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2022-10-04 10:56

3D打印将迎来发展井喷期

打印为代表的先进制造成为各国政府抢占的战略高地。3D打印技术从单纯的技术创新成为颠覆传统生产制造方式的新生力量。 当前全球正在兴起新一轮数字化制造浪潮,发达国家为应对制造业竞争力的下降,大力倡导 再工业化、再制造化游戏软件 ,抓手就是3D打印等先进制造技术。3D打印为代表的先进制如果联网直接将数据从数据库中摘取便可造成为各国政府抢占的战略高地。

3D打印技术从单纯的技术创新成为颠覆传统生产制造方式的新生力量。然而,从传统的中心式生产到分散式生产方式的转变,是更加深远的影响。

当前,3D打印技术正处于发展的井喷期,3D打印的数据标准可能影响到装备和应用两个方面,对此我们应该抓紧标准的研究,掌握话语权。

世界经济论坛创始人兼执行主席克劳斯?施瓦布在其出版的《第四次工业革命》一书中称,建立在数字革命基础上的第四次工业革命已经到来,这些技术正给我们的经济、商业、社会和个人带来前所未有的改变,3D打印是这些技术中的典型代表。中国工程院院士、西安交通大学机械工程学院院长卢秉恒接受采访时表示,3D打进入2013年印技术是颠覆性的技术,近几年发展迅速,它重构了社会生产生活方式,我们将迎来它发展的井喷期。

颠覆性技术受追捧

6月16日,两条再次将3D打印推进人们的视野。北京大学第三医院成功实施世界首个3D打印人工椎体植入人体手术,人工椎体诞生并获国家食品药品监督管理总局注册批准;美国亚利桑那州的3D打印汽车公司Local Motors推出了一辆3D打印的自动驾驶电动公交车Olli,而且这辆车的一部分是可回收的。

3D打印又名增材制造,根据数字3D图像或模型,一层一层地打印出实物,1986年由美国最早提出,已经出现二十多年了。传统的加工制造是在原材料基础上,使用切削、磨削、腐蚀、熔融等办法,不断把没用的削掉,进而得到零部件,这叫 减法 ;3D打印无须原胚和模具,它把材料一层一层摞上去,生产产品的机器就像打印机一样,用叠加、层叠的办法形成产品,这叫作 加法 。

几十年前的技术为何在今天再度 发烧 呢?专家认为,一方面,3D打印在高性能加工金属大型关键构件上取得突破,成为革命性技术;另一方面,当前全球正在兴起新一轮数字化制造浪潮,发达国家为应对制造业竞争力的下降,大力倡导 再工业化、再制造化 ,抓手就是3D打印等先进制造技术。3D打印为代表的先进制造成为各国政府抢占的战略高地。

3D打印是一项颠覆性的创新技术,被美国自然科学床罩基金会称为20世纪最重要的制造技术创新。麦卡锡报告列出了对人类生活有颠覆性影响的12项技术,3D打印排在第九位,在新材料和页岩气之前。麦卡锡报告预测在2030年3D打印将在全世界达到1万亿美元左右的效益。2015年麦卡锡报告又将这一进程前移,认为增材制造2020年可达到5500亿美元的效益。

在卢秉恒看来,3D打印之所以被称为颠覆性技术还在于它对人们的生产生活的影响。他认为,3D打印改变人们的生活和工作模式,人们以后可以不在商场挑商品,可以自己设计自己需要的商品,把自己的需求发布到上,很多创客进行设计,然后分包组织生产,再进行物理配送。如此一来,它使社会生产模式发生了变化,给创新带来更大的空间。

人们不再受单位的约束,设计师可能就是自由职业者,这使得社会生产的组织模式、社会生活的模式发生很大变化。今天你可以设计飞机,明天可以设计时装。个人的创新能力可以最大程度地得到发挥,形成一个真正创新型社会。 卢秉恒表示,随着个性化消费时代的到来,大批量的生产如果设计出现偏差,产销不对路,就卖不出去造成浪费。现在海尔跟用户一起设计,体现用户需求,这个产品肯定是用户需求的。个性化、定制化变成可能,是因为信息化提供了个性化设计制造的平台。卢秉恒说,3D打印已经成为创客最欢迎的工具之一。它可为可穿戴电子、家居用品、文化产业、服装设计等行业提供个性化定制生产模式,有望引领生产从大批量制造走向个性化定制的第三次工业革命,有力促进大众创新,万众创业。

《零边际成本社会》作者杰里米?里夫金先生为我们描绘了3D打印的美好未来,它从单纯的技术创新成为颠覆传统生产制造方式的新生力量。然而,从传统的中心式生产到分散式生产方式的转变,是更加深远的影响。

打印引爆技术革命

卢秉恒表示,3D打印可以带来很多颠覆性的变革,例如,在航空航天领域,可以使材料利用率由5%提升至90%以上,制造周期由数月压缩为几天;概念飞机的设计可以减轻质量的60%;生产新能源汽车,可以把2万个零件集成为40个零件,6天打印完成且减重1/3。与规模化生产的商品不同,3D打印产品可以很容易地进行量身定制。目前这一技术已广泛应用于制造业、人类健康、消费品等领域。

《第四次工业革命》一书认为,在制造业方面,3D打印的引爆点是第一辆3D打印汽车的问世,该书的调查显示,84%的受访者认为引爆点会在2025年之前出现。美国《财富》杂志最近报道了3D打印技术应用于制造业的一个案例:通用电气公司生产的leaP喷气式发动机不仅是该公司的明星产品,还即将配置完全由增材制造技术制造的燃油喷嘴。6月16日,美国亚利桑那州的3D打印汽车公司Local Motors推出了一辆3D打印的自动驾驶电动公交车Olli,而且这辆车的一部分是可回收的。

在人类健康领域,《第四次工业革命》称,技术的引爆点是进行首例3D打印肝脏的移植技术,调查显示,76%的受访者认为引爆点会在此2025年之前出现。在未来,3D打印机不仅能够打印物品,还能够制造人体器官 这一过程被称为 生物打印 。器官与普通物品的打印过程大致相同,只是对材料有特殊要求,例如制造骨骼需要钛粉。3D打印在满足顾客的定制化需求方面具有巨大潜力,而没有什么比人体更加需要定制了。 未来,人们可以打印自己身体需要的 零件 ,哪里坏了换哪里。现在有科技人员在研究运用可降解材料,建造一个和人体需要的脏器差不多的支架,在其中附着上干细胞生长因子,营造出一个脏器生长环境。等降解材料逐渐降解、生长出细胞,从而打印出最终需要的器官。 卢秉恒表示。

2015年8月,南京市儿童医院在全国率先将3D打印应用于儿童先天性心脏病的治疗过程 该院心外科专家使用3D打印技术,以1:1的比例打印出一个婴儿的心脏模型,并将其应用于手术中,成功地对一名出生仅3个月的复杂先心病婴儿进行了心脏修复。今年6月16日,北京大学第三医院宣布成功实施世界首个3D打印人工椎体植入人体手术,人工椎体诞生并获国家食品药品监督管理总局注册批准。

在消费品领域,《第四次工业革命》称,3D打印的引爆点是3D打印的消费品占到总量的5%,该书的调查显示,81%的受访者认为引爆点会在2025年之前出现。只要拥有一台3D打印设备,任何人都能轻松进行3D打印风车。这一技术能使某些传统消费品根据需求进行本地化打印,顾客就不必特意前往商店购买。3D打印机有望成为办公室甚至是家庭中必不可少的设备。统计数据显示,2014年,全球3D打印机的出货量达到13.3万台,比2013年增长了68%。其中大多数打印机的售价不超过1万美元,该售价适用于实验室、学校和小型制造企业。

3D打印技术已经成为各国竞争的战略高地。美国奥巴马政府斥资7000万美元建立国家增材制造创新研究院。新加坡政府在未来制造计划方面投资5亿美元,重点用于提高工人和工程师的技术水平以及建立一个新的3D打印行业生态系统。

为应对新一轮科技革命和产业变革,我国制定《中国制造2025》,坚持创新驱动、智能转型、强化基础、绿色发展,加快从制造大国转向制造强国。去年8月底,国务院总理李克强主持国务院专题讲座,讨论加快发展先进制造与3D打印等问题。这是本届政府首次举办专题讲座,3D打印作为一种先进的制造技术,首次出现在本届国务院的专题讲座中。据了解,我国有关部门也对重点研发项目增材制造立项,该项目计划用三年的时间,投入20亿元研发3D打印欢迎广大用户来电咨询或咨询: 联系人袁工主流技术和主流装备,并对重点应用领域研发做出示范。

未来几年3D打印将迎来井喷期

近年来,3D打印产业和市场呈现爆发式增长。2015年全球增材制造和3D打印市场销售额达51.65亿美元,比2014年增长了25.9%。根据预测,2016年全球总销售额将增加至73亿美元,2018年这个数字将是127亿美元,到2020年市场预计将达到212亿美元。

西南证券研究报告指出,国内二级市场对于3D打印仍处于主题投资为主的阶段,设计材料类、设备类和应用服务类个股整体受益。未来几年中国3D打印市场仍将保持40%左右的增长速度,到2018年有望突破200亿元。面对百亿级市电力电缆场,珠海、青岛、武汉、成都等城市也已经开始兴建3D打印产业园,并在资金、土地、配套政策上给予支持。

卢秉恒表示,我国3D打印研究工作做得不错,排在世界前列,3D打印专利的数量在世界上排名第二。3D打印在某些方面的研究处于全球领先地位,北京航空航天大学教授王华明打印出飞机起落架,现在已批量列装。2001年,西安交大做个性化的下颌骨修复,直到2012年欧洲才做第一例。

卢秉恒同时指出,我国3D打印产业的发展距离美国仍有较大差距。比如没有形成产业链、工业环境不配套等等。此外,在一些核心技术和关键器件上,如3D打印机中的激光器,仍然对国外依赖较大。目前,我国3D打印的大部分应用仍然集中在军工领域的开发与模具制造上。而从设备数量上看,美国目前各种3D打印设备的数量占全世界40%,而中国只有8%左右。

未来进一步发展还面临哪些瓶颈?卢秉恒表示,3D打印技术要突破的瓶颈第一个是产业化的规模,产业化规模要上去首先要解决标准化的问题。没有标准就没法解决准入的问题,无法准入就没办法推广应用。 我们2001年突破颌面骨修复技术,成果早就很成熟,申报认证有六七年了,由于缺乏国家标准,一直没有批复下来,没有标准就不能发证,就不能大规模应用。用于航空也很难,也没有标准,无法衡量是否符合适航标准,就不能大规模应用。而这两个行业应用前景广阔。 第二就是原创技术的问题,我们现在自己原创的不多,核心器件的开8、将夹具接头放置在干燥清洁的地方;发不够。3D打印还有很多创新的空间,所以我们应该发扬学科交叉去发展原创技术。

卢秉恒表示,当前,3D打印技术正处于发展的井喷期,3D打印的数据标准可能影响到装备和应用两个方面,对此我们应该抓紧标准的研究,掌握话语权。在航空件和高端医疗器械方面,要积极研究面对3D打印个性化制造产品准入的标准,以利于新技术的应用。要加强基础研究,发展原创技术,在3D打印的新材料研发、显著提升打印件的质量和打印效率等方面实现创新;建立创新体系,为企业提供核心技术和共性技术;攻克关键核心器件,打造产业链;美国的微软、苹果和亚马逊都加入了3D打印的行业,我们要助推我国的3D打印企业做大做强,形成若干个具备国际竞争规模的企业。

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