3D打印:历史 现状 未来

作者:本网编辑 发布时间:2014-08-11
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3D打印技术起源于美国,产业发展得益于美国总统奥巴马的制造业再回归政策。其实早在1985年,在五角大楼主导下,美国秘密开始了钛合金激光成形技术的研究

历史:暗流涌动,悄然爆发

3D打印技术起源于美国,产业发展得益于美国总统奥巴马的制造业再回归政策。其实早在1985年,在五角大楼主导下,美国秘密开始了钛合金激光成形技术的研究,直到1992年这项技术才公之于众。期间,美国、德国、以色列等不断有新的3D打印技术和新公司诞生,最早在1984年,查尔斯.赫尔发明将数字资源打印成三维立体模型的技术。1986年,查尔斯.赫尔命名他发明的技术叫立体光敏成型技术(SLA),并以此获得了专利。同年,查尔斯.赫尔成立了3D Systems公司,并开发了第一个商用3D打印机,它被称为立体光敏成型设备。1988年,斯科特.克伦普发明了熔融沉积成型技术(FDM)。1989年,斯科特.克伦普成立了Stratasys公司。1989年,Hans J.Langer博士创立EOS公司(EOS GmbH —— Electro Optical Systems),总部位于德国慕尼黑。1992年,Stratasys公司售出首台基于FDM技术的“维建模”器。之后3D打印技术不断完善了其基本技术和规范,并在21世纪全面投入商业应用。

至于3D打印在中国的发展,则要追溯到1988年,已经50岁的颜永年正在美国加州大学洛杉矶分校做访问学者。清华大学原本派他去交流材料工程并学习水射切割技术,但一张工业展览的宣传单却彻底改变了他今后十年的研究方向。一次偶然的机会,与颜永年相熟的一位同事给了他一张某地工业展览的宣传单,上面介绍了一项新技术,可以将物体从数字模型直接转换成物理模型。当他读完技术介绍,一阵难以抑制的兴奋瞬间袭遍了全身。不同于以往通过切削等方式的制造方法,这项名为RP的快速成形的技术,其核心理念是“分层处理,层面制造,逐层叠加”,是由传统的“去除法”到“增长法”、由有模制造(刚性较大)到无模制造(柔性最大)的巨大变革。颜永年敏锐地觉察到这是一项十分重要的技术,它将有可能改变我们整个世界的制造技术路线。手握着宣传单,难以言表的喜悦阵阵涌起,于是他下决心要进入RP领域!这是他今后进入3D打印领域的开始。之后,国内其他高校如华中科技大学、西北工业大学、西安交通大学、北京航空航天大学、北京工业大学等科研机构也纷纷开始了科研工作,形成了成果产业化的策源地。

目前,3D打印已经成功应用到汽车、航空航天、文物修复、文化创意、服装玩具、鞋类、珠宝、工业设计、建筑工程、牙科和医疗产业、教育、地理信息系统、枪支以及其他更多行业领域中。国外更是不断有惊人的3D打印技术出现,如打印人造耳朵、人造心脏、人造汽车、人造手枪等等。

现状:一半是火焰,一半是海水

如今,随着3D打印设备技术及材料技术的不断进步,3D打印机已经成为办公新宠,曾经昂贵得高不可攀的设备在线上就能购买。中国3D打印技术产业联盟及博览会也应运而生,不断推动3D打印技术与产业的共同演进,经过2012~2013年的加热,中国3D打印产业发展从2014年开始将驶入快车道。

从3D打印产业技术整体水平看,美国明显走在最前列,其次是德国、英国、日本、以色列、新加坡,紧跟后面的是加拿大、俄罗斯、中国、印度、巴西等。国际方面,在发达国家已经有五家较大规模上市公司,并进行了一系列的并购,形成了3D打印集团公司,进军全球市场;国内方面,尚在产业发展阶段,具备自主知识产权的产品少,桌面级3D打印机使用国外开源3D打印技术的多,行业内人员已处在高度重视、高度努力、逐步走向细分市场攻关、竞争加剧、快速提升、产业投入加大、应用扩张、突破应用难题、市场扩张的阶段。近两年内已经形成国内、国际市场的剧烈竞争,目前已体现出来。

从现实情况看,3D打印在国内依然存在巨大的困难,香港缔维科技有限公司总经理尹久舟表示,目前许多3D打印的企业只做了前端,没有做后端,所以行业应用、开发始终打不开,许多客户的使用都只停留在兴趣层面,这样持续下去,大家都只在原地踏步,只在原有的产品基础上进行改进,客户也在徘徊不前,不知道用,不会用,不敢用,不敢吃螃蟹,所以3D打印企业目前同时要解决后端问题。此外,他还表示,技术难题、应用难题、市场难题、批量化生产难题和服务难题都要去破解。特别是在服务方面,现在国内的3D打印企业大部分都呈现小而散的局面,服务难以保障,这也是阻碍企业购买的一个重要原因,产业发展初期,不走集中、节约化路线难以满足渠道的商业化或者渠道的成长。

未来:希望与挑战并举

在不久前举办的世界3D打印技术大会上,中国3D打印技术产业联盟秘书长罗军表示:“3D打印的前景十分广阔,我们对3D打印的认识还只是冰山一角。3D打印诞生三十年来,产业化远未形成,虽然3D打印的名气已经很大,但是今天我们仍然处于科普阶段。对于3D打印究竟是一项什么样的技术,3D打印技术应用于哪些方面,3D打印技术与传统制造业究竟是一个什么样的关系,我们深入知道的还非常少。”

据报道,2013年全球3D打印的产值30多亿美元,国内3亿美元,今年全球规模有望突破60亿美元,国内6亿美元。预计2016年,全球规模将突破100亿美元,国内100亿元。2020年前,3D打印技术将全面实现产业化。

罗军也表示,中国3D打印至今没有产业化最关键的是缺乏成熟的模式,我们大多数还是沿袭传统制造业的老路,生产设备、卖设备,用户企业并不知道3D打印如何应用的情况下,显然这条路子是走不通的。

所以,对于3D打印未来发展,罗军认为,尽管现在我们与国外的差距还不小,但是并不可怕,未来三到五年,谁最先打开3D打印的应用市场,谁就有可能引领3D打印产业结构的发展。

可喜的是,中国政府已然高度关注3D打印的产业命运,国家级3D打印产业规划及扶持政策正在调研中,出台指日可待。地方政府的热情同样高涨,甚至各地已经进行了产业扶持计划,包括:北京、浙江、江苏、湖北、广东、山东、辽宁、四川、陕西、湖南等都在不同程度上做了产业支持工作,部分省、市的力度更大些,这些省、市的产业发展也更快。除青岛市积极建设3D打印产业高地外,珠海市也有希望打造3D打印总部计划;潍坊市更对3D打印一片痴情,拟建设“中国3D打印技术产业加工和服务基地”;武汉市积极建造3D打印工业园。

无疑,在工业化进程和行业转型升级过程中,3D打印将扮演着工业化新经济增长点的角色,因为第三次工业革命是3D打印技术、数字化应用技术、新材料应用技术、信息化聚集到一起的结果,能解脱大量的人力束缚,为工业化生产带来新的生产方式和增长点。“只有当人们得以解脱时,才能有更充足的时间来思考、创造更丰富的事物,而今天我们大部分人被束缚在了生产线上,势必阻止着我们的思考与创新。”对3D打印的热爱也让尹久舟非常的感叹。

尽管我国3D打印产业发展还处在初级阶段,但其应用价值还在极速扩展,批量化生产、尤其是高效率批量化生产还在研发、实现中,对3D打印行业我们需要赶上去并走到前面,这是中国发展到现在必须要这样做的。

据专家预估,3D的行业应用将会展现美好前景:未来五年内全球会有80%的人接触到3D打印的相关产品,80%的人受到3D打印行业的影响,未来十年或二十年内3D打印会进入到80%的行业应用中。

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