3D打印發(fā)展十大趨勢
編輯：2022-12-15 16:36:12
20世紀(jì)80年代后期，3D打印機(jī)的橫空出世，開啟了增材制造新時(shí)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(diǎn)加以培育，如2012年美國將“增材制造技術(shù)中心”確定為首個(gè)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(jìn)3D打印產(chǎn)業(yè)發(fā)展,我國的3D打印技術(shù)與世界先進(jìn)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(qiáng)大的科技力量。
趨勢一：桌面級市場已陷入“紅?！?，掘金工業(yè)級正當(dāng)時(shí)
近幾年，桌面3D打印機(jī)“叫好又叫座”，銷量呈現(xiàn)大幅增長，而工業(yè)級3D打印機(jī)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(jī)銷量增長了33%，工業(yè)級3D打印機(jī)則下降了9%;2016年上半年全球桌面3D打印機(jī)同比增加15%，工業(yè)級3D打印機(jī)卻減少15%。桌面3D打印機(jī)門檻低、設(shè)計(jì)簡單，是企業(yè)進(jìn)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(shí)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(yùn)用于汽車、航空航天、機(jī)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(fèi)級桌面3D打印機(jī)，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(jìn)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(jī)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(jià)格昂貴，傳統(tǒng)鑄造鍛造工藝生產(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(tuán)兩大金屬3D打印巨頭，加快布局3D打印航空發(fā)動(dòng)機(jī)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(shí)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(bǔ)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(gè)新生事物，只有30多年的發(fā)展歷程，在速度、精度、強(qiáng)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(jī)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(dá)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(gè)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(bǔ)充，3D打印將極大地推動(dòng)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(jìn)
3D打印是工業(yè)4.0時(shí)代最具發(fā)展前景的先進(jìn)制造技術(shù)之一，它從兩個(gè)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(jìn)行生產(chǎn)，再運(yùn)到同一地方進(jìn)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(shí)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(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)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(shí)現(xiàn)了分布式制造，從而省去了倉儲環(huán)節(jié)?！罢w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(shí)現(xiàn)了統(tǒng)一，前者強(qiáng)調(diào)生產(chǎn)過程，后者強(qiáng)調(diào)生產(chǎn)行為，共同推動(dòng)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(kuò)展，產(chǎn)品成型尺寸正走向兩個(gè)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(dòng)機(jī)中空葉片，總高度達(dá)933mm。
另一方面向“小”處走，可達(dá)到微米納米水平，在強(qiáng)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(jī)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”。
趨勢六：材料瓶頸待攻克，“質(zhì)”“量”趨升“價(jià)”趨降
“巧婦難為無米之炊”。3D打印材料是3D打印技術(shù)發(fā)展不可或缺的物質(zhì)基礎(chǔ)，也是當(dāng)前制約3D打印產(chǎn)業(yè)化的關(guān)鍵因素。近年來，隨著3D打印需求的增加，3D打印材料種類得到了迅速拓展，主要包括高分子材料、金屬材料、無機(jī)非金屬材料等三大類。但與傳統(tǒng)材料相比，3D打印材料種類依然偏少。以金屬3D打印為例，雖然不銹鋼、鈦合金、高溫合金、鈷鉻合金、鋁合金等均已應(yīng)用于3D打印，但實(shí)際使用牌號仍然不多。
另外，3D打印對材料的形態(tài)也有著嚴(yán)格的要求，一般為粉末狀、絲狀、液體狀等，相比普通材料價(jià)格比較昂貴，根本無法滿足個(gè)人與工業(yè)化生產(chǎn)的需要。足夠多“買得起”的材料才能為技術(shù)的發(fā)展提供足夠多的選擇空間、為應(yīng)用的擴(kuò)展提供足夠多的想象空間。
未來，3D打印材料將成為研究開發(fā)的焦點(diǎn)、資本涌入的風(fēng)口，材料種類、形態(tài)將得到進(jìn)一步拓展，價(jià)格下降可期，精度、強(qiáng)度、穩(wěn)定性、安全性也更加有保障。
趨勢七：手術(shù)可排練、治療更精準(zhǔn)
3D打印的“個(gè)性化定制”與醫(yī)療行業(yè)的“對癥下藥”有著天然的契合性，二者的結(jié)合主要體現(xiàn)在四個(gè)方面。
一是術(shù)前演練，利用3D打印技術(shù)還原出病患部位模型，讓醫(yī)生更直觀地了解病理結(jié)構(gòu)，增加了手術(shù)的成功率。
二是醫(yī)療器械，包括助聽器、護(hù)具、假肢等外部設(shè)備以及關(guān)節(jié)、軟骨、支架等內(nèi)植物。
三是“量身”制藥，根據(jù)患者的生理特點(diǎn)、具體需要調(diào)配藥物，提高了藥物的有效性。
四是生物打印，用人造血管、心臟、神經(jīng)、皮膚等來修復(fù)、替代和重建病損組織和器官。
盡管3D打印在醫(yī)療領(lǐng)域的應(yīng)用還面臨著材料、成本、精度、標(biāo)準(zhǔn)等制約，市場規(guī)模也較小，但考慮到醫(yī)療領(lǐng)域巨大的需求潛力與極小的需求彈性，3D打印在醫(yī)療領(lǐng)域的應(yīng)用將不斷擴(kuò)展，在實(shí)施更為精準(zhǔn)的診療方案、提供更為充足的移植器官等方面大顯身手。
趨勢八：牽手云制造，有商業(yè)影響力的平臺不斷涌現(xiàn)
全球已經(jīng)進(jìn)入了高度的信息化時(shí)代，互聯(lián)網(wǎng)作為信息化的重要工具正在重新定義各行各業(yè)。3D打印設(shè)備尚未普及，技術(shù)使用也不“傻瓜”，沒有設(shè)備、沒有技術(shù)的普通人該怎樣實(shí)現(xiàn)自己的設(shè)計(jì)想法呢。
成立于2008年的Shapeways公司搭建了一個(gè)基于互聯(lián)網(wǎng)的3D打印平臺，擔(dān)當(dāng)起服務(wù)供應(yīng)商和需求用戶之間的“紅娘”，解決了用戶的這個(gè)“痛點(diǎn)”。如今，MakeXYZ、3DLt、3DHubs、先臨三維、光韻達(dá)、魔猴網(wǎng)等也做著類似的事情，南京壹千零壹號自動(dòng)化科技公司的“1001號云制造平臺”還入選2016年中國“互聯(lián)網(wǎng)+”在工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域十大新銳案例之首。“互聯(lián)網(wǎng)+3D打印”開拓了一種全新的商業(yè)模式——“云打印”，并將共享經(jīng)濟(jì)的思維引進(jìn)來，閑置的3D打印機(jī)得到了有效使用，客戶也能選擇稱心如意的設(shè)備和供應(yīng)商。
趨勢九：混合打印創(chuàng)造更多可能，功能材質(zhì)色彩也混搭
隨著3D打印技術(shù)的發(fā)展，人們對3D打印機(jī)的期望越來越高，早已不滿足于單一功能、單一材質(zhì)、單一色彩等。
未來，3D打印機(jī)可實(shí)現(xiàn)3D打印技術(shù)與傳統(tǒng)數(shù)控機(jī)床技術(shù)(或不同3D打印技術(shù))的自由切換，實(shí)用性將變得更強(qiáng);3D打印機(jī)的“口糧”更加豐富，金屬、塑料、橡膠等多種材料(或不同屬性的材料)的混合使用，將加工出結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜的產(chǎn)品;打印出的產(chǎn)品也會五彩繽紛。
如日本研發(fā)出的一款五軸混合3D打印機(jī)(由3D打印機(jī)與數(shù)控銑床混合而成)，能夠在現(xiàn)有工業(yè)級5軸控制技術(shù)的基礎(chǔ)上連續(xù)進(jìn)行擠出式3D打印和銑削作業(yè);MIT研發(fā)的MultiFab 3D打印機(jī)能同時(shí)處理包括晶狀體、紡織物、光纖等10種材料;加拿大的ORD Solutions公司推出的一款3D打印機(jī)，可以使用五種不同顏色的線材打印出多彩作品。
趨勢十：我國3D打印起步早發(fā)展慢，產(chǎn)學(xué)研協(xié)同時(shí)突破
在3D Systems、Stratasys、先臨三維等行業(yè)巨頭紛紛跑馬圈地之時(shí)，哈佛大學(xué)Wyss研究所、加利福尼亞大學(xué)勞倫斯?利弗莫爾實(shí)驗(yàn)室(LLNL)、卡內(nèi)基梅隆大學(xué)Adam W.Feinberg研究團(tuán)隊(duì)等科研機(jī)構(gòu)憑借其雄厚的研發(fā)實(shí)力也不斷實(shí)現(xiàn)技術(shù)突破。
我國3D打印的研究起步于20世紀(jì)90年代，發(fā)端于高校，如今已形成清華大學(xué)顏永年團(tuán)隊(duì)、北京航空航天大學(xué)王華明團(tuán)隊(duì)、西安交通大學(xué)盧秉恒團(tuán)隊(duì)、華中科技大學(xué)史玉升研究團(tuán)隊(duì)和西北工業(yè)大學(xué)黃衛(wèi)東團(tuán)隊(duì)等骨干科研力量，論文和申請專利的數(shù)量處于世界第二位。2016年10月又成立了中國增材制造產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟，國家增材制造創(chuàng)新中心建設(shè)方案也通過了專家論證。
隨著我國科技體制機(jī)制改革的不斷推進(jìn)，走產(chǎn)學(xué)研協(xié)同之路，形成長效合作機(jī)制，成為我國推進(jìn)3D打印產(chǎn)業(yè)化的現(xiàn)實(shí)選擇。
文章來源：3D打印世界
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