【我国3D打印发展简史与现状】 1990年,华科王运赣教授在美国参观访问时接触到了刚问世不久的快速成型机。最初,王运赣教授想从最早出现的基于光敏树脂原料的光固化立体成型技术做起。然而,液态光敏树脂材料价格太高,华中科技大学的快速制造中心,转攻以纸为原料的分层实体制造技术(LOM)。1991年,华中科技大学(当时的华中理工大学)在时任校长、已故著名机械制造专家黄树槐的主持下,成立快速制造中心,研发基于纸材料的快速成型设备。1994年,华中科技大学快速制造中心研制出国内第一台基于薄材纸的 LOM样机,1995年参加北京机床博览会时引起轰动。LOM技术制作冲模,其成本约比传统方法节约1/2,生产周期也大大缩短。 1992年,西安交大卢秉恒教授(国内3D打印业的先驱人物之一)赴美做高级访问学者,发现了快速成形技术在汽车制造业中的应用,回国后随即转向研究这一领域,1994年成立先进制造技术研究所。1995年9月18日,卢秉恒教授(现为中科院院士)的样机在国家科委论证会上获得很高的评价,并争取到“九五”国家重点科技攻关项目250万元的资助。1997年,卢秉恒团队卖出了国内第一台光固化快速成型机。 我国的3D打印起步并不晚,像彦永年、王华明、王运赣、史玉升、卢秉恒等教授都是早期就加入研究的先驱。总体而言,我国在核心技术有先进的一面,但在产业化方面,发展还稍显滞后。 经过20多年的发展,这个产业,美国、以色列、德国领跑全球,中国跟随其后。在我国,北京江苏湖北深圳西安基础不错,处于国内前列。目前,我国有40多家3D打印企业,如北京隆源、深圳普力得科技、武汉滨湖机电、长沙华曙高科、南京紫金立德、宝岩自动化、西安铂力特等等。拿出产品的有近10家,其中,产量过百台的仅4家,而拥有核心技术的,那就更少了。据深圳普力得科技资深工程师张维忠先生介绍,我国的3D打印产业,整体面临核心环节对外依赖,耗材技术滞后等重大制约问题。硬件方面,自动化控制系统方面与国外相比还有较大的差距,运行稳定性有待提高。软件方面,与国外亦有很大差距。3D打印“打印”是表象,核心在软件。软件之于3D打印机,好比大脑之于人。缺了软件,设计师灵感再多,变不成模型,打不出实物。作为3D打印支撑技术的软件系统,现为美国、以色列几家大公司控制,国内近乎空白。市场方面,3D打印需求九成在欧美,全球行业集中度极高,欧美两家龙头企业已占七成份额。过度依赖外需,内需启动缓慢,使国产3D打印产业生存现状不容乐观。从核心技术、应用材料到市场渠道,我国3D产业链与国外差距还很大。 总体来说,理想很丰满,现实很骨感。理论上讲,能够设计或想象出来的东西,全部能打印出来。相信在未来,3D打印确实能改变几乎整个制造业。但现在,3D打印技术及其产业还很不成熟,任然处于“拓荒阶段”, 替代不了传统制造业。深圳普力得科技有限公司总务部经理区宝明女士认为,目前3D打印技术具有制造物体周期需求短、适应单件个性化需求、在大型薄壁件、蜂窝状复杂结构部件、钛合金等难加工、易热成形零件制造方面具有较大优势。但也只是对传统工艺的补充,是“锦上添花”的技术。目前,3D打印技术存在着制造成本高,制造效率低,制造精度尚不能令人满意,工艺与装备研发不充分,尚未进入大规模工业应用等方面的问题。因此,不能把3D打印万能化,更革不了传统制造业的命。什么“打印飞机”、“打印汽车”,都不靠谱,只是打个模型。现今的3D打印技术还不能打印超过1000个零部件的东西,打印材料昂贵而且有限,打印尺寸也受限制,打印出的东西,在机械强度、电气属性等暂时都无法与传统制造业相抗衡。现今,3D打印技术只有跟传统制造业改造与提升相结合,才有更大生存空间。 【3D打印主流技术】 目前全球3D打印机形成四大流派,即熔融堆积、叠层堆积、粉末堆积、激光成型。它们都用软件设计三维图,再用塑料、金属、树脂等耗材,逐层累积“打印”三维实物。 1,熔融沉积成型(Fused deposition modeling,简称FDM),可利用热塑性材料,金属、可食用材料等进行成型制造; 2,选择性激光烧结(Selective laser sintering,简称SLS),这种技术得用的材料为热塑性塑料,金属粉末,陶瓷粉末等; 3,薄材成型(Laminated object manufacturing,简称LOM),举个例子,把一张张的纸铺上去累积而成的模型,当然金属膜,塑料膜也可以; 4,光固化(Stereolithography,简称SLA),可利用的材料是光敏树脂等聚合物。 【3D打印发展瓶颈】 3D打印技术可以使用很多种材料,如ABS塑料、PLA、尼龙、玻璃填充聚胺、光固化材料、银、钛、钢、蜡、干膜和聚碳酸脂。3D打印始于塑料材料,但是如今打印材料品种繁多,不断增加,包括陶瓷、食物、玻璃,甚至人体组织。 巧妇难为无米之炊,材料限制是目前3D打印行业的最大瓶颈。可使用材料有限不说,材料价格也是一大阻碍。例如,3D打印使用的塑料原料成本为$60 - $425/千克(2.2磅),而传统注塑工艺使用相同量的材料只需$2.40-$3.30。20虽然对原型或小批量生产来说,较高的成本不是什么问题,但是对于大批量生产来说就显得很不经济。如果将来在耗材上有非常大的突破,3D打印必然迎来井喷期,发展高歌猛进,那时候,只怕真要革命了! 大众消费者专业操作技术的匮乏和机器的高造价,核心环节对外依赖,市场认知度低,加之产业链发展不全面,创业大师们在市场运作推广方面也无典范杰作可循。这也促成资本市场伸长脖子,踮起脚尖,却望而止步。如此情形,没了LED的大跃进,却又多了3D打印的噱头,少了行业高歌猛进的风头。 当然,发展中的问题要在发展中解决。当年的大哥大如此,后来的互联网亦如此。危中有机、机中有危,历史不会停止,因为瓶颈就是用来突破的,就想世界纪录就是用来被打破的一样。【余亿万】
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