评论:断言3D打印引发制造业革命为时尚早_0

2019-06-15 14:11

  食品、衣服、手枪、汽车、飞机越来越多的产品正被3D打印机打出来,一场制造业的风暴正在积聚。

  最近,首届世界3D打印技术产业大会在北京召开,600多位来自全球各地的3D打印行业人士,在中国大饭店一起探讨3D打印可能引发的革命。

  不过,即便人们对一个非常振奋人心的3D时代投入很多期望,这个新兴技术仍然面临许多有待解决的瓶颈和难题。那些断言,3D打印会彻底颠覆制造业的激情言论,也许需要冷静一下。

  所有重要的科技都是短期内被高估,长期看被低估。被称为新工业革命预言家的美国《连线》杂志前主编克里斯安德森的话很有哲理。这意味着,长期而言3D打印看上去很美,可眼下却不能吹得太高。

  尤其对中国制造而言,即便在3D打印领域起步并不晚,在某些领域技术也不落后,可从整个3D打印产业链的构建上,需要用心补课的环节一点都不少。

  万能制造机?

  3D打印机似乎无所不能的制造能力,正不断撩拨着人们的神经。

  25岁的美国得州大学学生科迪威尔森,最近开发了全球首款利用3D打印技术制造的左轮手枪,这成为3D打印技术最炫的成果。这款打印出来的手枪名为解放者,包括16个利用3D打印技术制造的部件,可以使用标准的手枪弹匣、并支持不同口径的子弹。

  虽然专家们正在为打印武器的社会伦理问题争论不休,而普通人却只顾着为这款能够躲过机场安检搜查的塑料一次性手枪感到惊奇。

  英国伦敦设计师阿拉德不那么暴力,这位时尚爱好者曾经打印过花瓶、灯具和珠宝,最近则成功地用3D打印机独有的选择性激光烧结(SLS)技术,打出了太阳镜,据称效果比一般太阳镜更酷。

  荷兰一名设计师更富有想象力,他准备把水泥、石头和沙子灌入3D打印机,将打印出来的单片环状结构件组合起来,盖成一栋占地1000平方米的别墅。

  美国一家名为太空生产的公司,在与美国宇航局合作,开展在零重力环境下的3D打印尝试。他们的目标是尝试让3D打印机在太空打印出更可口、保质期更长的太空食品以及其他太空用品,这将解决长期飞行的宇航员的后勤保障难题。

  在上海,一群80后开设了一家3D照相馆,可将顾客的全身外形数据扫描至电脑,再根据顾客的设想进行定制化设计,之后通过全彩3D打印机及精细的后期手工雕琢,为顾客制作出超出想象的时光留影。据称,为了保证效果到位,他们每天只接受10位顾客预约。

  湖南一家经营3D激光打印机的企业宣称,与模具制造等传统工艺相比,3D打印机制造同类产品可减重65%、节材90%,并能打印出设计者想要得到的任何外形复杂的零部件,可称为万能制造机。

  上个月,国内知名电商京东商城隆重推出了首款个人用3D打印机。这台奇妙的机器大小和一台烤箱差不多,可以打印最大不超过14立方厘米的物品,比如打印一个手机壳大约需要两小时。

  据称,这款3D打印机所配套ABS塑料售价为699元/件,如果要购买全套打印机,加上7种颜色的ABS塑料,总价19892元。京东商城表示,5月预售出了20多台。

  其实,在淘宝网上一些价格相对低廉的组装版3D打印机已经开始销售。一款价格为5200元的3D打印机在30天里售出90多件。据淘宝网统计,最近3D打印机的搜索指数上升了88.3%,与去年同期比,上升了数十倍。

  事实上,3D打印的工业用途更有想象空间。北京航空航天大学材料专家王华明教授表示,目前飞机上的钛合金部件用3D打印机制造,将会大大节省时间和材料费用。

  许多分析师认为,即便3D打印的高端应用目前还只是实验室里的成功,但长期看,中国大飞机和先进战斗机制造,都离不开3D打印技术。

  中航工业沈飞公司总经理袁立最近在一个高端制造业论坛上表示,航空制造业最大特点是多品种、小批量,许多零部件都需要单件定制,因此加工制造成本非常高,目前在飞机制造的流水线上好多都是靠手工。

  他认为,3D打印技术确实代表了制造业数字化、一体化、分布化、柔性化的大趋势,如果在制造精度、耐久性上达到标准,对航空制造业的改变将是巨大的。而眼下的问题,是如何尽早走出实验室,形成批量制造能力。

  3D打印需突破技术瓶颈

  资本市场对新概念总是很敏感。去年以来,3D打印技术被热炒,体现在股市上则是相关股票的暴涨。

  在美国,两家3D打印机制造巨头(分别为Stratasys和3DSystems)均在美国纳斯达克上市,2012年这两家公司股票都上涨2~3倍,而同期纳斯达克指数涨幅仅为13.63%。美国总统奥巴马公开宣布将投入5亿美元用于3D打印,确保美国制造业回流。这显然给3D概念股打了激素。

  在中国,行业研究人士不断发出乐观预期,助长了市场的热情。中国3D打印技术产业联盟秘书长罗军最近表示,未来三年时间是3D打印技术非常关键的时期,市场规模会在现有基础上翻一番。

  他预计,中国有潜力成为世界最大的3D打印市场,未来三年中国3D打印市场可能会从约10亿元人民币增长到100亿元。

  去年,工信部曾表示将加大对3D打印产业的支持力度。今年科技部公布的《国家高技术研究发展计划(863计划)以及国家科技支撑计划制造领域2014年度备选项目征集指南》中,3D打印产业首次入选。

  业内人士称,我国将在三年内正式启动至少10个3D打印创新中心,发展500家传统企业进入3D打印技术产业联盟。

  这些利好消息早就在股市兑现。比如,中航重机在投资了北航王华明教授的激光成型技术后,在A股被爆炒,去年底一度创下近3倍涨幅,远远超过同类股票。其他3D概念股也涨势喜人。

  不过,事实上3D打印的颠覆之路还很长。即便罗军对产业前景很看好,但他强调3D打印技术总体而言处于起步阶段,距离大规模应用还有一段时间。他认为,3D打印会不会完全取代传统制造业,到目前为止,传统制造业所擅长的批量化规模化生产、精益化生产,恰恰是3D打印技术的短腿。

  在首届世界3D打印技术产业大会上,中国工程院院士徐志磊指出,3D打印技术的大规模应用还面临很多挑战。比如,3D打印技术能否在精度上,达到传统机械加工零件需达到的微米级别,同时还要以同样高的效率生产出来?这是一个很大的挑战。

  他认为,3D打印的材料瓶颈,主要体现在高精度、高强度、能够长期应用、耐疲劳等工艺标准上,眼下的3D打印还达不到高端工业领域的要求。

  对于有些业内人士把3D打印技术提高到引领新工业革命的高度,中国3D打印技术产业联盟顾问、中科院宁波材料研究所研究员张文武表示,这需要更系统、更全面的认识。

  他强调,新工业革命的大前提必须包含新能源革命,而到目前为止3D打印只是制造业的新变化,并没有与一场新能源革命相联系。如果不告别矿石燃料为基础的能源体系、经济体系,新工业革命就无从谈起,其他都是次要的。

  在他看来,3D打印只是在智能制造领域打开了一扇门,使得网络化、分布式、个性化生产得以实现,摆脱了福特式大工业生产的千篇一律。但如果开启一场新工业革命,还要期待能源、信息和材料等几个方面新技术的大跨越与大融合。

  中国要整合3D打印产业链

  一项单个技术的推广,如果不能构建起一个上下游结合的产业链,它的影响就是有限的。

  在3D打印技术产业大会上,不少业内人士都在议论,中国自己的3D打印技术在原材料和工艺稳定性等诸多方面还面临着瓶颈,而且国内从事3D打印技术研发的科研机构和企业目前小而零散,各自为战,3D打印的产业化还需一个漫长过程。

  从全球范围看,中国的3D打印技术研发起步并不晚,目前在单项技术领域,甚至一点都不比美国等国差。比如,在航空工业的钛合金激光打印技术上,王华明教授领导的团队在研发上就走在世界前列。

  差距在哪里?中国工程院院士、西安交通大学机械学院院长卢秉恒认为,美国企业介入3D打印技术较多,研发实力较强,而中国当时只是几所大学在搞研发,没有创新力和产业链,技术研发集中在设备上,材料和软件没配套,各家都是单打独斗。

  另外,政府的支持力度也不够。在上世纪90年代中期,中国政府对3D打印技术大概支持了两三千万元,后来资金支持就断了,在3D打印技术上的投入很少,直到2012年才又重视起来。

  有业内人士打趣,是奥巴马给中国官员上了一堂课,奥巴马政府说要占领制造业的高端,要轮到中国人为自己的制造业感到担忧了。

  2012年,美国政府正式宣布建立国家增材制造创新机构,推动3D打印技术向国家主流制造技术发展。随后2012年12月,中国工信部副部长苏波表态将推动3D打印产业化。

  中科院教授柳卸林认为,美国的新技术研发主要是市场驱动,而且他们的战略规划很有眼光,具有概念领导力,像3D打印、智慧地球、云教育等等,通过一项新技术的推广和传播,能够带动整个产业链的变化与发展。相对而言,中国的产业规划缺乏这种大视野。

  中国的科研立项,还停留在照搬和模仿阶段,没有敌人或没有对手,我们就不敢去干,美国欧洲没立项,我们就不能去研发。他说,事实上,真正的创新要去发掘未知的未来,去探寻看不见的东西,这最需要的是观念创新。

  从完整产业链看,3D打印技术至少包括上游的设计、材料和下游的制造、营销等环节,国内制造商在制造环节也许并不落后,但在上游的软件开发、设计研发以及市场营销等方面,则缺乏整体化配合。

  同时,3D打印的市场本来就有民用和工业用两大板块,差异性极大。比如,从材料和规格看,打印塑料制品的打印机只需几千元,例如西安交通大学推出的一款家用打印机售价仅为6800元;打印树脂制品的设备价格在40万到200万元;打印金属制品的设备价格在350万到1500万元。

  我们需要创新科研机制的支撑。现在几所院校都在各自领域研发自己的东西,设备要自己设计,软件要自己开发,材料要自己去弄,工艺要自己研究,都很费劲,发展很慢。卢秉恒院士强调,我国的3D打印研发机构应该各有分工,互助互补。

  国务院发展研究中心产业经济部王忠宏等学者,系统调研了国内3D打印产业的现状后提出,3D打印产业的发展需要完善的供应商和服务商体系及市场平台。

  在供应商和服务商体系中,包含工业设计机构、3D数字化技术提供商、3D打印机及耗材提供商、3D打印设备经销商、3D打印服务商;市场平台包含第三方检测验证支持、金融支持、电子商务、知识产权保护等支持。

  而目前国内的3D打印企业的产业整合度较低,主导的技术标准、开发平台尚未确立,技术研发和推广应用还处于无序状态。

  他们还认为,3D打印技术更需要教育培训和社会推广。目前,中国多数制造企业尚未接受数字化设计、批量个性化生产等先进制造理念,对3D打印这一新兴技术的战略意义认识不足。一般企业购置3D打印设备的数量非常有限,应用范围狭窄。

  此外,在机械、材料、信息技术等工程学科的教学课程体系中,缺乏与3D打印技术相关的必修环节,还停留在部分学生的课外兴趣研究层面。

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