中國(guó)有望成為3D打印制造技術(shù)的最大受益者

時(shí)間:2013-12-10

來(lái)源:網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)載

導(dǎo)語(yǔ):3D打印只是產(chǎn)品制造中最后的加工環(huán)節(jié),前面原材料的生產(chǎn)是否也具有同樣節(jié)能減排效果呢?還應(yīng)注意的是3D打印設(shè)備與工藝的緊耦合現(xiàn)象,即3D打印設(shè)備很難做成通用設(shè)備,這在非金屬熔融固化工藝中比較突出,要根據(jù)不同的打印原料更換相應(yīng)的打印頭,甚至打印機(jī)。

Brule日本分公司社長(zhǎng)杉本健人表示:“中國(guó)的3D打印技術(shù)早已趕超日本,無(wú)論是品質(zhì)還是銷售網(wǎng)絡(luò)都能與美國(guó)抗衡。”

根據(jù)美國(guó)3D打印行業(yè)研究機(jī)構(gòu)WohlersAssociates公布的一項(xiàng)關(guān)于3D打印的權(quán)威報(bào)告指出,中國(guó)華中科技大學(xué)擁有全球?qū)嵙ψ顝?qiáng)的3D打印研發(fā)小組。報(bào)告指出,截至目前華中科技大學(xué)已經(jīng)獲得了多項(xiàng)能夠?qū)崿F(xiàn)低成本高性能開(kāi)發(fā)3D打印機(jī)的研究成果,此外像西安交通大學(xué)、清華大學(xué)等也取得了一些研發(fā)成績(jī)。

根據(jù)報(bào)告顯示,2012年中國(guó)的3D打印機(jī)普及數(shù)量已經(jīng)達(dá)到了美國(guó)的四分之一,預(yù)計(jì)2016年中國(guó)的3D打印市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到100億元人民幣,成長(zhǎng)速度居世界第一。

目前,3D打印沒(méi)有成為主流工業(yè)設(shè)計(jì)和制造企業(yè)的優(yōu)先選擇。即便是對(duì)于復(fù)雜結(jié)構(gòu)或者特殊材質(zhì)的產(chǎn)品,聰明的中國(guó)人也有自己的辦法——比如,有制造業(yè)人士告訴記者,經(jīng)驗(yàn)豐富的技師可以使用整塊的鋁合金在機(jī)床上快速制作一個(gè)模具,雖然這種快速模具拿來(lái)生產(chǎn)三四個(gè)產(chǎn)品就會(huì)報(bào)廢,但同樣可以花很少的時(shí)間和很低的成本來(lái)制作一些復(fù)雜結(jié)構(gòu)和特殊材質(zhì)的產(chǎn)品。

顛覆傳統(tǒng)的制造技術(shù)

專家一致認(rèn)為,3D打印技術(shù)作為制造業(yè)領(lǐng)域的一次重大技術(shù)革命,已經(jīng)廣泛應(yīng)用到航空、航天等軍事領(lǐng)域和大型復(fù)雜構(gòu)件的一次成型制造,是傳統(tǒng)制造技術(shù)與新材料的完美結(jié)合。通常,制造業(yè)特別是金屬制造業(yè)采用的是減法工藝,即通過(guò)車、銑、刨、磨、鉆等金屬切削工藝對(duì)被加工件進(jìn)行減材制造。而3D打印反其道而行之,采用的是加法工藝,即通過(guò)不斷地進(jìn)行材料的有序堆積,最終加工出成品。因此,3D打印也被稱為增材制造。

而3D打印與傳統(tǒng)加工工藝的差別也就體現(xiàn)在這增減上。而3D打印的特有優(yōu)勢(shì)也體現(xiàn)在這加法工藝上。比如說(shuō)幾乎可以百分之百地利用原材料,制造傳統(tǒng)工藝無(wú)法實(shí)現(xiàn)的特殊結(jié)構(gòu)的產(chǎn)品,因節(jié)省開(kāi)模費(fèi)用而在小批量生產(chǎn)上具有成本優(yōu)勢(shì),在產(chǎn)品研發(fā)過(guò)程中可以快速制造樣機(jī),可以實(shí)現(xiàn)分布式制造等。

的確,3D打印這些優(yōu)異的加工特點(diǎn)無(wú)疑是傳統(tǒng)制造工藝難以實(shí)現(xiàn)的。如果一臺(tái)3D打印機(jī)具備這些特點(diǎn),無(wú)疑將會(huì)對(duì)傳統(tǒng)的制造工藝帶來(lái)強(qiáng)勁的沖擊,甚至顛覆性的變化。

但是,至今為止,人們常常規(guī)避3D打印在規(guī)模制造中的經(jīng)濟(jì)性這一關(guān)鍵指標(biāo)。比如說(shuō),飛機(jī)舷窗樣機(jī)制作中3D打印的成本是傳統(tǒng)開(kāi)模成本的十分之一,同時(shí)省去很長(zhǎng)的開(kāi)模具的時(shí)間。但是飛機(jī)高昂的研發(fā)成本是靠批量攤薄的,這個(gè)數(shù)字應(yīng)該遠(yuǎn)遠(yuǎn)不止十架,傳統(tǒng)加工方式的優(yōu)勢(shì)就顯現(xiàn)出來(lái)。再如飲譽(yù)二戰(zhàn)的遠(yuǎn)洋貨輪“自由輪”,戰(zhàn)時(shí)共制造了2751艘。

隨著工藝和管理水平的提升,“自由輪”的建造時(shí)間從最初的244天,縮短到平均42天,最快記錄是4天15小時(shí)30分鐘,這是大規(guī)模工業(yè)化制造的經(jīng)典之作。我們還應(yīng)從整個(gè)制造過(guò)程看3D打印。當(dāng)人們從使用的角度看,光伏產(chǎn)品確實(shí)是綠色、節(jié)能產(chǎn)品,但光伏產(chǎn)品的核心材料——多晶硅的西門子生產(chǎn)法卻是高耗能、高污染。

同樣道理,3D打印只是產(chǎn)品制造中最后的加工環(huán)節(jié),前面原材料的生產(chǎn)是否也具有同樣節(jié)能減排效果呢?還應(yīng)注意的是3D打印設(shè)備與工藝的緊耦合現(xiàn)象,即3D打印設(shè)備很難做成通用設(shè)備,這在非金屬熔融固化工藝中比較突出,要根據(jù)不同的打印原料更換相應(yīng)的打印頭,甚至打印機(jī)。

這種非通用的特點(diǎn)削弱了3D打印的分布式制造色彩,畢竟,并不是所有3D打印的支持者,都有經(jīng)濟(jì)實(shí)力來(lái)購(gòu)置多臺(tái)3D打印設(shè)備的。如果3D打印不能在足夠多的制造領(lǐng)域替代傳統(tǒng)的工藝,那么,就要慎言3D打印將顛覆整個(gè)傳統(tǒng)制造業(yè)了。

事實(shí)上,既然3D打印無(wú)法完全替代傳統(tǒng)制造工藝,那么,從產(chǎn)業(yè)高度看,傳統(tǒng)制造技術(shù)和3D打印技術(shù)就應(yīng)該是互補(bǔ)技術(shù),只不過(guò)在不同的制造領(lǐng)域或者不同的產(chǎn)品制造上,兩者在產(chǎn)品制造過(guò)程中工藝占比不同罷了。

3D打印帶來(lái)新挑戰(zhàn)

如今,3D打印對(duì)于越來(lái)越多的人來(lái)說(shuō),已經(jīng)不再陌生。在金融危機(jī)復(fù)蘇以來(lái)所提倡的制造業(yè)復(fù)興過(guò)程中,美國(guó)人以及越來(lái)越多的中國(guó)人都已經(jīng)慢慢接觸到了這個(gè)仿佛在一夜之間興起的技術(shù)名詞。許多媒體甚至將3D打印技術(shù)看作是終結(jié)以“中國(guó)制造”為代表的傳統(tǒng)制造業(yè)的最新技術(shù)。

就像互聯(lián)網(wǎng)對(duì)于華爾街和華盛頓來(lái)說(shuō)絕不僅僅是一項(xiàng)技術(shù)一樣,3D打印同樣也絕不僅僅是一項(xiàng)技術(shù)革新。如果說(shuō)互聯(lián)網(wǎng)的核心市場(chǎng)價(jià)值就是信息的價(jià)值和信息分享的價(jià)值,那么3D打印的價(jià)值,就是定制化的價(jià)值。

個(gè)性化的定制服務(wù),這個(gè)在傳統(tǒng)大工業(yè)生產(chǎn)中被認(rèn)為與大批量生產(chǎn)背道而馳的理念,在未來(lái)3D打印產(chǎn)業(yè)中有望得到實(shí)現(xiàn),使得“批量生產(chǎn)”與“個(gè)性定制”在未來(lái)的3D打印車間里得到完美結(jié)合。其對(duì)于制造業(yè)的革新程度,堪比互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對(duì)于計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的革新。當(dāng)然中國(guó)也沒(méi)有坐以待斃。它正在積極購(gòu)買西方的3D打印技術(shù),自己制造輕型機(jī)器賣給消費(fèi)者。工業(yè)和信息化部已撥款2000萬(wàn)英鎊資助10家研究中心,并成立了40家公司。

目前,國(guó)內(nèi)3D打印主要有清華大學(xué)、華中科技大學(xué)、西安交通大學(xué)、華南理工大學(xué)、北京航空航天大學(xué)等高校教授帶領(lǐng)的科研團(tuán)隊(duì)。在他們的引領(lǐng)下,中國(guó)3D打印取得了一定的成效,不少3D打印聯(lián)盟相繼成立,3D打印企業(yè)也層出不窮,3D打印也能打印出無(wú)人駕駛小型飛機(jī)、文物、小零件、食物、自行車、小建筑等,令人耳目一新。

隨著3D打印概念股在資本市場(chǎng)上演火爆行情,這一產(chǎn)業(yè)逐漸吸引了人們關(guān)注的目光,一些企業(yè)則已經(jīng)成功將概念產(chǎn)業(yè)化。以3D打印技術(shù)為基礎(chǔ)的智能制造為我國(guó)追趕先發(fā)國(guó)家打開(kāi)了一扇“機(jī)會(huì)窗口”。目前,各國(guó)3D打印產(chǎn)業(yè)基本處于同一起跑線,發(fā)達(dá)國(guó)家在3D打印產(chǎn)業(yè)有優(yōu)勢(shì),但我國(guó)的差距并不很大,為此,我國(guó)應(yīng)當(dāng)實(shí)施先發(fā)戰(zhàn)略,著力以3D打印引領(lǐng)智能制造,實(shí)現(xiàn)趕超。

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