摘要 20世紀80年代后期,3D打印機的橫空出世,開啟了增材制造新時代。近年來,借著新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革的東風(fēng),3D打印步入快速發(fā)展期。世界各國紛紛將其作為未來產(chǎn)業(yè)發(fā)展新的增長點加以...
20世紀80年代后期,3D打印機的橫空出世,開啟了增材制造新時代。近年來,借著新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革的東風(fēng),3D打印步入快速發(fā)展期。世界各國紛紛將其作為未來產(chǎn)業(yè)發(fā)展新的增長點加以培育,如2012年美國將“增材制造技術(shù)”確定為首個制造業(yè)創(chuàng)新中心(后更名為“美國制造”),歐盟、日本、韓國、新加坡、俄羅斯、南非、印度等國也通過各種措施推進3D打印產(chǎn)業(yè)發(fā)展。我國的3D打印技術(shù)與世界先進水平基本同步,但產(chǎn)業(yè)化仍處于起步階段。未來,3D打印將朝著速度更快、精度更高、性能更優(yōu)、質(zhì)量更可靠的方向發(fā)展,成為一股強大的科技力量。趨勢一:桌面級市場已陷入“紅海” 掘金工業(yè)級正當(dāng)時
近幾年,桌面3D打印機“叫好又叫座”,銷量呈現(xiàn)大幅增長,而工業(yè)級3D打印機則略顯慘淡。根據(jù)大數(shù)據(jù)公司CONTEXT的數(shù)據(jù),2015年全球桌面3D打印機銷量增長了33%,工業(yè)級3D打印機則下降了9%;2016年上半年全球桌面3D打印機同比增加15%,工業(yè)級3D打印機卻減少15%。桌面3D打印機門檻低、設(shè)計簡單,是企業(yè)進軍3D打印領(lǐng)域的較好入口。但經(jīng)過多年的發(fā)展,桌面級市場競爭已近“白熱化”,加之利潤小、精度低、實用性不佳,天花板效應(yīng)明顯。
而工業(yè)級市場契合了智能制造的理念,可廣泛運用于汽車、航空航天、機械工業(yè)、醫(yī)療等市場需求大、發(fā)展?jié)摿Υ蟮念I(lǐng)域,隨著技術(shù)的逐漸成熟和成本的不斷降低,將會爆發(fā)出難以想象的巨大能量。
2015年底,全球3D打印巨頭3D Systems公司宣布停產(chǎn)消費級桌面3D打印機,轉(zhuǎn)向更賺錢的專業(yè)級和工業(yè)級市場;2016年初,國內(nèi)3D打印技術(shù)大咖西通電子在珠海宣布全面進軍工業(yè)級3D打印領(lǐng)域。
趨勢二:金屬3D打印領(lǐng)域快速發(fā)展 應(yīng)用端空間漸打開
金屬3D打印被稱為“3D打印王冠上的明珠”,是門檻最高、前景最好、最前沿的技術(shù)之一。同樣來自CONTEXT發(fā)布的數(shù)據(jù),2015年全球金屬3D打印機銷量增長了35%,2016年上半年同比增長17%,可以說是工業(yè)級3D打印領(lǐng)域逆勢上漲的一朵“奇葩”。在汽車制造、航空航天等高精尖領(lǐng)域,有些零部件形狀復(fù)雜、價格昂貴,傳統(tǒng)鍛鑄工藝生產(chǎn)不出來或損耗較大,而金屬3D打印則能快速制造出滿足要求、重量較輕的產(chǎn)品。
2015年11月,奧迪公司使用金屬3D打印技術(shù)按照1:2的比例制造出了Auto Union(奧迪前身)在1936年推出的C版賽車的所有金屬部件;2016年9月,GE斥資14億美元收購了瑞典Arcam公司和德國SLM Solutions集團兩大金屬3D打印巨頭,加快布局3D打印航空發(fā)動機零部件業(yè)務(wù)。此外,醫(yī)療器械、核電、造船等領(lǐng)域?qū)饘?D打印的需求也十分旺盛,應(yīng)用端市場正逐漸打開。
趨勢三:3D打印產(chǎn)業(yè)化還需時日 “增”“減”制造長期共存
3D打印采用增材制造技術(shù),是對以“減材制造”“等材制造”為基礎(chǔ)的傳統(tǒng)制造業(yè)的創(chuàng)新與挑戰(zhàn),但并不是非此即彼的關(guān)系,而是并存互補的關(guān)系。
從歷史看,傳統(tǒng)制造業(yè)經(jīng)過了幾千年的積累和發(fā)展,技術(shù)、工藝、材料等已經(jīng)非常成熟,而3D打印則是一個新生事物,只有30多年的發(fā)展歷程,在速度、精度、強度等方面還有諸多限制。
從現(xiàn)狀看,當(dāng)前3D打印市場份額十分有限,專業(yè)咨詢機構(gòu)Wohlers Associates發(fā)布的數(shù)據(jù)顯示,2015年全球3D打印市場規(guī)模為51.65億美元,至2020年將達到212億美元,而這與數(shù)十萬億美元的制造業(yè)市場相比,還微乎其微。
相比傳統(tǒng)制造,3D打印研發(fā)周期更短、用料更省,在小批量、個性化定制等方面優(yōu)勢明顯,但在大規(guī)模生產(chǎn)方面存在著許多不足之處。增材制造雖然不能完全替代減材制造、等材制造,但作為傳統(tǒng)制造技術(shù)的有益補充,3D打印將極大地推動制造業(yè)的轉(zhuǎn)型升級。
趨勢四:產(chǎn)品生產(chǎn)方式加速變革 “整”“分”制造攜手共進
3D打印是“工業(yè)4.0”時代最具發(fā)展前景的先進制造技術(shù)之一,它從兩個方面改變了產(chǎn)品的生產(chǎn)方式:一方面,傳統(tǒng)制造業(yè)以“全球采購、分工協(xié)作”為主要特征,產(chǎn)品的不同部件往往在不同的地方進行生產(chǎn),再運到同一地方進行組裝。而3D打印則是“整體制造、一次成型”,省去了物流環(huán)節(jié),節(jié)約了時間和成本。
另一方面,傳統(tǒng)制造業(yè)以生產(chǎn)線為核心、以工廠為主要載體,生產(chǎn)設(shè)備高度集中。而3D打印則體現(xiàn)了以大數(shù)據(jù)、云計算、物聯(lián)網(wǎng)、移動互聯(lián)網(wǎng)為代表的新一代信息技術(shù)與制造業(yè)的融合,生產(chǎn)設(shè)備分散在各地,實現(xiàn)了分布式制造,從而省去了倉儲環(huán)節(jié)。
“整體制造”和“分布式制造”在字義上看似矛盾,在3D打印技術(shù)上則實現(xiàn)了統(tǒng)一,前者強調(diào)生產(chǎn)過程,后者強調(diào)生產(chǎn)行為,共同推動著產(chǎn)品生產(chǎn)方式的變革。
趨勢五:成型尺寸向兩邊延伸 “大”“小”產(chǎn)品顛覆想象
隨著3D打印應(yīng)用領(lǐng)域的擴展,產(chǎn)品成型尺寸正走向兩個極端:一方面往“大”處跨,從小飾品、鞋子、家具到建筑,尺寸不斷被刷新,特別是汽車制造、航空航天等領(lǐng)域?qū)Υ蟪叽缇軜?gòu)件的需求較大,如2016年珠海航展上西安鉑力特公司展示的一款3D打印航空發(fā)動機中空葉片,總高度達933毫米。
另一方面向“小”處走,可達到微米納米水平,在強度硬度不變的情況下,大大減輕產(chǎn)品的體積和重量,如哈佛大學(xué)和伊利諾伊大學(xué)的研究員3D打印出比沙粒還小的納米級鋰電池,其能夠提供的能量卻不少于一塊普通的手機電池。未來,3D打印的成型尺寸將不斷延伸,從大的不可思議到小的瞠目結(jié)舌,“只有想不到的,沒有做不到的”。