3D打印：傳統制造業變革開端
http://www.moduwu.com 2012-12-25 09:09 來源：第一財經日報
12月10日下午，第六屆亞洲制造業論壇年會會議茶歇，一群與會代表聚攏在會場外的一張桌子旁，圍觀由南京紫金立德電子有限公司總經理連寧帶來的一臺桌面級3D打印機。聽說這臺機器能在數小時內將塑料薄膜變成各種立體模具，圍觀者們爭相詢問關于此款機器的技術、售價等問題。
這個熱鬧的場面正折射出了3D打印在全球的火爆。
在這樣的大背景下，本屆制造業論壇年會也就3D打印技術進行了專題討論。與外界的喧囂不同，參與討論的業內專業人士則表現得較為冷靜理性：這項技術的確正在推動人類生產和生活方式變革，但這個過程顯然并非那么“兇猛”而是“細微”和漸進式的，且其并不等于第三次工業革命，而只是其中的元素之一。
3D打印技術是一個舶來品，發端于上世紀80年代的美國，隨后在世界各地開花結果。資料顯示，在美國，3D打印技術已經初步產業化。目前全球有兩家3D打印機制造巨頭，分別為Stratasys和3D Systems，均在納斯達克上市，2011年兩家公司的營業收入分別為1.7億美元和2.9億美元。而另一家3D打印服務企業——Shapeways已擁有15萬個會員及超過6000個用戶，已為顧客打印過上百萬件產品。
國內很多科研院校和企業也已邁出實質性步伐，并取得了顯著的成績。北京航空航天大學、華中科技大學更成為其中的翹楚。
據羅軍介紹，北京航空航天大學在國際上首次全面突破了鈦合金、超高強度鋼等難加工大型復雜整體關鍵構件激光成形工藝、成套裝備和應用關鍵技術。
王華明表示，其所帶領的團隊運用上述相關激光直接制造技術制造出了C919大型客機機頭工程樣件研制所需的鈦合金主風擋窗框。“大概用了不到55天，就做出來四個框，省時省錢。”
王華明指出，“高性能難加工的金屬大型復雜構件激光直接制造技術是增材制造或者說3D打印的一個重要發展方向。其具有很多優勢，比如不再需要模具。從這個意義上來說，它確實是一種數字化的帶有變革性的短流程、低成本的數字化制造技術。”
除了北京航空航天大學，武漢濱湖機電技術產業公司、湖南華曙高科技有限責任公司、北京隆源自動成型系統有限公司也在工業級3D打印技術應用領域有所斬獲。
與王華明團隊采用激光直接制造大型金屬構件不同。馮濤介紹說，隆源則是先“打印”沙模，之后通過灌注的方法生產出實體產品，主要應用于汽車、直升機發動機等新產品試制。
3D打印熱潮
2011年2月，《經濟學人》刊發題為《3D打印如何改變世界》的封面文章。文章描繪了這樣的一個場景：“你在電腦上建立一個大致的3D模型，并對其形狀和顏色進行必要的修正。然后你只需要輕輕一按‘打印’鍵，擺在附近的機器就會悄然開始工作，發出輕微的呼呼聲，并一點點將你的模型打印出來。無論是往噴嘴里填充材料，還是使用膠合劑或激光來固定塑料/金屬粉末薄層，都由機器自己來完成。”
上文所說的這項技術意即3D打印技術，俗稱“三維打印技術”或 “快速制造技術”，是指通過可以“打印”出真實物體的3D打印機，采用分層加工、疊加成形的方式逐層增加材料來生成3D實體。
亞洲制造業協會首席執行官羅軍亦表示，中國3D打印技術產業聯盟之所以暫定名為“3D打印”而非“增材制造”，也是因為3D打印更加通俗易懂并已被人們熟識，而此名稱的實際指向則是增材制造這種工藝模式。
羅軍介紹說，3D打印分為桌面級和工業級兩大類。其中，桌面級主要涉及一些大眾消費品制造領域，外形樣式如同南京紫金立德帶來的這臺3D打印機，擺放在桌面上大小接近于一臺電腦，目前采用薄膜一類材料，主要用于工業設計領域。而工業級又細分為兩個部分。一是原型制造；二是大型金屬結構件直接制造。其在汽車、航空等工業領域已經初露鋒芒。
在中國3D打印技術產業聯盟理事長、北京航空航天大學教授王華明看來，3D打印實際上誕生已經近30年，最近之所以驟然變“熱”，除了媒體的炒作之外，也與美國特別是奧巴馬政府的重視有關。
今年3月9日，奧巴馬宣布了重振美國制造業計劃，準備在美國成立一個制造創新的網絡。該網絡主要由15個制造創新的研究院組成，每一個研究院主要致力于具有廣闊應用價值的前沿新技術的研發、示范、人才培訓等工作，并將這些新技術推向制造業實現應用，以提供就業機會，提升美國在制造業的全球競爭力和領導地位。
當日，奧巴馬就責成美國國防部等五個聯邦部門選擇一種技術，先期成立了一個研究所，約在4月17日便選擇了第一個技術——3D打印，后于8月16日成立了國家增材制造創新研究院。這是創新網絡的第一個研究院，該研究院得到政府投資3000萬美元，企業投資4500萬美元，主要由聯邦政府負責管理和組建，是一個產學研結合的機構。“這就是增材制造3D打印從5月份開始熱起來的重要原因。”王華明表示。
不過，清華大學教授顏永年并不完全贊成這種觀點。他認為，3D打印之所以“升溫”，主因在于桌面級機器相應技術日漸成熟，其免維修性和可維護性不斷提升且售價大幅下降，從而使其步入普及階段。“達到像家庭的打印機、復印機這種量級了，自然就熱起來了。”顏稱。
無論怎樣，3D打印確實已經火爆起來。就連著名科技雜志《連線》原主編安德森都坐不住了，毅然選擇下海經商創立3D Robotics公司，從事與3D打印有關的業務。不僅如此，與3D打印概念相關的大族激光、中航重機等國內上市公司的股價也曾出現一波大漲。
市場前景與發展瓶頸并存
3D打印在工業品制造領域大顯身手的同時，在醫學領域亦有廣泛應用空間。顏永年表示，3D打印可以用于生命體的制造，以完成醫學所需要的各種器件和器官，可稱之為“細胞3D打印”。
對此，王安琪稱，利用3D打印技術打印骨頭等人工假體，較之傳統工藝有兩大優勢：“第一，它可以非常真實的根據病人的CT數據把骨頭重建出來，其細微結構可以完全模仿骨骼的結構。第二，它可以通過細胞在材料表面附著機理的研究進行細胞表面工程化，從而控制表面空隙率、空隙流向、結構等等。”
此外，與會人士對桌面級3D打印技術的市場前景極為樂觀。顏永年表示，“中國是人口大國，同時，當前全世界經濟已經發展到相當水平，在此環境下，由于數字成型技術、數字建模技術普及，用3D打印做一些概念模型進行相關的培訓、教育或者動漫藝術品、裝飾品、首飾品，都有很大的市場潛力。”
有前景也有隱憂。除了相關技術亟待突破并不斷成熟之外，材料供給成為最大的瓶頸。由于3D打印技術目前總體并不成熟，產業規模并不大，所以國內生產3D打印材料的企業極少，很多金屬材料更是依賴進口。而在材料性能、數據積累上，全世界都屬于非常匱乏的狀態，且有關數據積累也大多集中在鈦合金等貴金屬材料上，這也在一定程度上推高了3D打印的成本，限制了該技術的普及。
對于材料掣肘，連寧似乎深有體會：“未來的發展重點就是要在應用材料上有比較大的突破，比如說能不能做出生物薄膜材料，這樣的話，3D打印機應用前景更加寬廣一些。”
催生第三次工業革命？
《經濟學人》雜志則認為，3D打印技術將成為第三次工業革命到來的重要標志。到底什么才是推動工業變革的決定性力量？
連寧表示，3D打印技術不可能對現代制造業產生顛覆性的作用，但是3D打印技術一定會和互聯網一樣深入到人們生活工作的任何一個角落，也就是說它會在第三次工業革命中產生巨大的推動作用，但它并不能起到決定性作用。
對此，顏永年則從學術融合的角度指出，“不是單純一個技術就能構成第三次工業革命，它必然是信息技術、材料技術、生命科學技術和制造技術的結合。所以，3D打印技術在這里的地位是不言而喻的，如果沒有一個融合的過程，它的作用也發揮不了。”
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