LOGO 专业上海3D打印服务商

当前位置: 主页 > 技术文章 >

3D打印给制造业带来的改变与思考

1986年,美国科学家CharlesHull开发了第一台商业3D印刷机,开启了制造领域第一个“见证奇迹的时刻”。

  随后,第一款3D打印的比基尼;第一台3D巧克力打印机;第一架3D打印的飞机;首次用3D打印机打印出人造肝脏组织;首次成功拍卖一款名为“ONO之神”的3D打印艺术品……3D打印在制造业的各个领域创造着令人惊叹的奇迹。

  近年来,3D打印被视为全球新一轮科技革命和产业革命重要推动力。

  2010年,中国已经成为世界第一制造业大国。而随着中国经济发展迈入“新常态”,以往的高投入、高能耗、高增长将一去不返;中高速增长,经济结构优化升级,从要素驱动、投资驱动转向创新驱动已成为中国经济发展的主流,因此制造业这所大房子期待新的访客,而就在此时,3D打印前来敲门……

  “蝴蝶效应”的起点

  在一个动力系统中,初始条件下微小的变化能带动整个系统的长期的巨大的连锁反应。这是一种混沌现象。任何事物发展均存在定数与变数,事物在发展过程中其发展轨迹既有规律可循,同时也存在不可测的“变数”,一个微小的变化能影响事物的发展。

  用这段理论来形容3D打印再合适不过了。纵观3D打印所涉及的领域,其应用范围相当之广泛,如航空航天业、传统制造业、医疗设备、食品行业等,自诞生以来就备受各大行业追捧,全球各个国家地区对其研究的热情一路高涨,市场规模也呈逐年壮大之势。

  3D打印的概念被首次提出是在1982年,J.E.Blanther提出的“叠层制造原理”,但真正被人们所熟知,时间并不是很长。在经历了概念、萌芽、实验室、培育等阶段后,如今3D打印步入了发展阶段。

  2012年,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。同年4月,英国《经济学人》(TheEconomist)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”。

  数据显示,2012年,全球3D打印所有的产品和相关服务产业市场规模为23亿美元;到2015年时,全球3D打印市场规模增至52亿美元。如此看来,广大企业怎能不被“利诱”?

  中国3D打印起步较晚,行业基础薄弱,但发展速度较快。3D打印的关注度在去年空前高涨,屡次在资本市场呼风唤雨,企业数量也出现井喷式增长。各大资本、企业争相涌入,试图在这个巨大蛋糕上占有更大的一部分。然而,面对“尚处于科研阶段,还未在工业、个人消费领域大规模推广,整体产业规模不大,离崛起需尚待时日”的现状,产业发展整体呈现不平衡的趋势,效果不尽如人意。今年以来,部分企业由于“走得太快”更是惨遭滑铁卢,资本亏损、技术研发遭遇瓶颈、应用不足等问题频频爆出,3D打印到底是“真正蓝海”还是“虚假繁荣”的质疑声屡屡传来。

  此前,第四届3D打印技术产业大会在成都召开。会议期间就3D打印目前的市场定位及发展前景进行了深度讨论。不少参会人员表示:3D打印仍是一片亟待开发的蓝海领域,但却像是块吃不着的肥肉,潜力无穷但规模尚小,目前3D打印整体仍处于初步发展阶段,但由于企业众多,同质化竞争严重,行业“洗牌”的大幕已经拉开,3D打印商业模式和传统工艺的转型迫在眉睫。

  在转型时,3D打印与大数据、云计算、人工智能等先进技术的“不期而遇”,无疑让3D打印将面向“速度更快、精度更高、材料更宽泛”的方向发展。而这个方向正是3D打印由个人消费向工业级的转变前提条件。

  前不久在珠海召开的第四届亚洲3D打印展览会上,3D打印行业呈现了从消费级走向工业级应用的大趋势。消费级3D打印机是开源市场,有些甚至企业从网上找来相关资料就可组装生产,而工业级打印机完全是闭源市场,需要软硬件的一系列技术突破。

  此前,国内虽然对3D打印一直热度不减,但一个现实问题是,消费级3D打印机市场是主流,而工业级3D打印机市场则发展缓慢。

  无独有偶,去年底美国行业巨头3DSystems宣布撤出“消费级”市场,将转向更赚钱的专业级和工业级3D打印市场。有专家指出,未来工业领域还将是3D打印的主流市场,更多企业将忍痛放弃消费级市场而专注于工业级市场。不难看出,从消费级走向工业级,既是3D打印企业向产业链更高端延伸的发展结果,也是国际3D打印行业发展形势的大势所趋。

  制造业转型的“圆梦巨人”

  随着工业4.0概念的日渐清晰及中国制造2025规划的推进,传统制造也正迎来一场新的历史变革与创新。对于中国的传统制造业而言,转型实际上是从传统的工厂,从2.0、3.0的工厂转型到4.0的工厂,整个生产形态上,从大规模生产,转向个性化定制。实际上整个生产的过程更加柔性化、个性化、定制化,这是工业4.0一个非常重要的特征。

  目标明确,但道路却不清晰,上至国家政府,下至企业集团都在探索新路径。平台期的停滞,让制造业好似沉浸在梦境中,找寻转型的抓手。

  电影《圆梦巨人》中好心眼儿巨人专门搜集好梦,把梦分门别类地装在一个个玻璃瓶子里,再挨家挨户地把捕捉来的好梦吹到孩子们睡觉的卧室里,以帮助他们好梦成真。3D打印是否会成为制造业转型的“圆梦巨人”?

  “未来你想要什么,只需下载图纸,按下打印键,就可以去喝咖啡、听音乐了,剩下的所有事,请通通交给打印机。3D打印技术让这种看似疯狂的设想变成了现实。”英国工程学家阿德里安·鲍耶的解释,让3D打印成了制造业“圆梦巨人”的化身。

  相对于传统工艺,3D打印技术优势在于个性化定制方面尤为突出。传统工艺从设计到手板厂,可能需要三到五天,在手板厂加工可能需要十到十五天,后期上色处理还需要四到五天,产品制作周期非常长。通过3D打印技术,一般模型可能仅需要一天时间打印,之后再经过两三天上色处理,大大降低产品制作周期,对于企业效率提升具有重要作用。

  作为快速成型技术的一种,3D打印近几年来热度不减,越来越多的企业、研究院所,甚至普通行业都将触角伸向3D打印。有数据显示,2009~2014年,全球3D打印市场以年均30.1%的复合增速增长,2012年全球3D打印设备市场规模为22.04亿美元,2017年预计达到50亿美元,2028年将超过百亿美元。

  巨大的市场缺口、广阔的发展前景,3D打印这块沃土吸引了众多专家学者和企业去探索、挖掘。

  经过数十年的发展,3D打印已先后进入了航天航空、建筑、医疗、房屋建筑等领域,未来其应用范围还会更加广阔,如今工业级3D打印正在显示其神奇之处。

  日前,长征五号首发成功,中国步入“大航天时代”。据统计,长征五号研制全程共突破了240多项关键技术,其中,3D打印作为一种三维数字化设计工具发挥了独特贡献。作为运载火箭的主承力构件,长征五号的钛合金芯级捆绑支座采用了3D打印技术,不仅强度更高,加工速度更快,重量还比原来的高强钢设计减少30%。航天科技一院长征五号运载火箭总设计师李东介绍,“3D打印将为今后火箭的主承力部段轻量化结构设计与制造,提供强有力的技术支撑。”

  减重,是人类脱离地面、探索外太空世界永远的命题。3D打印能实现优化设计,让传统工艺望而兴叹的薄壁造型成为可能,优势不言而喻。长征五号的那个钛合金芯级捆绑支座,或许只是增材制造在航空航天领域的一个小小开端。

  专业人士认为,从需求端看,未来几年内航天军工、民用消费、模具设计三驾马车将驱动3D打印需求超越式增长。其中,国产四代战斗机的批量生产、国产大飞机项目的实现有望为3D打印创造出一个20+亿元的“大市场”。这或许就是中国制造业在期盼的“圆梦”。

  有待突破的“蛇眼”危机

  “蛇眼”通常被比喻为骰子中的两点,一般掷出两点代表输局已定。

  无论是全球范围,还是在中国市场,3D打印产业虽然表面繁荣,但却始终未能真正爆发,手里握着的仍是“两点”,主要瓶颈就是市场定位、材料、批量打印三大难关上。在三大难关未攻克前,3D打印仍将继续缓慢增长,并依然面临“蛇眼”的危机。

  3D打印与其他新兴行业一样,消化时遇到的第一个问题便是成本。比如,即便目前3D打印机的价格相比几年前已经有了一定程度的下滑,但一款入门3D打印机至少也需要四、五千元。另外,价格决定硬件能力及打印质量,入门产品往往只能打印较小规格的产品,除了打印一些小物件和小玩具,实际上并没有起到“节省家庭支出成本”的作用。

  再如,消费级3D打印机的整体使用体验并不令人满意,是其没有在消费市场进一步扩张的另一个原因。首先,并非所有用户都会用CAD制图软件,而下载网站上的现有素材,并不总是可以满足需求。诸如众多厂商推出了支持3D扫描的机型,但扫描效果较差。缺乏易用的软件,无法让一般用户真正实现DIY乐趣。另外,3D打印机的打印质量也不够好,通常成品具有大量毛边,需要用户进行后续修剪。同时,消费级3D打印机实际上并不能很好处理精密打印,甚至不如网上买来的精致。

  又如,一些初创设计公司、时尚机构开始尝试使用3D打印制作服饰、配件,其使用的商业3D打印机价格高昂,效果也要更好一些。不过,使用3D打印制成的奇装异服、鞋子,显然并不是大众级的产品。目前,3D打印应用主要还是集中在医疗、工业、设计、时尚等行业,同时并不直接用于大规模成品制造,而是集中在早期研发、实验的阶段。

  近几年间,3D打印技术及应用在全球范围内取得了的进步,很大程度上得益于材料创新推动。因此,3D打印材料成为产业链中重要的一环。3D打印的材料较为特殊,能真正用于3D打印机的屈指可数。按种类可划分为生物材料、金属材料、陶瓷材料、塑料材料、砂材料五大类,目前全球范围已经实践应用的材料不足百种。再者,打印出来的产品需要多种材料,无疑又加大了难度。

  首先材料的高需求与匮乏的现状让许多大企业集团跃跃欲试,目前,国内外也开始加大对3D打印新型材料的研发力度。不久前,德国化学公司BASF宣布将于惠普合作,为惠普3D打印系统JetFusion3D打印机开发用于生产的3D打印材料。据悉,惠普宣布推出3D打印系统以来,便与多家大型企业建立合作关系,其中包括宝马、耐克,在材料方面与Evonik、Arkemad、BASF合作,致力于可3D打印的材料研发。

  其次,3D打印企业正面临有潜力无市场的尴尬,很多企业对如何竞逐3D打印市场定位不清缺,导致在工业及个人消费领域摇摆不定,结果均吃力不讨好。如在个人消费市场,3D打印产品就面临非必需品、不实用、价格高的困窘局面,难以真正打开市场。

  最后,尽管3D打印有着推动“第三次工业革命”主要技术的美誉,部分专家却认为“言之过早”。一方面,快速成型技术本就在工业应用中十分有限;另一方面,难以实现量化生产是3D打印的致命伤。

  推广过程中,3D打印遇到这样或者那样的问题,都是不可规避的。在发展初级阶段,市场容量并不是很大,甚至有些饱和的状态。另外,大同小异的产品很容易让消费者产生审美疲劳,甚至让更多人接受“3D打印也就那样”的想法。

  正所谓:“文章始于模仿而终于创新”,这句话在3D打印行业也适用。3D打印产业以创新为生命线,发展模式、市场定位、用户群体、商业模式等等都需要通盘的创新。如今3D打印敲开了制造业的大门,是成为“这所房子”的新成员,还是作为匆匆过客,我们将拭目以待。

【与3D打印相关的国际趋势】

  世界首个大型平铺激光
  熔融金属3D打印机问世


  近日,Adira(葡萄牙机床制造商)宣布将于月末展示其世界第一个大型平铺激光熔融(TiledLaserMelting)金属3D打印机,这款3D打印机拥有最大的金属粉末处理区,它将粉末床熔融、直接金属沉积3D打印技术,以及金属板材激光切割技术结合在了一台机器上,为众多新应用铺平了道路。

  Adira称这款世界第一个大型3D混合金属打印机,简单的说是结合了粉床融合和直接金属沉积3D打印技术。它的“平铺激光熔融”系统本质上是一个模块化生产室概念,拥有最大的金属粉处理区以及一个可以让制造的零部件超越腔室容积的系统。系统还装有可更换的工具头,该工具头可以根据不同的应用进行切换,包括激光切割,切换之后使用的仍然是同样的构建平台,可以实现非常有效和集中的生产,非常适合通用型的工厂制造。考虑到其更大的构建尺寸,并能够克服传统金属3D打印技术在形状和处理方面的限制,这款葡萄牙设备还是相当具有吸引力的。

  法国宣布数字行业发展战略
  3D打印和物联网成主角


  法国刚刚宣布了两项旨在推进国内数字技术的新行动计划。由工业部国务秘书ChristopheSirugue发布的公告特别强调了增材制造和物联网(IoT)领域,这是两个颠覆性的技术领域。

  根据对现代化和数字化企业投资的重要性,法国工业部国务秘书还指出,培训员工以帮助他们适应数字革命变化的必要性,作为法国未来投资计划(“投资计划署”)第三部分的一部分,政府将投入1亿欧元培训当前劳动力的适应能力和资格。随着全球数字行业日益增长,法国的新举措必将推动和推进3D打印和物联网技术的发展。

  意大利3D打印体验室
  入驻中国高校


  11月6日,来自意大利的迪迈3D打印体验室入驻番禺职业技术学院艺术设计学院教学工作坊,体验室内有可打印贵金属的MysintJ3D金属激光烧结打印机,700多位国内外教育界专家和全国各职业院校代表到场参观。

  据介绍,MysintJ3D贵金属打印机是目前全球顶级珠宝激光快速成型设备,可以打印铜、工具钢、金、银、钛合金等材料,通过高功率的激光束,将很细的金属粉末层烧结成一个三维立体部件,构成制造仅需一天。目前,迪迈还开通了免费远程3D培训教育,让珠宝3D设计师及艺术院校设计专业的学生随时随地可以学习。多位教育专家表示,校企合作是我国职业教育改革与发展的方向,对于此类国际尖端科技设备引入是未来高职院校的必然趋势。

  英国2岁小男孩安装了
  世界最小仿生3D打印手臂


  据英国《每日邮报》报道,科比·萨德勒(KobiSadler)天生就没有右前臂和右手。10月,他拥有了一个世界上最小的3D打印手臂。他是个埃弗顿球迷,为此,充满蓝、白色元素的打印手臂上还特意增加了埃弗顿球队的标志。

  来自英国马其赛特郡摩尔顿岛(MerseysideMoreton)的2岁男孩科比·萨德勒,由于患有一种罕见的血流疾病,天生就没有右前臂和右手。该病的发病率不高,2.6万名新生儿中仅有一例。幸运的是,就在10月份,他拥有了一个世界上最小的3D打印手臂。

  印度大学生开发3D打印装置
  能将空气变成饮用水


  来自印度Hyderabad大学工程系的学生,JawwadPatel从10岁就开始发明各种电子产品,现今22岁的他研发了一款3D打印的装置,这个装置能够在一小时内把潮湿的空气转化为1.8升水。

  3D打印的“露水”听起来很不可思议,实际上它就是借用了冷凝原理。“露水”装置内的电风扇系统将空气冷却到露点以下,空气就会变成水蒸气,然后再把水蒸气收集在装置下方的容器中。装置中的紫外线过滤器还能将其他像灰尘之类的物质过滤掉。“露水”需要在12v的电压和6000mAh的电流下工作。除了能用电池供电之外,它还能利用太阳能供电。

  美国工程师研发出自愈合
  3D打印装置


  不久前,美国加州大学圣地亚哥分校的工程师们,研发出了一种能够在被切割后自我愈合的装置。

  据了解,这一装置由一种特殊的磁性墨水3D打印而成。这种“墨水”中含有钕以及大量的磁性导电微粒,同时加入炭黑材料,进一步提升电化学性能。研究人员在外部固定磁场中,用这种“墨水”打印出完整物件。由于磁场的存在,物件内部的导电微粒会呈现一致性排列,使得最终完成的打印件类似一个具备明显两极的永磁体。

  当这种3D打印的物件被切割时,其内部含有的磁性颗粒,便会在磁力的作用下,相互吸引,打印件也因此而最终“愈合”。虽说此前也曾出现过类似的“自愈”技术,但此次研发的这种技术中,不需要任何催化材料,也不需要加热等额外处理。不仅如此,这种磁性“自愈”材料的“愈合”速度非常快,3毫米的裂缝50毫秒即可愈合。

  在实验中,研究人员使用这种材料打印出一种可安在衣服上的小型电子设备。即使是在同一位置连续切割九次后,装置每次都能完好“愈合”,并且电路功能未受到任何影响,仅仅损失微量的导电性而已。
联系我们
  • 电话: 400-821-0429
  • 传真: 400-821-0429
  • 邮箱: service@yinmengyuan.com
  • 邮编: 201615
  • 地址: 上海市九新公路865号漕河泾信颐科技产业园A幢602室

印梦园是专业的上海3D打印服务公司,拥有专业技术人员和3D打印工厂,设备多,工艺全,交期快,欢迎来电咨询:400-821-0429。 网站地图 RSS订阅

工信部备案:沪ICP备12006683号

在线客服中心>>

客服一

客服二

咨询热线

400-821-0429

官方微信
返回
顶部