3D打印：大規模制造有點懸
http://m.moduwu.com 2013-07-08 10:31 來源：中國電子報
增材制造技術(俗稱3D打印)并非新鮮的技術，在上世紀80年代就得到了發展和推廣，而在近兩三年卻受到了包括美國、中國等國家的高度重視。為什么時隔30年之后3D打印突然變得火熱?它能解決什么問題?有沒有產業化的基礎?
6月26日，工業和信息化部部長苗圩在“新工業革命與增材制造國際研討會”上談到，今天3D打印已經形成比較完整的技術體系，應用范圍不斷拓展，產業鏈初步形成，市場規模快速增長。科技部部長萬鋼認為，由于3D打印在復雜化結構零部件加工、個性化定制等方面具有獨特技術優勢，其在航空航天、汽車、電子等領域將具有相當廣闊的應用前景。
信息技術驅動3D打印
在二三十年前，3D打印技術就已經能用樹脂或膠等材料制作產品。近幾年，由于3D打印可處理的材料范圍擴大到了金屬材料，而且成功地將幾十年前就有的工藝技術重新組合利用，例如結合信息技術，使用激光和電子束進行表面工程和增材制造。此外，由于激光和電子槍等關鍵元器件品質不斷提高等原因，使得3D打印技術更加成熟。而美國總統奧巴馬振興美國制造的新舉動——成立3D打印創新研究院，則推動3D打印立馬在全球“火”了起來。
北京航空制造工程研究所總工程師李志強告訴《中國電子報》記者，3D打印技術具備諸多優點：第一是直接，從材料最簡單原始的形態到直接成形，跨越了傳統工藝的鍛造、焊接、粗加工等環節;第二是快速，減少了物流環節，制造周期縮短;第三是綠色，少了中間環節之后，基礎零件不用再被反復冷卻，降低了能耗;第四是柔性，可以發揮想象力設計出任意的文件;第五是賦予了傳統制造業變革的可能性，影響傳統的流水線和大工廠生產模式，形成網絡化生產。
李志強認為，3D打印之所以突破瓶頸得以快速發展，主要驅動力是信息技術，而不是工藝技術，數據處理能力的急速提升是很重要的因素。Materilise公司執行副總裁巴特先生舉了一個例子，打印一個20厘米長的鉛筆盒，可能會需要2G到3G的數據，這就需要在打印的同時，在極短的時間內通過多重軟件工序，處理掉這么龐大的數據。
中國工程院院士盧秉恒向《中國電子報》記者透露了3D打印技術發展的路線圖：從3D打印發展到4D打印，再發展到5D打印。4D打印是通過智能材料打印成一個結構，在溫度、環境發生變化以后，這種材料可以發生變形，變成在工作狀態下需要的結構。5D打印是指細胞打印，活體器官以“打印”的方式，通過生長因子，由干細胞繁殖變成母體。
但是眼下，3D打印發展到今天，本身還存在不少發展瓶頸。
李志強表示，首先是沒辦法保證零件是合格的。高端的零件沒有打印標準，需要大量數據的積累、檢測，快速形成過程中產生的一些微小的缺陷找不出來。其次是無法保證連續熔化形成的組織的強度是穩定和足夠的。現在3D打印出來的絕大多數組織還需要精加工、再加固，不是最終成型產品。最后是成本，現在基礎零件增材制造的成本較高，不過這個需要看具體的應用領域。例如制造飛機部件，3D打印更加經濟，而對于多數普通產品的大規模生產，傳統制造方法仍然優勢更多。
中國市場增長最快
記者在同時舉行的3D打印展會上看到，來自3D打印上下游相關的研發企業、軟件設計企業、制粉企業、設備提供商、服務商等展示了各自的產品和服務案例，既有側重于使用樹脂、塑料等材料的3D打印企業，也有金屬3D打印企業，既有偏重工藝品、金屬零部件應用的3D打印企業，也有偏重打印牙齒、接骨板等醫療應用的3D打印企業，從純樹脂材料到樹脂與金屬材料結合，再到純金屬材料的打印產品，均有所展現。
北京太爾時代科技有限公司總裁郭戈告訴《中國電子報》記者，工業領域一直是3D打印技術最早最重要的應用領域，從產品的外形設計到復雜的基礎零件的直接制造，很多地方都已經用到了3D打印技術。隨著3D打印技術的發展，各個民用領域也開始使用這個技術，比如醫療領域，可以用3D打印技術制造患者的組織器官模型，幫助醫生做手術規范;比如時尚領域，越來越多的設計師開始使用3D打印技術制造與眾不同的時尚產品，像比基尼、高跟鞋，甚至是整套的服裝。
3D打印的產業化最早出現在工業設計、牙科和醫療、航空航天、汽車等領域。世界知名的3D打印公司，多數都有打印牙齒、骨骼或是輔助臨床醫療等類型的制造業務，例如美國的Stratasys公司，比利時的Materilise公司等。
3D打印在醫療領域起到了不可估量的作用，可以更好地實現個體化、精準化、微創化和遠程化的治療。上海交通大學數字醫學教育部工程研究中心的王成燾教授給記者舉了個例子：曾經有1個女患者左腿嚴重畸形，運用常規的醫療手段無法為她實施矯正手術。醫院方面根據實際情況使用了3D圖像和打印技術，打印出1︰1的腿部模型供醫生研究，從而制定手術方案。手術1個月后，該患者就能下地走路。這種特定醫療案例還有很多，“3D打印技術在醫學界給患者帶來了更大的收益。”他說。
市場對于3D打印的未來似乎非常看好。據預測，到2025年，3D打印技術潛在的經濟影響將達到2300億美元~2500億美元。中國電子信息產業發展研究院副院長楊拴昌表示，雖然2012年全球3D打印的產值只有22.04億美元，但是過去3年，3D打印的市場規模年均增速超過了25%，而且可能會迎來幾何級的爆發性增長。其中中國國內，大約產生了5億元人民幣的銷售收入。
中國市場是外企非常看好的市場。Stratasys公司亞太與日本地區總經理Jonathan Jaglom向《中國電子報》記者透露，中國將是3D打印很重要的市場，而且這個想法在不斷被證實是正確的。Stratasys公司在全球73個國家都有3D打印產品的銷售，而中國市場是這73個國家市場里面增長最快的一個。
尚不能大規模生產
不過，和市場對3D打印火熱的關注相比，不得不說的是目前的3D打印還在幼稚期。萬鋼認為，3D打印還處于初始發展期，涉及到的軟件、服務等若干關鍵技術還有待攻克。
對于3D打印，爭議比較多的是它是否會引起生產模式的變化。比如一件復雜產品的設計變成了數據模型，工藝由打印機完成，普通大眾不用學習傳統的復雜制造工藝，只需要操作電腦就可以生產出產品，這樣大工廠的流水線生產模式可能又能回歸到原始的家庭作坊。對此，巴特指出，3D打印可以生產的產品實際上還是受限制的，達不到大規模生產的地步，后者仍需要通過傳統的集中生產來進行。但是，對一些使用比較少的部件，3D打印應該是一個比較好的方式。
3D打印所起到的作用更多的是個性化生產，而不是大規模制造。“千萬不要有3D打印的出現，就有否定傳統的制造工藝的想法。對于大規模制造而言，鑄造鍛造都不可替代，成本上競爭不過，質量上、穩定性上更不用說，所以在現階段，3D打印是在某些特定情況下使用。”李志強坦言。
李志強認為，發展3D打印技術需要注重全產業鏈的協調發展，首先是材料的問題必須同步或是提前解決，其次是裝備，例如激光器、電子槍的性能還不是很高，設備也不夠智能化，對軌跡的控制、熔化的控制還不是那么準確，最后是國產的處理數據的軟件也存在或多或少的缺陷。
當前，3D打印處于研究開發和產業化發展并行階段。楊拴昌建議，推動3D打印快速發展，一是需要加強頂層設計和宏觀引導，制定技術路線圖，明確產業發展規劃;二是將之納入戰略性新興產業、國家科技重大專項，加快發展;三是凝聚行業力量推進政策和標準制定;四是加強地方引導，希望地方政府能夠明確發展重點，避免盲目發展和重復建設。
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