3D打印:看似近在咫尺

作者: admin 分类: 新闻 发布时间: 2019-07-04 10:29

  用打印机可以打出一个杯子、一台发动机,甚至一辆汽车?这不是天方夜谭,而是当前炙手可热的3D打印技术。今年以来,3D打印技术在国内掀起热潮,3D打印机亮相各大展会,3D打印概念股票价格猛涨。在堪称魔幻的技术特性背后,3D打印到底能给我国制造业和百姓生活带来哪些改变?

  当电影照进现实

  普通人对3D打印最直观的印象,来自今年的贺岁片《十二生肖》。电影里,成龙扮演的国际大盗用扫描手套获取了兽首模型的三维数据,传输到远程电脑上,与电脑连接的打印机很快就打出一个个与原型一致的复制品。

  从电影里可以看出,3D打印有别于传统制造对原材料进行切削等减材工艺。它是一种增材制造,即以三维模型为基础,以粉末为原料,通过逐层堆积来构造物体。

  由于3D打印不需要事先开发模具,也不会浪费材料,并且制造过程比较省时,因此,它也被称为快速成型技术。

  3D打印虽然神奇,但这项技术其实并不新。早在上世纪80年代,美国就诞生了3D打印。上世纪90年代,国内的一些高校也开始研究这项技术。但是,此后很长一段时间,3D打印一直默默无闻。

  华中科技大学快速制造中心主任史玉升,是国内最早研究3D打印的学者之一。他回忆,当年在山东推广3D打印技术时,自己被认为是骗子大忽悠。

  与当年的落寞相比,3D打印现在可谓红得发紫。国内3D打印技术领军人物、北京航空航天大学教授王华明,今年5月参加首届中国国际技术进出口交易会时曾感慨,3D打印走红的速度令人始料未及。

  3D打印为什么这样红?时代背景很重要。近年来,美国总统奥巴马多次强调3D打印的重要性,把它和机器人、人工智能并列为美国制造的关键技术;英国《经济学人》杂志认为,3D打印等数字化生产模式将推动第三次工业革命。

  我国经济正由要素驱动转向创新驱动。中国工程院院士卢秉恒说,3D打印的一大特点是所想即所得,只要能在电脑里设计出三维模型,3D打印机就能帮你变成现实,这可以大大缩短新产品的开发周期,帮助我国企业从制造走向创造。

  产业化路途尚远

  3D打印有这么多技术优点,让不少人惊呼它将颠覆传统制造业。国内不少企业也摩拳擦掌,欲从中分得一块蛋糕。

  资本市场的反应最为灵敏。早在去年年末,3D打印概念股中航重机和南风股份就进入上行通道,迄今为止的涨幅分别达到170%和70%。在这种示范效应下,几乎每隔一段时间,就有上市公司宣布介入3D打印业务。

  电子商务企业也跃跃欲试。京东商城已试水3D打印机网购。登录京东网站可看到,其出售的是一款美国产小型3D打印机,尺寸和一台烤箱差不多,可以打印最大不超过141414(厘米)的物品。打印机售价14999元,如果配齐七种颜色的塑料耗材(单价699元),总花费近2万元。

  看上去,3D打印机似乎要和电脑一样,走进千家万户了。但实际上,3D打印技术在大规模产业化上,还面临较多的限制。

  首先是打印材料。一般的3D打印材料包括石膏粉、光敏树脂和塑料等,而工业级应用的金属材料仅有钛、不锈钢和金银等寥寥数种,需要进一步扩展。

  亚洲制造业协会CEO罗军指出,用3D打印技术制造很多产品都不存在技术上的障碍,关键是材料。我国在材料领域还处于比较被动的局面,而产品的功能与材料密切相关。

  其次是应用。3D打印的优势体现在小批次、设计复杂的物件制造上,但制造大型、结构简单和大批量的物件,相比传统工艺仍处于劣势。这和普通打印机一样,打印几张纸,用打印机很快,但如果要印一批书,还是到印刷厂做成模板再印,效率更高、成本也更低。

  此外,卢秉恒指出,3D打印技术本身也有需要提升的地方。如目前的打印精度不能令人满意,只能和铸件相当。如果提高精度,又会限制打印效率。打印材料高温熔化后再冷却,产品强度会不会受影响,目前还缺乏相关标准。

  最后是在商业化推广上。与美国已经出现3DSystems和Stratasys两大3D打印机上市公司不同,我国的3D打印技术起源于西安交通大学、华中科技大学和清华大学等高校,相关的技术转化集中在校办企业,如武汉滨湖机电技术产业有限公司依托于华中科大,陕西恒通智能机器有限公司则拥有西安交大的背景。

  高校系公司的特点是科研能力较强,但商业化推广能力偏弱。中科院的袁志彬博士指出,按照发达国家经验,大学应主要进行基础研究,科研院所侧重于共性技术研究,企业则致力于最后的产品化,如此产学研三方才能合作互补。

  谨防重蹈光伏覆辙

  有研究显示,国内3D打印产业目前的市场规模约10亿元。即使按照比较乐观的预计,3年后能增长到100亿元,离产业化还是有较远的距离。

  不过,这项技术的魔幻特性已经调动起了很多地方的热情。当王华明教授亮相中国国际技术进出口交易会时,立刻引来不少开发区招商人员的追逐。

  目前,已有南京、青岛、武汉和东莞等多个城市表态要在3D打印上有所作为。今年3月,国内首个3D打印技术产业创新中心落户南京。按照规划,这个中心涵盖3D打印应用中心、示范中心以及科普、教育和培训等中心。青岛市市长张新起表示,青岛正集中资源,将研究编制3D打印产业行动计划并设立产业园区,重点选择家电电子、模具制造和生物医疗等领域开展研发和应用。

  南京紫金立德电子有限公司总经理连宁认为,外界对3D打印的渲染有些过度,国家层面也没有3D打印的发展纲要或规划。如果各地相互攀比、分散发展,有可能重蹈光伏产业的覆辙。

  为避免光伏现象重演,专家指出3D打印产业应该首先抓好下游应用的开发。目前,我国航天军工产业对3D打印的需求增长非常快,这与航天军工市场所用的零部件比较复杂,且要求快速响应有关。王华明教授利用3D打印技术开发的飞机大型钛合金构件,荣获2012年国家技术发明一等奖,堪称其中的典型代表。

  但光有航天军工的应用显然是不够的。在医疗和日常消费领域,3D打印也有不小的潜力。记者在上海伽蓝化妆品公司看到,该公司利用3D打印技术设计实体瓶型,短时间内就能拿出几十种样式,大大加快了新品开发的进程。在医疗领域,量身打印的钛合金人工骨,也给不少患者带来福音。

  材料和核心零部件的研发是一个待补的软肋。目前,很多国内企业热衷于开发3D打印设备,但不少企业生产的桌面级打印机(售价数千元),娱乐性尚可,实用性不强。

  与设备相比,材料面临的瓶颈更大。不少3D打印材料需要进口,直接制约了下游应用。对此,专家建议,今后国内企业应加强对碳化硅等新型打印材料的研发。

  3D打印不是万能技术,其与传统制造业是互补而非替代的关系。要以科学的态度、适当的期望值,来促进这个产业的健康发展。卢秉恒总结说。

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