的先臨三維公司,2014年8月8日正式在新三板掛牌上市,成為中國以三維數字化與3D打印產業為主營業務的第一股,也成為浙江工業與3D打印技術融合的旗幟。
據悉,該公司提出了要成為中國3D領軍企業的目標,而公司董事長李誠也透露,先臨三維的商業模式也比較好,既提供專業三維掃描及3D打印裝備,也開設運營3D打印服務中心。
3D打印首個國家計劃出臺
中國工信部、財政部等28日印發《國家增材制造產業發展推進計劃(2015-2016年)》,提出到2016年,初步建立較為完善的增材制造(又稱“3D打印”)產業體系,產業銷售收入實現快速增長,年均增長速度30%以上,整體技術水平與國際同步。
工信部稱,特別在航空航天等直接制造領域,3D打印將達到國際先進水平,在國際市場上占有較大的市場份額。在世界3D打印技術產業聯盟秘書長羅軍看來:“該《計劃》對3D打印行業最主要的影響是增加了大家的信心,之前3D打印都是民間自發推動,現在上升到了政府層面,表達了政府高層及產業主管部門對3D打印行業的認可和重視。”
《計劃》要求,在產業化方面,3D打印產業銷售收入要實現年均增速30%以上的快速增長,形成2-3家具有較強國際競爭力的3D打印企業。在行業應用上,3D打印要成為航空航天等高端裝備制造及修復領域的重要技術手段,初步成為產品研發設計、創新創意及個性化產品的實現手段以及新藥研發、臨床診斷與治療的工具,在全國形成一批應用示范中心或基地。
發展基本原則為“重點突破和統籌推進相結合”。結合重大工程需求,在航空航天等涉及國防安全及市場潛力大、應用范圍廣的關鍵領域和重要產業鏈環節實現率先突破。兼顧個性化消費、創意產業等領域,形成產品設計、材料、關鍵器件、裝備、工業應用等完整的產業鏈條。
同時,《計劃》提出將大力推進應用示范,包括著重解決金屬材料3D打印在航空航天領域應用問題,在具備條件的情況下,在國防軍工其他領域予以擴展;以及完善個性化3D打印醫療器械在產品分類、臨床驗證、產品注冊、市場準入等方面的政策法規。
在政策措施方面,《計劃》提出要加強統籌協調、加大財稅支持力度、拓寬投融資渠道、加強人才培養和引進,以及擴大國際交流合作等五項措施。值得注意的是,《計劃》明確要“鼓勵符合條件的3D打印企業通過境內外上市、發行非金融企業債務融資工具等方式進行直接融資。”
其中,在加大財稅支持力度方面,包括通過國家科技計劃(基金、專項等)支持3D打印技術的研發工作,在智能制造裝備有關領域的專項中研究支持3D打印發展的政策等。在拓寬投融資渠道上,包括采取政策引導和市場化運作相結合的方式,吸引企業、金融機構以及社會資金投向3D打印產業。引導銀行業金融機構加大對3D打印產業的信貸支持力度,支持融資擔保機構對3D打印企業提供貸款擔保等。
3D打印技術進入智造領域
事實上,就全球3D打印行業來說,小而散的格局并沒有得到新改變,規模效應上還沒有實現真正突破。“坦白地說,市場上至今為止尚未出現行業巨頭或者是龍頭企業,誰將會填補這一空白,值得各方期待。”羅軍說。
雖然現狀如此,但世界各國仍十分看好3D打印行業的潛力,稱之為朝陽行業,并開始紛紛進行戰略性布局。
比如,美國提出要將3D打印作為制造回歸的重要技術,而德國、英國、日本等國家也都隨后跟進,而在國內,國家層面的3D打印推進計劃也即將出臺。
李誠則認為,從長遠看,3D打印是一種新型的制造技術,今后的制造將是按需制造、分布式制造、個性化制造、智能化制造,而不是現在集中、規模化制造。
先臨三維科技副總黃賢清認為,3D打印在“工業智造”領域至少有三層應用。
一是軍工領域,比如飛機某些部件要求輕量化,用3D打印能一次成型。
二是普通工業,目前更多用于新產品開發,模具制作的時間從兩個月一下子壓縮到兩天。目前僅在蕭山就有50多家汽車零部件生產企業、五金配件生產企業和軍工零件生產企業成為其客戶。
三是個性化定制。以規模、批量主導的傳統制造盈利模式在倡導個性工業領域的今天將顯得暗淡無光。比如汽車方向盤可根據不同人的使用習慣以及特殊要求來一對一定制,這在傳統工業靠批量生產取得規模效益的模式下就很難實現。
工業級3D打印將如何施展拳腳?
如今,增材制造(AdditiveManufacturing,也被稱為工業級3D打印)已經引發了廣泛和熱烈的討論。在當代,一種生產工藝引發熱議的情況非常罕見。
這種熱情之所以如此廣泛地傳播,是因為年輕創業者和行業巨頭們一樣,紛紛接納“增材”技術。這項技術讓零部件和產品“生長”出來,而不是(通過機器加工)“減去”原材料。
從維秘天使的翅膀,到顱骨損傷患者的顱骨板植入物,再到飛機渦輪噴氣發動機的高科技噴嘴,增材制造的應用范圍和吸引力毋庸置疑。親自使用這項技術的人能夠學會制造出獨特的東西,無論他們是工程師還是藝術家。而且,他們可以在當地服務處、家中、實驗室或者辦公場所以非常快的速度和較低的成本把東西制造出來。
這就是通過激光、電子束和其他方法實現的增材制造、工業級3D打印和所有變體將帶來巨大商業變革的原因所在!
我們迎來了重大的機遇,可以得到經過“價值工程”設計的、功能更多的產品。我們在從消費到醫療的所有市場上都看到了這一點,我們的客戶正在締造新的商業類別。
而且,這類創新可以真正地出現在世界上的任何地方,從而推動國內生產和國內消費。除了發揮經濟支柱作用的可能性以外,增材制造現在還意味著在哪里銷售就在哪里生產:按照當地需求以需要的數量進行生產,徹底改變供應鏈經濟。
增材制造使更多的價值功能(人們希望產品能夠做到的事情)融入單一的部件中。這在商業和制造方面具有重大意義,我們不妨拭目以待。
部件整合是工業界30年來的夢想。所謂的部件整合,是指把一款產品的各個部件整合成數量更少、功能更多的部件和裝配件,從而降低成本、提高質量。為了執行部件整合策略,注塑塑料是最初選中的材料,那個行業正在迅猛增長。加工機械也更加努力地將一塊塊材料裁減成數量更少、更加復雜的形狀。
如今,增材制造不僅可以使用大部分的普通材料、塑料和金屬,還近乎完美地實現了那種整合。由于增材制造采用層疊方式來使產品“生長”,因此它能制造出有機的形狀,提供更多的功能和更大的價值。構思產品,在設計時遵循重力和信息存取的原理,測試產品的必要優點,然后制造出來即可。
就工業的下一代商業模式而言,增材制造改變電子倉儲和及時交貨的能力——按照需求量生產零部件,一次一個或者一次十多個——簡直令人叫絕。現在,50年舊拖拉機的一次性零部件可以更加經濟地生產出來。掃描舊零件——無需昂貴模具——然后一夜之間就使之“生長”而成!并且何不趁此機會進行優化以減少裝配人員、減輕重量呢?這就是增材制造的新效益真正開始形成的地方。
嵌入互補工作單元、遍布世界各地的增材制造,使企業可以避免龐大的資本投入、材料和庫存的堆積、遠距離的運輸、匯率的問題和對本地化的要求。如果一款成功產品應該加大產量,那就可以通過使用傳統的制造方法來擴大生產規模,而且設計方面的風險會大大降低。
另外,正如很多年輕創業者和大公司發現的那樣,增材制造/3D打印設計構成獨特的知識產權。現在,更多的人有機會從小做起,并測試他們的目標市場。
前方也有挑戰。設計師需要根據純粹的價值功能想象出形狀。這也將改變供應鏈——他們如何做好準備,弄明白新的交付周期,并制定設計策略。其中很多都已就緒。增材制造是媒介,有助于高管、工程人員和重要供應商之間實現更好的協作。
要知道,增材制造已經被用于生產航空航天和其他領域的高端零部件。其質量正日益變得穩定可靠,可以與加工、制模和鑄造的傳統生產方法相媲美。
隨著爭論的焦點轉向全球化與國內生產,增材制造就二者如何共存的問題給出了不同的答案。讓產品迎合個人口味是大勢所趨,增材制造在這方面做得很好。憑借批量定制和利用本地經濟的能力,增材制造/3D打印擁有巨大的商業和盈利空間,這一點正變得日益明顯。
3D打印技術發展前景展望
近年來已經有不少國內企業開始涉足3D打印機生產。而由于國內3D打印行業剛剛起步,目前僅有幾家公司在從事3D打印機研發制造,并且規模相對較小、技術水平也和國外企業有一定差距。業內人士表示,國內3D打印企業發展的首要前提是形成一個完整的產業循環。
3D打印最大的優勢在于較高的產品精度以及生產效率,并且整個打印過程無需實時操作從而大大降低了人工費用,但是專業級3D打印機價格較為高昂,少則幾十萬多則幾百萬,同時材料的成本也不低,再加上材料無法循環利用,這些都是讓企業望而卻步的原因。
盡管3D印刷是最近新興的技術,但他卻對很多行業的經營方式和我們生活的方方面面產生了一定影響,而且還將觸發新一輪的工業革命。這聽起來似乎有些危言聳聽,但以下這些事實也許會讓你意識到3D印刷對企業、消費者和全球經濟所產生的巨大影響。
減少環境污染
傳統制造業往往是污染和浪費的代名詞,而3D印刷則能有效地減少制作過程中所產生的垃圾和二氧化碳,從而給環境帶來積極的影響。
除了可以減少材料浪費外,由于3D印刷基本都是按需取材,使用的材料主要有塑料長絲、金屬粉末或碳纖維等,甚至還有一些采用熔融沉積造型技術的打印機可利用可降解塑料來進行生產。因此大大減少了材料浪費。除此之外,3D印刷技術可以讓人們更方便地生產出替代零件,從而延長整個產品的使用壽命,避免其在出現零件故障的時候就被扔掉。
同時,以前很多產品都需要跨越千山萬水才能到達最終目的地。而有了3D印刷技術之后,這些產品的生產和裝備工作都可以在當地完成。人們只需要運輸原材料就可以了,而且這些原材料所占的空間要遠遠小于成品。
這一切看上去都那么美好,但有研究表明,3D打印機本身也存在著一些不夠環保的因素。比如一臺3D打印機通常會浪費40%~45%的墨水。如果打印機用完后沒有及時關閉,也會耗掉比平時更多的電。隨著3D打印機的普及,打印機制造商也應該想辦法讓更多消費者了解到該如何解決這些問題。
創造新的藝術媒介
目前,選擇用手工方式來進行藝術創作的人已經越來越少。而3D打印機的出現則為人們帶來了一種新的現代藝術形式。比如美國藝術家約書亞·哈克就曾在2014紐約3D打印展上展出過自己的3D打印鏤空雕刻系列作品。
此外,3D打印機還可以用來復制世界名品,讓更多的人欣賞到藝術大家的作品。位于荷蘭首都阿姆斯特丹的梵高藝術館就與富士膠片公司合作復制了一大批梵高的畫作。
實現教育創新
日前,3D打印機制造商Makerbot宣布推出一個名為“Makerbot學院”的眾籌計劃,旨在為美國的每一所學校都提供一臺3D打印機。該公司首席執行官布雷·佩蒂斯表示:“這將改變我們的孩子對創新和制造技術的看法。”
此外,Makerbot還計劃將其創新中心逐步引入美國高校。2014年2月13日,美國第一個創新中心在美國紐約州立大學成立。該中心配備有30多臺3D打印機和幾臺3D掃描儀,這為當地學生和居民接觸3D打印技術開辟了一條道路。
實現太空打印
3D印刷技術的一項重要應用就是能夠生產宇航員在太空中使用的零件及其他物品。它還有助于加快國際空間站的建設速度。為了解決這些問題,由一群3D打印愛好者組成的空間制造公司與美國宇航局的馬歇爾航天飛行中心合作推出了一款適用于太空的3D打印機。這款打印機可以在失重的情況下生產零件,從而使宇航員在太空中的工作和生活變得更加自給自足。
值得一提的是,一位工程師還在美國宇航局的資助下設計出了一款能夠打印食品的3D打印機,據說這樣生產出的食物會比凍干的食品更適合宇航員食用。
掀起制造業革命
大批量生產對3D印刷技術來說是一項艱巨的挑戰,但隨著高產型打印機的涌現和技術的不斷進步,3D打印機正在以下領域與傳統制造技術一決高下。食品。一切液體或粉末狀的食品都可以用3D打印機來進行生產,所以印刷食品會成為將來的一個熱門話題。軍隊。軍工用品通常都是定制的,而且經常要更新換代。目前市場上已經出現了3D打印的槍支,而這項技術在軍隊的全面應用也只是一個時間問題。電子。電子產品的尺寸、形狀和所用材料決定了它將成為3D印刷技術最容易攻下的一座城池。玩具。家用3D打印機和開放的設計資源將改變孩子們的游戲方式。
汽車。3D印刷技術已經在汽車制造業得到了廣泛應用。福特公司就宣布正在用3D印刷技術來測試零件。高端和小型的汽車公司也將從中受益,因為3D印刷技術可以有效提高任何一家公司生產零件的效率。
重塑醫療保健行業
生物印刷是3D印刷發展最快的一個領域,這項技術可以通過噴墨打印機生產出活性組織。以美國知名的生物科技公司Organovo為例,該公司不但在2014年實現了人體肝組織的商業化3D印刷,而且還與美國國家眼科研究所和美國國家轉化科學推進中心合作,研究眼組織的打印課題。
相關研究人員表示,他們已經找到了一種更有效地制造細胞的方法。這種名為“細胞塊”打印的技術能將細胞的存活率從現行方法的50%~80%提高到100%。所有這些都引起了人們對3D打印復雜器官的濃厚興趣,但由于此項目涉及道德、倫理和政治等諸多問題,因此勢必會引起人們的激烈爭論。
改變家庭生活方式
每個人都希望自己的家庭生活能夠變得更為便利,而家用3D打印機也在變得越來越小巧,越來越便宜。人們可以用這類打印機制作自己喜歡的珠寶、家居用品、玩具、工具和各種尺寸、形狀或顏色的物品。
此外,人們還可以用3D打印機在家生產家用電器的零件,從而縮短訂購和等待的周期。據市場研究公司戰略分析預測,全球家用3D印刷市場的產值將在2030年達到700億美元。了解更多請查閱中國報告大廳發布的中國3D打印市場發展趨勢與行業投資研究報告。
進入不發達地區
即便是最基礎的產品,發展中國家也往往與全球供應市場存在差距,但3D印刷則能將發展中國家帶入到全球化的發展進程中來。以位于奧斯汀的re:3D公司為例,該公司曾在2013年5月推出了一款適合發展中國家消費者使用的經濟型工業級3D打印機。目前,這款產品已經開始在拉丁美洲進行推廣,而且在當地政府的大力支持下,Gigabot還將被用在智利的很多項目中,比如3D服裝生產以及用可回收材料進行打印試驗等。
3D印刷技術還可以通過與3D印刷研究者的合作給發展中國家帶來幫助。例如,很多發展中國家對假肢的需求量很大,但又不具備獨立生產的能力。一位加拿大教授借助3D打印技術發明了一種假肢,具備正常人手約80%的功能,很多烏干達的殘疾人現在都享受到了這種假肢帶給他們的便利。
影響全球經濟
3D印刷業將對全球經濟產生深遠影響。麥肯錫全球研究院在其發布的一份報告中指出,3D打印將對全球經濟產生顛覆性的影響,它將顯著縮短新產品的開發周期。將有越來越多的公司在采用新技術或開發新產品的過程中重視客戶的反饋和設計意見。3D印刷業也將減少新產品投入市場的成本,從而讓小型企業獲得更多的市場機會。
3D技術在中國的增長速度與在美國和歐洲幾乎沒有差別。2013年6月,中國推出了一款據稱是當時世界上最大的3D打印機,直徑有1.8米長。3D技術的出現將促進各國實現本土化生產,并對中國的生產制造業形成一定的沖擊。
引發知識產權危機
現在,人們很容易就能在網站上找到3D印刷設計圖紙,這看起來似乎很容易,但免費的設計勢必會引起大量的知識產權問題。由于大多數設計都沒有申請專利保護,因此可以被任何人復制或銷售,而一項花費了巨額成本設計出來的物品也可以更便宜的價格進行復制和銷售。由此可見,由3D印刷技術引發的知識產權危機將成為3D印刷業亟待解決的一個難題。