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2017/1/4
宗贵升:未来的3D打印不会是今天的3D打印

  2016年,3D打印因其可实现复杂形状制造、数字化零件库存、按需制造、即刻制造、分布式制造、大批定制及提升资源利用效率等优势更加吸引了全世界的目光,入行企业快速增加,技术开发投入也加大。行业预计2016年全球3D打印市场规模将超70亿美元,并预测2017、2018年将分别增至125亿美元和200亿美元,发展迅猛。

  相较技术与业务的快速增长,政府和媒体的关注度更加大幅提升,甚至有些过热。而事实上,我们要理性地看待3D打印的发展,它并不是神器,仍有很多需要改进之处;更不是泡沫,应该引起多方关注。在火爆之余,3D打印的产业发展之路到底该如何才能走得更稳健、更长远?这应该是业界需要共同思考的问题。
年末通常是盘点的时候。回顾2016年,全球3D打印行业在各方面都有新的改变,虽然全球各地的市场表现不同,但整体趋势向好。

技术发展突飞猛进

  3D打印技术领域获得突飞猛进的发展,国内外原创新技术百花齐放。
XJET公司推出革命性的新型金属3D打印技术,将液态金属包裹在一个管子里并插入3D打印机,打印时喷射成型。其独特的支撑材料无需借助任何外力即可通过专门的技术融化去除,显著减少浪费,降低成本。


 
  波音下属的HRL实验室开发出的光固化3D打印陶瓷技术可耐1400度高温,可兼容于光固化/3D打印的树脂,在3D打印后经过后处理可以生成任意形状的致密陶瓷部件,强度高,抗高温。

 

  美国Continuous Composites公司开发出能够快速打印多种纤维材料的连续规模化制造3D打印设备(CSM,Continuous Scaled Manufacturing)。该设备能够使用16种不同材料的挤出头同时打印多种纤维材料并制造出成品部件,而且打印速度可达90英寸/分。 


  
  NASA使用“气溶胶喷射打印”直接制造电子元件。整个过程使用载气和打印头共同将金属颗粒的气溶胶沉积到打印床表面。可兼容银、金、铂、铝等金属材料,可沉积聚合物和其它绝缘体。该技术可以成为太空和地球上许多应用场景的解决方案,非常适合制造高性能电子元件,尤其适于制造NASA的探测器组件,不仅体积更小巧,而且布局更密集。 
 
  国内的华中科大张海鸥教授团队研制出微铸锻同步复合设备,其将金属铸造、锻压技术合二为一,实现了微型边铸边锻的颠覆性原始创新,大幅提高了制件的强度和韧性,及构件的疲劳寿命和可靠性。


   
  北京三帝科技隆源成型公司也在等减增材一体化制造新技术上深入研究,取得了阶段性成果,并已经申报了多项发明专利。

  深圳七号科技公司自主研发的低成本桌面全彩色FDM打印技术,已获得国内首个全彩桌面FDM 3D打印机发明专利。

  3D打印开辟了新材料开发的新手段,例如无需复杂的熔炼设备和很多的能源消耗,就可达到几千摄氏度的高温来打印出超高强度、超高耐温、超高韧性、超高抗蚀的优异的合金材料。同时,也可进一步通过细胞打印、器官再创等来支撑生命科学的高速发展。

产业链初具雏形

  从3D打印产业链构成来看,其上游包括精密机械、数控技术、信息技术、材料科学、激光技术等,中游包括3D打印设备及打印材料,下游主要为三维模型设计服务、打印服务及打印产品应用等。3D 打印产业与相关产业的关联点,重点体现在新材料开发、带动传统产业转型升级。基础材料为 3D打印原材料提供支持,模型软件则服务于打印设备的研发与生产。方案提供商将 3D打印应用于工业制造、医疗器械、教育、文创等不同领域。

  随着中国制造2025的贯彻实施,智能制造各领域的技术路线图和重点工程、重点项目的相继推出,国内3D打印产业迎来了加速发展的契机。我国已可用自主研发的3D打印机制造飞机大型承力件,处于国际同领域领先地位;理论研究方面,我国关于3D打印的论文和专利申请数量位居世界第二;应用方面,我国工业级3D打印设备装机量位于世界第四。总体来看,我国的3D打印产业处于发展初期,定制化、个性化需求,市场的快速增长,国家政策层面的推动及3D打印在航空航天、汽车、铸造、医疗、专业设计、民用等多领域的应用成为行业发展的动力。但3D打印行业目前在成型材料的设计和制造方面仍很缺乏,同时还面临着打印参数包、软件及设备核心部件等发展瓶颈,仍需基础研究来解决。

展望未来发展

  从市场来看,就如计算机刚开始主要用于工业控制一样,3D打印初始也是用于工业的工控机;然后成为工程师、设计师等专业人士的模型设计工具;接下来就开始进入教育市场,从教育模型制造,到教育孩子如何创造,成为创意产业的萌芽;随后便会进入家庭,但需找到相应的应用,在人性化方面也要做到最优化。
从技术研发与产业化来看,在需求的驱动下,3D打印将逐步趋向于专用3D打印机、配套专用材料、工业化3D打印机、机器人、闭路控制3D打印机、检测手段及标准、等加减综合法制造、桌面彩色3D打印机及材料、云制造服务平台等方向。3D打印也逐步在从专业化走向社会化,从产品开发的工具,走向批量生产制造的手段;从控形制造走向控形控性,对打印产品的性能提要求;从3D打印到4D打印(智能材料),再到5D打印,例如人体的活性器官可以用3D打印来快速定制。

  作为智能制造的核心技术之一,3D打印相较传统制造来说是一个有效的补充工具。如果改变规则、要求和目标,将3D打印与传统制造结合、增量发展,优势互补,找准市场需求,真正将其应用并产业化, 3D打印将带来设计、制造的新纪元,在为传统制造业的创新发展注入新的活力与动力的同时,自身也能获得更大的发展空间。如何将3D打印技术与传统制造技术融合,形成先进的集成制造系统,还有很长路要走,只有实现了这一步,增材制造产业规模才能上去。产业链的协同创新与产业化是个路子。

  整体来看,3D打印将促进我国制造技术和装备的升级,带动整体产业发展和产业能级提升,带动上游、中游及下游产业链的各环节协同发展,促进航空航天制造、汽车制造、生物医疗、文化创意、个性化定制等产业发展,形成巨大且持续增长的经济规模总量。至2020年,预期全国相关增材制造产业总产值约5000亿元。3D打印将成为信息、生命、生物、材料、环境、纳米、核能等新兴产业和高科技发展的基础和先导技术之一,为我国带来巨大的社会和经济效益。

  但目前国内的3D打印工业化程度较低,应用星星点点,产学研投入分散且不专注,缺乏产业协同发展。安徽繁昌3D打印产业园为改变这种现状开了个好头,用优惠政策和市场吸引了三十多家3D打印企业,形成了产业聚集和协同发展。

  综上, 3D打印产业的发展需要积极发挥全社会合力,需要关注的不仅仅是今天的产品,而更应是能够引领未来的核心技术和原创技术的研发,同时也要加快成果推广运用和产业化进程,在更多领域激活需求,拉动市场,推动技术进步,促进创新链和产业链的紧密联结。作为一个实体产业,3D打印的发展绝非一蹴而就,站在“风口”就能“一飞冲天”,而是需要时间的积淀、持续的投入和耐心。相信,未来的3D打印不会是今天的3D打印,随着技术水平的提升及其成本的下降,3D打印的应用化程度也将更高,并终将改变人们的生产、生活方式。

  未来的3D打印肯定不会是今天的3D打印,未来会更好。

  宗贵升,北京三帝科技股份有限公司创始人、董事长兼CEO,中国粉末冶金技术创新战略联盟3D打印专业技术委员会主任,中国增材制造产业联盟专家委员,深圳市科协委员。曾任美国德州休斯敦美中商会会长。1991年毕业于美国德克萨斯大学,获得材料科学与工程博士学位,专攻3D打印研究,先后获得30多项专利。
 
  1993年即主持研发了中国第一台商品化工业级3D打印设备,当时命名为快速成型机。申报了国家名词认定。1994年共同创立了合资企业北京隆源自动成型系统有限公司(现为三帝科技控股子公司),为中国最早的3D打印专业公司。

  目前,三帝科技形成了以系统、健康、平台、教育&文创、系统集成为全面支撑的3D打印、激光智能制造运营体系,业务涵盖激光成套装备(SLM、LMD金属3D打印设备、SLS 3D打印设备、多功能激光3D打印教学设备、激光宝石制造装备)、激光3D打印康复辅具(3D打印假肢接受腔、矫形鞋垫等)、激光3D打印医疗、激光综合制造平台及3D打印技术转化、协同创新平台。拥有近千家设备及加工服务用户,遍布航天、航空、汽车、军工、医疗、工业、机械制造、教育、文化创意等领域及科研院所和高校。

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