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工业级3D打印设备掀起智能制造革命

未知 2019-07-05 11:40

  随着3D打印技术的深入,目前已有上汽、大众等部分整车企业联合零部件企业制作汽车内外饰件的3D产品。这说明制造商们已经开始接受3D打印技术。如果政府能够协助行业建立一个有效平台,把高校、企业与零部行业联合,则可以快速有效推动3D打印技术在零部件行业的应用与发展。

  据宇博智业市场研究中心了解,尽管3D打印前途光明,但仍是一条充满挑战的创新之路。设计师需要极高的想象力。同时,市场的供应链条也将受到挑战:交付周期、设计策略每一个环节都必须尽善尽美。而3D打印市场也将不可避免地走向个性化,如何利用定制和本地资源,将成为3D打印成功的关键。

  3D打印服务企业无疑会较快地带来收益。因为应用推广期间,本质上是一个市场创造的过程。下游企业出于风险的考虑,不会贸然采购设备,改变已有的制造流程。因此,需要专业的3D打印服务商提供服务,除了产品的直接打印制造之外,还包括CAD模型辅助设计服务,模具开发制造等。

工业级3D打印

  3D打印即将迎来3.0时代

  中国3D打印联盟创始人罗军罗军提出一个新概念,即3D打印3.0时代。他认为,第一代3D打印主要以模型、模具打印以及快速制造为主,第二代3D打印发展到能够打印出高精度的功能性产品。而第三代3D打印,即3D打印3.0,则将与物联网、大数据等先进技术相结合,并成为智能制造平台上的某个部分。

  目前整个行业仍处于第二代3D打印阶段,至少还需要5年时间才能过渡到第三代。

  罗军认为,在以先临三维为代表的萧山3D产业企业中,已出现了这种融合趋势,这也是为何把此次会议放在萧山的关键因素。

  总部位于萧山的先临三维公司,2014年8月8日正式在新三板挂牌上市,成为中国以三维数字化与3D打印产业为主营业务的第一股,也成为浙江工业与3D打印技术融合的旗帜。

  据悉,该公司提出了要成为中国3D领军企业的目标,而公司董事长李诚也透露,先临三维的商业模式也比较好,既提供专业三维扫描及3D打印装备,也开设运营3D打印服务中心。

  3D打印首个国家计划出台

  中国工信部、财政部等2月28日印发《国家增材制造产业发展推进计划(2015-2016年)》,提出到2016年,初步建立较为完善的增材制造(又称3D打印)产业体系,产业销售收入实现快速增长,年均增长速度30%以上,整体技术水平与国际同步。

  工信部称,特别在航空航天等直接制造领域,3D打印将达到国际先进水平,在国际市场上占有较大的市场份额。在世界3D打印技术产业联盟秘书长罗军看来:该《计划》对3D打印行业最主要的影响是增加了大家的信心,之前3D打印都是民间自发推动,现在上升到了政府层面,表达了政府高层及产业主管部门对3D打印行业的认可和重视。

  《计划》要求,在产业化方面,3D打印产业销售收入要实现年均增速30%以上的快速增长,形成2-3家具有较强国际竞争力的3D打印企业。在行业应用上,3D打印要成为航空航天等高端装备制造及修复领域的重要技术手段,初步成为产品研发设计、创新创意及个性化产品的实现手段以及新药研发、临床诊断与治疗的工具,在全国形成一批应用示范中心或基地。

  发展基本原则为重点突破和统筹推进相结合。结合重大工程需求,在航空航天等涉及国防安全及市场潜力大、应用范围广的关键领域和重要产业链环节实现率先突破。兼顾个性化消费、创意产业等领域,形成产品设计、材料、关键器件、装备、工业应用等完整的产业链条。

  同时,《计划》提出将大力推进应用示范,包括着重解决金属材料3D打印在航空航天领域应用问题,在具备条件的情况下,在国防军工其他领域予以扩展;以及完善个性化3D打印医疗器械在产品分类、临床验证、产品注册、市场准入等方面的政策法规。

  在政策措施方面,《计划》提出要加强统筹协调、加大财税支持力度、拓宽投融资渠道、加强人才培养和引进,以及扩大国际交流合作等五项措施。值得注意的是,《计划》明确要鼓励符合条件的3D打印企业通过境内外上市、发行非金融企业债务融资工具等方式进行直接融资。

  其中,在加大财税支持力度方面,包括通过国家科技计划(基金、专项等)支持3D打印技术的研发工作,在智能制造装备有关领域的专项中研究支持3D打印发展的政策等。在拓宽投融资渠道上,包括采取政策引导和市场化运作相结合的方式,吸引企业、金融机构以及社会资金投向3D打印产业。引导银行业金融机构加大对3D打印产业的信贷支持力度,支持融资担保机构对3D打印企业提供贷款担保等。

  3D打印技术进入智造领域

  事实上,就全球3D打印行业来说,小而散的格局并没有得到新改变,规模效应上还没有实现真正突破。坦白地说,市场上至今为止尚未出现行业巨头或者是龙头企业,谁将会填补这一空白,值得各方期待。罗军说。

  虽然现状如此,但世界各国仍十分看好3D打印行业的潜力,称之为朝阳行业,并开始纷纷进行战略性布局。

  比如,美国提出要将3D打印作为制造回归的重要技术,而德国、英国、日本等国家也都随后跟进,而在国内,国家层面的3D打印推进计划也即将出台。

  李诚则认为,从长远看,3D打印是一种新型的制造技术,今后的制造将是按需制造、分布式制造、个性化制造、智能化制造,而不是现在集中、规模化制造。

  先临三维科技副总黄贤清认为,3D打印在工业智造领域至少有三层应用。

  一是军工领域,比如飞机某些部件要求轻量化,用3D打印能一次成型。

  二是普通工业,目前更多用于新产品开发,模具制作的时间从两个月一下子压缩到两天。目前仅在萧山就有50多家汽车零部件生产企业、五金配件生产企业和军工零件生产企业成为其客户。

  三是个性化定制。以规模、批量主导的传统制造盈利模式在倡导个性工业领域的今天将显得暗淡无光。比如汽车方向盘可根据不同人的使用习惯以及特殊要求来一对一定制,这在传统工业靠批量生产取得规模效益的模式下就很难实现。

  工业级3D打印将如何施展拳脚?

  如今,增材制造(AdditiveManufacturing,也被称为工业级3D打印)已经引发了广泛和热烈的讨论。在当代,一种生产工艺引发热议的情况非常罕见。

  这种热情之所以如此广泛地传播,是因为年轻创业者和行业巨头们一样,纷纷接纳增材技术。这项技术让零部件和产品生长出来,而不是(通过机器加工)减去原材料。

  从维秘天使的翅膀,到颅骨损伤患者的颅骨板植入物,再到飞机涡轮喷气发动机的高科技喷嘴,增材制造的应用范围和吸引力毋庸置疑。亲自使用这项技术的人能够学会制造出独特的东西,无论他们是工程师还是艺术家。而且,他们可以在当地服务处、家中、实验室或者办公场所以非常快的速度和较低的成本把东西制造出来。

  这就是通过激光、电子束和其他方法实现的增材制造、工业级3D打印和所有变体将带来巨大商业变革的原因所在!

  我们迎来了重大的机遇,可以得到经过价值工程设计的、功能更多的产品。我们在从消费到医疗的所有市场上都看到了这一点,我们的客户正在缔造新的商业类别。

  而且,这类创新可以真正地出现在世界上的任何地方,从而推动国内生产和国内消费。除了发挥经济支柱作用的可能性以外,增材制造现在还意味着在哪里销售就在哪里生产:按照当地需求以需要的数量进行生产,彻底改变供应链经济。

  增材制造使更多的价值功能(人们希望产品能够做到的事情)融入单一的部件中。这在商业和制造方面具有重大意义,我们不妨拭目以待。

  部件整合是工业界30年来的梦想。所谓的部件整合,是指把一款产品的各个部件整合成数量更少、功能更多的部件和装配件,从而降低成本、提高质量。为了执行部件整合策略,注塑塑料是最初选中的材料,那个行业正在迅猛增长。加工机械也更加努力地将一块块材料裁减成数量更少、更加复杂的形状。

  如今,增材制造不仅可以使用大部分的普通材料、塑料和金属,还近乎完美地实现了那种整合。由于增材制造采用层叠方式来使产品生长,因此它能制造出有机的形状,提供更多的功能和更大的价值。构思产品,在设计时遵循重力和信息存取的原理,测试产品的必要优点,然后制造出来即可。

  就工业的下一代商业模式而言,增材制造改变电子仓储和及时交货的能力按照需求量生产零部件,一次一个或者一次十多个简直令人叫绝。现在,50年旧拖拉机的一次性零部件可以更加经济地生产出来。扫描旧零件无需昂贵模具然后一夜之间就使之生长而成!并且何不趁此机会进行优化以减少装配人员、减轻重量呢?这就是增材制造的新效益真正开始形成的地方。

  嵌入互补工作单元、遍布世界各地的增材制造,使企业可以避免庞大的资本投入、材料和库存的堆积、远距离的运输、汇率的问题和对本地化的要求。如果一款成功产品应该加大产量,那就可以通过使用传统的制造方法来扩大生产规模,而且设计方面的风险会大大降低。

  另外,正如很多年轻创业者和大公司发现的那样,增材制造/3D打印设计构成独特的知识产权。现在,更多的人有机会从小做起,并测试他们的目标市场。

  前方也有挑战。设计师需要根据纯粹的价值功能想象出形状。这也将改变供应链他们如何做好准备,弄明白新的交付周期,并制定设计策略。其中很多都已就绪。增材制造是媒介,有助于高管、工程人员和重要供应商之间实现更好的协作。

  要知道,增材制造已经被用于生产航空航天和其他领域的高端零部件。其质量正日益变得稳定可靠,可以与加工、制模和铸造的传统生产方法相媲美。

  随着争论的焦点转向全球化与国内生产,增材制造就二者如何共存的问题给出了不同的答案。让产品迎合个人口味是大势所趋,增材制造在这方面做得很好。凭借批量定制和利用本地经济的能力,增材制造/3D打印拥有巨大的商业和盈利空间,这一点正变得日益明显。

  3D打印技术发展前景展望

  近年来已经有不少国内企业开始涉足3D打印机生产。而由于国内3D打印行业刚刚起步,目前仅有几家公司在从事3D打印机研发制造,并且规模相对较小、技术水平也和国外企业有一定差距。业内人士表示,国内3D打印企业发展的首要前提是形成一个完整的产业循环。

  3D打印最大的优势在于较高的产品精度以及生产效率,并且整个打印过程无需实时操作从而大大降低了人工费用,但是专业级3D打印机价格较为高昂,少则几十万多则几百万,同时材料的成本也不低,再加上材料无法循环利用,这些都是让企业望而却步的原因。

  尽管3D印刷是最近新兴的技术,但他却对很多行业的经营方式和我们生活的方方面面产生了一定影响,而且还将触发新一轮的工业革命。这听起来似乎有些危言耸听,但以下这些事实也许会让你意识到3D印刷对企业、消费者和全球经济所产生的巨大影响。

  减少环境污染

  传统制造业往往是污染和浪费的代名词,而3D印刷则能有效地减少制作过程中所产生的垃圾和二氧化碳,从而给环境带来积极的影响。

  除了可以减少材料浪费外,由于3D印刷基本都是按需取材,使用的材料主要有塑料长丝、金属粉末或碳纤维等,甚至还有一些采用熔融沉积造型技术的打印机可利用可降解塑料来进行生产。因此大大减少了材料浪费。除此之外,3D印刷技术可以让人们更方便地生产出替代零件,从而延长整个产品的使用寿命,避免其在出现零件故障的时候就被扔掉。

  同时,以前很多产品都需要跨越千山万水才能到达最终目的地。而有了3D印刷技术之后,这些产品的生产和装备工作都可以在当地完成。人们只需要运输原材料就可以了,而且这些原材料所占的空间要远远小于成品。

  这一切看上去都那么美好,但有研究表明,3D打印机本身也存在着一些不够环保的因素。比如一台3D打印机通常会浪费40%~45%的墨水。如果打印机用完后没有及时关闭,也会耗掉比平时更多的电。随着3D打印机的普及,打印机制造商也应该想办法让更多消费者了解到该如何解决这些问题。

  创造新的艺术媒介

  目前,选择用手工方式来进行艺术创作的人已经越来越少。而3D打印机的出现则为人们带来了一种新的现代艺术形式。比如美国艺术家约书亚哈克就曾在2014纽约3D打印展上展出过自己的3D打印镂空雕刻系列作品。

  此外,3D打印机还可以用来复制世界名品,让更多的人欣赏到艺术大家的作品。位于荷兰首都阿姆斯特丹的梵高艺术馆就与富士胶片公司合作复制了一大批梵高的画作。

  实现教育创新

  日前,3D打印机制造商Makerbot宣布推出一个名为Makerbot学院的众筹计划,旨在为美国的每一所学校都提供一台3D打印机。该公司首席执行官布雷佩蒂斯表示:这将改变我们的孩子对创新和制造技术的看法。

  此外,Makerbot还计划将其创新中心逐步引入美国高校。2014年2月13日,美国第一个创新中心在美国纽约州立大学成立。该中心配备有30多台3D打印机和几台3D扫描仪,这为当地学生和居民接触3D打印技术开辟了一条道路。

  实现太空打印

  3D印刷技术的一项重要应用就是能够生产宇航员在太空中使用的零件及其他物品。它还有助于加快国际空间站的建设速度。为了解决这些问题,由一群3D打印爱好者组成的空间制造公司与美国宇航局的马歇尔航天飞行中心合作推出了一款适用于太空的3D打印机。这款打印机可以在失重的情况下生产零件,从而使宇航员在太空中的工作和生活变得更加自给自足。

  值得一提的是,一位工程师还在美国宇航局的资助下设计出了一款能够打印食品的3D打印机,据说这样生产出的食物会比冻干的食品更适合宇航员食用。

  掀起制造业革命

  大批量生产对3D印刷技术来说是一项艰巨的挑战,但随着高产型打印机的涌现和技术的不断进步,3D打印机正在以下领域与传统制造技术一决高下。食品。一切液体或粉末状的食品都可以用3D打印机来进行生产,所以印刷食品会成为将来的一个热门话题。军队。军工用品通常都是定制的,而且经常要更新换代。目前市场上已经出现了3D打印的枪支,而这项技术在军队的全面应用也只是一个时间问题。电子。电子产品的尺寸、形状和所用材料决定了它将成为3D印刷技术最容易攻下的一座城池。玩具。家用3D打印机和开放的设计资源将改变孩子们的游戏方式。

  汽车。3D印刷技术已经在汽车制造业得到了广泛应用。福特公司就宣布正在用3D印刷技术来测试零件。高端和小型的汽车公司也将从中受益,因为3D印刷技术可以有效提高任何一家公司生产零件的效率。

  重塑医疗保健行业

  生物印刷是3D印刷发展最快的一个领域,这项技术可以通过喷墨打印机生产出活性组织。以美国知名的生物科技公司Organovo为例,该公司不但在2014年实现了人体肝组织的商业化3D印刷,而且还与美国国家眼科研究所和美国国家转化科学推进中心合作,研究眼组织的打印课题。

  相关研究人员表示,他们已经找到了一种更有效地制造细胞的方法。这种名为细胞块打印的技术能将细胞的存活率从现行方法的50%~80%提高到100%。所有这些都引起了人们对3D打印复杂器官的浓厚兴趣,但由于此项目涉及道德、伦理和政治等诸多问题,因此势必会引起人们的激烈争论。

  改变家庭生活方式

  每个人都希望自己的家庭生活能够变得更为便利,而家用3D打印机也在变得越来越小巧,越来越便宜。人们可以用这类打印机制作自己喜欢的珠宝、家居用品、玩具、工具和各种尺寸、形状或颜色的物品。

  此外,人们还可以用3D打印机在家生产家用电器的零件,从而缩短订购和等待的周期。据市场研究公司战略分析预测,全球家用3D印刷市场的产值将在2030年达到700亿美元。了解更多请查阅中国报告大厅发布的中国3D打印市场发展趋势与行业投资研究报告

  进入不发达地区

  即便是最基础的产品,发展中国家也往往与全球供应市场存在差距,但3D印刷则能将发展中国家带入到全球化的发展进程中来。以位于奥斯汀的re:3D公司为例,该公司曾在2013年5月推出了一款适合发展中国家消费者使用的经济型工业级3D打印机。目前,这款产品已经开始在拉丁美洲进行推广,而且在当地政府的大力支持下,Gigabot还将被用在智利的很多项目中,比如3D服装生产以及用可回收材料进行打印试验等。

  3D印刷技术还可以通过与3D印刷研究者的合作给发展中国家带来帮助。例如,很多发展中国家对假肢的需求量很大,但又不具备独立生产的能力。一位加拿大教授借助3D打印技术发明了一种假肢,具备正常人手约80%的功能,很多乌干达的残疾人现在都享受到了这种假肢带给他们的便利。

  影响全球经济

  3D印刷业将对全球经济产生深远影响。麦肯锡全球研究院在其发布的一份报告中指出,3D打印将对全球经济产生颠覆性的影响,它将显着缩短新产品的开发周期。将有越来越多的公司在采用新技术或开发新产品的过程中重视客户的反馈和设计意见。3D印刷业也将减少新产品投入市场的成本,从而让小型企业获得更多的市场机会。

  3D技术在中国的增长速度与在美国和欧洲几乎没有差别。2013年6月,中国推出了一款据称是当时世界上最大的3D打印机,直径有1.8米长。3D技术的出现将促进各国实现本土化生产,并对中国的生产制造业形成一定的冲击。

  引发知识产权危机

  现在,人们很容易就能在网站上找到3D印刷设计图纸,这看起来似乎很容易,但免费的设计势必会引起大量的知识产权问题。由于大多数设计都没有申请专利保护,因此可以被任何人复制或销售,而一项花费了巨额成本设计出来的物品也可以更便宜的价格进行复制和销售。由此可见,由3D印刷技术引发的知识产权危机将成为3D印刷业亟待解决的一个难题。

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