方兴未艾 3D打印之忧与3D打印之美

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黄金时代与隐忧

3D打印早已不算新事物,它的概念源于19世纪末的美国——甚至比互联网还早。3D打印早在20世纪80年就开始发展,到最近两年,由于互联网的推动,使得3D打印的“软件核心”——“数字模型”得以高速发展。再加上劳动生产力进步和技术的革新,使得3D打印的机的成本不断下降,3D打印的“硬件基础”也已成型,3D打印的黄金时代正式到来。

3D打印黄金时代?

15世纪出现的活字印刷术让手写体变成了印刷体。如今有人认为,3D打印技术对制造业的影响将可与活字印刷术对文字印刷的影响相媲美。但每当有新技术到来时,它所带来的隐忧也将是必不可少的。简单两段文字说明了3D打印的美好前景与隐忧,3D打印的例子我们就不必再举满天飞的新闻大家看的眼花缭乱,简单一张图带过。

3D打印之忧与3D打印之美

打”饭“打”房“打”自己,“打”车“打”肝“打”基地,万能的3D打印最近频繁曝光新进展,这项神奇的技术究竟有何应用?又会走向何方?一起往下看...

中美两国领导人重视3D打印技术

习近平:3D打印很重要

中共中央总书记、国家主席、中央军委主席习近平7月21日考察东湖高新区。在光谷展示中心,习近平详细观看了光纤通讯、3D打印、生物质能源等创新成果展示。

3D打印机

史玉升当天就3D打印技术的研发和应用向总书记作了报告。“总书记嘱咐我们,这个技术很重要,要抓紧产业化。”他介绍,为了尽快推动规模化生产,华中科技大学将牵头拟建全国首个3D打印工业园,“选址在光谷未来科技城,这是一个大型工业园,将集3D打印设备制造、材料制造和产品加工服务于一体。”

国内相关主管部门正在考虑对3D打印产业进行规划和支持。今年,科技部首次将3D打印编入《国家高技术研究发展计划(863计划)、国家科技支撑计划制造领域2014年度备选项目征集指南》。工信部有关司局正在酝酿3D打印行业发展规划,对该产业发展进行顶层设计,并结合国家重大工程项目,推动产学研用一体化发展。

奥巴马力挺3D打印

自2012年兴起以来,3D打印的热度一直不减,甚至有人将其称为第三次工业革命,奥巴马在国情咨文中也多次提及。

3D打印赛车

2012年3月,为重振美国经济和美国制造,奥巴马总统提出建设全美制造业创新网络计划,并将3D打印确定为方向之一。2012年4月,英国《经济学人》(The Economist)刊登了一篇名为《第三次工业革命》的封面文章,认为3D打印将“与其他数字化生产模式一起推动实现第三次工业革命”,并称这是“制造业未来的趋势”。随后,美国《连线》(Wired)杂志主编克里斯·安德森(Chris Anderson)于年底离职,担任他创办的3D打印制造公司3D Robotics的CEO。同时,美国《时代》(TIME)周刊也将3D打印列为“美国十大增长最快的工业”。中国于2012年10月成立了中国3D打印技术产业联盟。这样在全球迅速形成了3D打印技术热潮。有业内人士将2012年称为“3D打印元年”。就像互联网使得报纸、广播、沟通走向民主化和社会化一样,3D打印技术也会让“制造业民主化”和“社会化制造”成为可能。

未来3D打印会朝着两端发展:激光技术适合更复杂的生产,而熔融技术则更适合家用和小规模的制造。总的来看,中国3D打印产业化的条件已经成熟,未来几年将是市场扩展的“成长期”。

编辑小结:中美两国领导人都如此重视3D打印说明3D打印技术,对未来国家发展有着非常大的帮助,以此来看其所带来的优势是巨大的。那些可能带来弊端的不稳定因素也会通过技术不断发展以及政策的加强所弥补。

加拿大、美国政府投资3D打印武器

近日CBC 报道加拿大政府RCMP/边境服务和刑事情报局投资了一些公司,希望研发出基于3D 打印技术的武器、弹药以及枪支配件等等。

3D打印武器

虽然3D 打印技术能够快速的制造产品,但是就目前来说,如果应用在武器领域,实际上的投资比使用现有技术直接制造或者购买武器要大。当然,随着3D 打印技术的不断提高,这方面的成本可能会越来越低。

在今年5月份,美国政府也曾订购了一家德州公司的3D打印技术来制作手枪,当时名为Liberator 的3D打印枪蓝图在网上泄露,很快便被下载了10万次以上,这事件也引起了政府相关安全部门的警惕。

使用3D打印机快速制作武器,成为了各国军事投资的一个新方向。同时,由于3D 打印技术人人都可以使用,一旦武器蓝图泄露便可制造武器。所以各国也在对相关法律法规进行规划。

编辑小结:当然这是一件好事,武器军备费用大家可想而知,3D打印技术可以让政府在这方面削减开支。不过一定要用对地方,法律法规一定要落实到位,如果让不法分子利用...呵呵...

3D打印国内外发展情况

国内情况

自20世纪90年代以来,国内多所高校开展了3D打印技术的自主研发。清华大学在现代成型学理论、分层实体制造、FDM工艺等方面都有一定的科研优势;华中科技大学在分层实体制造工艺方面有优势,并已推出了HRP系列成型机和成型材料;西安交通大学自主研制了三维打印机喷头,并开发了光固化成型系统及相应成型材料,成型精度达到0.2mm;中国科技大学自行研制了八喷头组合喷射装置,有望在微制造、光电器件领域得到应用。但总体而言,国内3D打印技术研发水平与国外相比还有较大差距。

近年来,国内如深圳维示泰克、南京紫金立德、北京殷华、江苏敦超等企业已实现了3D打印机的整机生产和销售,这些企业共同的特点是由海外归国团队建立,规模较小,产品技术与国外厂商同类产品相比尚处于低端。目前,国产3D打印机在打印精度、打印速度、打印尺寸和软件支持等方面还难以满足商用的需求,技术水平有待进一步提升。在服务领域,我国东部发达城市已普遍有企业应用进口3D打印设备开展了商业化的快速成型服务,其服务范围涉及到模具制作、样品制作、辅助设计、文物复原等多个领域。与内地相比,我国港台地区3D打印技术引入起步较早,应用更为广泛,但港台主要着重于技术应用,而非自主研发。

国际情况

经过十多年的探索和发展,3D打印技术有了长足的进步,目前已经能够在0.01mm的单层厚度上实现600dpi的精细分辨率。目前国际上较先进的产品可以实现每小时25mm厚度的垂直速率,并可实现24位色彩的彩色打印。

目前,在全球3D打印机行业,美国3D Systems和Stratasys两家公司的产品占据了绝大多数市场份额。此外,在此领域具有较强技术实力和特色的企业/研发团队还有美国的Fab Home和Shapeways、英国的Reprap等。

两家龙头企业市场份额

3D Systems公司是全世界最大的快速成型设备开发公司。于2011年11月收购了3D打印技术的最早发明者和最初专利拥有者Z Corporation公司之后,3D Systems奠定了在3D打印领域的龙头地位。Stratasys公司2010年与传统打印行业巨头惠普公司签订了OEM合作协议,生产HP品牌的3D打印机。继2011年5月收购Solidscape公司之后,Stratasys又于2012年4月与以色列著名3D打印系统提供商Objet宣布合并。当前,国际3D打印机制造业正处于迅速的兼并与整合过程中,行业巨头正在加速崛起。

目前在欧美发达国家,3D打印技术已经初步形成了成功的商用模式。如在消费电子业、航空业和汽车制造业等领域,3D打印技术可以以较低的成本、较高的效率生产小批量的定制部件,完成复杂而精细的造型。另外,3D打印技术获得应用的领域是个性化消费品产业。如纽约一家创意消费品公司Quirky通过在线征集用户的设计方案,以3D打印技术制成实物产品并通过电子市场销售,每年能够推出60种创新产品,年收入达到100万美元。

编辑小结:通过国内外3D打印机发展情况对比来看,国外技术相对成熟,国内发展空间巨大。3D打印机市场份额呈现垄断趋势,不过记者此次参加2013珠海耗材展发现,国内3D打印厂商逐渐增多,相信通过他们的不断努力未来市场份额将逐渐减小差距,不会出现一边倒的局面。

3D打印产业的未来发展前景?

根据国际快速制造行业权威报告《Wohlers Report 2011》发布的调查结果,全球3D打印产业产值在1988~2010年间保持着26.2%的年均增长速度。报告预期,3D打印产业未来仍将持续较快地增长,到2016年,包含设备制造和服务在内的产业总产值将达到31亿美元,2020年将达到52亿美元。

但3D打印技术要进一步扩展其产业应用空间,目前仍面临着多方面的瓶颈和挑战:一是成本方面,现有3D打印机造价仍普遍较为昂贵,给其进一步普及应用带来了困难。二是打印材料方面,目前3D打印的成型材料多采用化学聚合物,选择的局限性较大,成型品的物理特性较差,而且安全方面也存在一定隐患。三是精度、速度和效率方面,目前3D打印成品的精度还不尽人意,打印效率还远不适应大规模生产的需求,而且受打印机工作原理的限制,打印精度与速度之间存在严重冲突。四是产业环境方面,3D打印技术的普及将使产品更容易被复制和扩散,制造业面对的盗版风险大增,现有知识产权保护机制难以适应产业未来发展的需求。

Gartner公司2011年发布的最新技术发展展望报告判断:3D打印技术目前正在进入概念炒作的高峰阶段,其技术还有待充分成熟,主流市场也有待进一步培育。Gartner公司研究人员认为,3D打印技术成熟到适应市场需求还将需要5~10年的时间。在这一较为漫长的发展过程中,产业可能会面临增长期望落空、技术遭遇瓶颈以及投资撤离等风险。

编辑点评:从中长期看来3D打印产业具有较为广阔的发展前景,但目前产业距离成熟阶段尚有较大距离,对于3D打印市场规模的短期发展不宜过分高估。因此,现阶段产业界对3D打印领域的投入应以加强创新研发、技术引进和储备为主,尤其要重视自主知识产权的建设和维护,争取在未来的市场竞争中占据有利地位。如受到概念炒作影响,在技术尚未充分完善的现阶段大规模投入产能扩张,则投资回报将面临着较大的风险。

3D打印技术未来发展的主要趋势

随着智能制造的进一步发展成熟,新的信息技术、控制技术、材料技术等不断被广泛应用到制造领域,3D打印技术也将被推向更高的层面。未来,3D打印技术的发展将体现出精密化、智能化、通用化以及便捷化等主要趋势。

医疗

服装

提升3D打印的速度、效率和精度,开拓并行打印、连续打印、大件打印、多材料打印的工艺方法,提高成品的表面质量、力学和物理性能,以实现直接面向产品的制造;开发更为多样的3D打印材料,如智能材料、功能梯度材料、纳米材料、非均质材料及复合材料等,特别是金属材料直接成型技术有可能成为今后研究与应用的又一个热点;3D打印机的体积小型化、桌面化,成本更低廉,操作更简便,更加适应分布化生产、设计与制造一体化的需求以及家庭日常应用的需求;软件集成化,实现CAD/CAPP/RP的一体化,使设计软件和生产控制软件能够无缝对接,实现设计者直接联网控制的远程在线制造;拓展3D打印技术在生物医学、建筑、车辆、服装等更多行业领域的创造性应用。

编辑点评:3D打印应用广泛,个人感觉速度是一方面,更重要的是精度,若要使用在个别行业中,精度不够带来的后果是毁灭性的。

打印机龙头企业着手研发3D打印机

惠普公司首席执行官梅格·惠特曼(Meg Whitman)最近在曼谷参加Canalys频道峰会时公开表示,惠普公司目前正在致力于3D打印机的研发,并且预计将会在2014年正式推出,但是并没有透露具体的日期。

梅格·惠特曼

“3D打印技术目前依然还处于初级阶段,”惠特曼表示。“不过这对于我们惠普来说是一个巨大的机遇与挑战,因此我们已经在3D打印设备和技术上投入了不少精力。并且其中一些成果将会在2014年问世。我们非常激动的能够看到公司在3D打印领域的拓展,我们在未来将会继续引领整个行业,惠普实验室已经准备好了。”

“我们希望成为这一市场的领军者,”惠特曼说。她同时强调,惠普正在积极寻找措施,应对3D打印机商业化过程中可能会出现的挑战。

目前,惠普公司的实验研发团队已经正在致力于3D打印设备的研究,并且希望能够生产出一种要比现有3D打印机产品成本更低、打印速度更快的产品。惠特曼说:“如果打印一个水瓶,只需要8到10个小时就能看到你自己设计的水瓶。整个过程还是非常有趣的,看上去就像是与冰雪融化一样非常有趣。”

编辑小结:打印巨头惠普公司也要进军3D打印圈了,惠普看好了这块“肥肉”准备大赚一笔,不过小编以为现在进军稍微有点晚,等你产品出来的时候再跟3D龙头企业竞争优势很小,不过以惠普的实力产品还是值得期待的。

编辑总结

3D打印已经被政府支持,目前工业级别应用较为广泛,民用3D打印在国内只是处于尝试阶段,一些自主型创业的小企业也都没赚到什么钱,不过不用担心一项真正可能会带来变革的新技术,要扎实打好基础,不能急功近利。政府的扶持,只是一个产业发展的润滑剂和推进剂,真正能让3D打印产业腾飞的,需要无数业内人士默默的奋斗和努力。

3D打印要想像PC,智能手机一样,走进每个人的生活,还需要很长一段路要走,即使像现在的喷墨打印机一样,成为办公的必备,都非一时之功。如果把3D打印机一些隐藏的弊端加以限制在未来将发挥巨大作用。

图片来源:《经济学人》杂志

最后来说说这张图,也许在未来的某一天里,人们真的可以实现这样的场景,“坐着造物”。

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