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回顾2013科技圈:3D打印元年

关键词 3D打印 , 装备制造业|2014-01-14 09:10:52|来源 OFweek 激光网
摘要 热词也就是热门词汇。热词作为一种词汇现象,反映了一个国家、一个地区、一个行业在一个时期人们普遍关注的、媒体反复提及的问题和事物。具有时代特征。回顾2103年中国在TMT领域各种风起...
       热词也就是热门词汇。热词作为一种词汇现象,反映了一个国家、一个地区、一个行业在一个时期人们普遍关注的、媒体反复提及的问题和事物。具有时代特征。

       回顾2103年中国在TMT领域各种风起云涌,以下为有一定代表性的科技热词,或许可以以管窥豹,以点带面,从另外一个角度再看一眼2013。

       仔细观察这些热词,会发现2013年也是这些热词的“元年”,这是热词之所以成为热词的原因,也意味着这些词并非昙花一现,而将产生较持有的影响力。

       3D打印:3D打印元年。

       3D打印其实与印刷无关。

       3D打印的概念其实早就存在,但之所以成为中国科技界2013年的关键词,起源于2013年1月,北京航空航天大学王华明教授在相关领域获得国家科学技术发明奖一等奖(为飞机打印钛合金零件的技术)。

       中央政治局集体学习,请专家专门讲解3D打印。

       在世界领域则是因为这一年3D打印机和服务开始成规模应用,被预料将给很多行业带来了革命性的变化,如航空、医疗、汽车,甚至珠宝、服饰、火器,哪怕是吃的比萨,3D打印无所不包。

       无论是跨国公司还是DIYer。3D打印给了他们一种更快、更便宜、更方便的工具,来制造新的设备,实现新的想法。

       3D打印的革命性还体现在,它有可能带来商业模式和生产方式的变革。

       863计划为3D打印指明四大方向

       科技部于2012年4月公布了《国家高技术研究发展计划(863计划)、国家科技支撑计划制造领域2014年度备选项目征集指南》(以下简称《指南》),其中包括了近来火热的3D打印产业。业内分析人士表示,这个《指南》充分体现出国家层面对3D打印的重视程度,对国内的3D打印产业是个利好消息。

       《指南》中指出,要聚焦航空航天、模具领域的需求,突破3D打印制造技术中的核心关键技术,研制重点装备产品,并在相关领域开展验证,初步具备开展全面推广应用的技术、装备和产业化条件。

       《指南》中还着重列出了如下4个研究方向:

       第一、面向航空航天大型零件激光熔化成型装备研制及应用(国拨经费控制额不超过1000万元,前沿技术研究类),针对航空航天产品研制(试制)过程中单件、小批量需求,研制适合钛合金等难加工零件直接成型的大型零件激光熔化成型装备,台面2米×2米,制件精度控制在±1%以内,堆积效率达300cm3/h以上。制定相关工业技术标准,并在航空航天产品研制零部件制造中进行应用。

       第二、面向复杂零部件模具制造的大型激光烧结成型装备研制及应用(国拨经费控制额不超过1000万元,前沿技术研究类),针对复杂零部件模具快速制造的需求,研制适合制造蜡模、蜡型、砂型制造,以及尼龙等塑料零件制造的大型激光烧结成型装备,台面2米×2米,制件精度控制在±0.1%以内,堆积效率达1000cm3/h以上。制定相关技术标准,并在汽车、模具等行业产品研制中得到应用。

       第三、面向材料结构一体化复杂零部件高温高压扩散连接设备研制与应用(国拨经费控制额不超过1000万元,前沿技术类),针对结构复杂、性能要求高、连接难度大等复杂零部件加工的需求,研制材料结构一体化复杂零件高温高压扩散连接设备和工艺,工作加热区域尺寸Φ1000mm×1000mm以上,并在航空航天产品的研制中开展应用。

       第四、基于3D打印制造技术的家电行业个性化定制关键技术研究及应用示范(国拨经费控制额不超过1000万元、企业牵头申报,应用开发与集成示范类),针对家电行业个性化定制迫切需求,结合以3D打印制造技术为核心的数字制造技术带来的制造变革,研究3D打印个性化零件设计技术、个性化定制模式、定制业务协同引擎、交互门户、运行平台等技术,开发个性化定制管理平台,并基于3D打印制造装备为终端用户提供个性化定制服务,在应用示范期内销售经济收入不少于3000万元。

       《指南》的发布,再一次让业内看到了国家坚定支持3D打印产业的态度。3D打印技术入选"863计划",特别是国家拨款经费支持产业的研究和发展,这对于改变国内3D打印企业规模小、散乱以及投资有限的格局将起到非常重要的推动作用。

       中国3D打印产业化分析及发展的意义

       3D打印(3D printing)是制造业领域正在迅速发展的一项新兴技术,被称为“具有工业革命意义的制造技术”。3D打印机依托多个学科领域的尖端技术,在航空航天、汽车摩托车、家电、生物医学等领域得到了一定应用,发展前景广泛。运用该技术进行生产的主要流程是:应用计算机软件,设计出立体的加工样式,然后通过特定的成型设备(俗称“3D打印机”),用液化、粉末化、丝化的固体材料逐层“打印”出产品。

       3D打印是“增材制造”(Additive Manufacturing)的主要实现形式。“增材制造”的理念区别于传统的“去除型”制造。传统数控制造一般是在原材料基础上,使用切割、磨削、腐蚀、熔融等办法,去除多余部分,得到零部件,再以拼装、焊接等方法组合成最终产品。而“增材制造”与之截然不同,无需原胚和模具,就能直接根据计算机图形数据,通过增加材料的方法生成任何形状的物体,简化产品的制造程序,缩短产品的研制周期,提高效率并降低成本。

       主要材料和关键配件是原材料(粉末、树脂、线材等),激光发生器,控制系统,这三部分是附加值最高的,国内做的3D打印,更多的是在做组装机器和成型软件,用量较大的粉末材料,这可以颠覆传统的铸造、机械加工;国外的主要厂商是3D System,STRATASYS,eos,他们是全产业链,玩转的基因是全产业链通。

       中美差异在于,中国的市场潜力巨大,世界第一,但是创新和科技实力弱,材料、信息技术、理念这些不利于3D打印的上游技术发展。3D打印发展,工业、消费品并重,短期来看,工业市场更吸引人。3D打印工艺众多,产成品率按照材料和质量要求不同而不同,3D打印与传统制造的比较更多应在效率、复杂、难度上面。

       目前3D打印工业机的价格在30万美元-150万美元,而国内的机床价格普遍在10万美元以下,3D打印机是机器,这个产业要替代传统需要等到钢材价格、人工成本、能源价格大幅上涨,信息化社会形成的时候才可以谈竞争;目前来讲,医疗、教育、航空航天、军工、汽车等应用发展趋势较好。

       一些中小企业成为国外3D打印设备的代理商,经销全套打印设备、成型软件和特种材料。还有一些中小企业购买了国内外各类3D打印设备,专门为相关企业的研发、生产提供服务。其中,广东省工业设计中心、杭州先临快速成型技术有限公司等企业,设立了3D打印服务中心,发挥科技人才密集的优势,向国内外客户提供服务,取得了良好的经济效益。

       目前,我国已有部分技术处于世界先进水平。其中,激光直接加工金属技术发展较快,已基本满足特种零部件的机械性能要求,率先应用于航天、航空装备制造;同时,生物细胞3D打印技术取得显著进展,已可以制造立体的模拟生物组织,为我国生物、医学领域尖端科学研究提供了关键的技术支撑。

       专家方面,清华大学的颜永年,华科大的史玉升,西交大的卢秉恒,北航的王华明,湖南华曙的许小曙,技术不一样,排名没有价值。目前王华明、颜永年参与了上市公司产业化,华科大曾经有深圳创投介入,西交大资本化较弱。

       从国内整个产业链来讲,技术基本是看了国外的,在国内高校研发,进行产业化,SLM\SLS\SLA\FDM技术在国外都有竞争力,但是材料、激光器需要进口,利润较薄,高端机器和材料上还是国外垄断,国内市场在全球份额在8-10%。

       发展3D打印产业,可以在提升我国工业领域的产品开发水平的同时有助于攻克技术难关,并且易形成新的经济增长点,促进就业。

       当前,全球正在兴起新一轮数字化制造浪潮。发达国家面对近年来制造业竞争力的下降,大力倡导“再工业化、再制造化”战略,提出智能机器人、人工智能、3D打印是实现数字化制造的关键技术,并希望通过这三大数字化制造技术的突破,巩固和提升制造业的主导权,加快3D打印产业发展,推动我国由“工业大国”向“工业强国”的转变。

       发展3D打印产业,可以提升我国工业领域的产品开发水平,提高工业设计能力

       传统的工业产品开发方法,往往是先开磨具,然后再做出样品,而运用3D打印技术,无需开磨具,可以把制造时间降低为以前的1/10到1/5,费用降低到1/3以下。一些好的设计理念,无论其结构和工艺多么复杂,均可利用3D打印技术,短时间内制造出来,从而极大地促进了产品的创新设计,有效克服我国工业设计能力薄弱的问题。

       发展3D打印产业,可以生产出复杂、特殊、个性化产品,有助于攻克技术难关

       3D打印可以为基础科学技术的研究提供重要的技术支持。在航天、航空、大型武器等装备制造业,零部件种类多、性能要求高,需要进行反复测试。运用3D打印,除了在研制速度上具有优势外,还可以直接加工出特殊、复杂的形状,简化装备的结构设计,化解技术难题,实现关键性能的赶超。

       发展3D打印产业,可以形成新的经济增长点,促进就业

       随着3D打印的普及,“大批量的个性化定制”将成为重要的生产模式。3D打印与现代服务业的紧密结合,将衍生出新的细分产业、新的商业模式,创造出新的经济增长点。

       如自主创业者可以通过购置或者租赁低成本的3D打印设备(一些3D打印设备已低于1万元),利用电子商务等平台提供服务,为大量消费者定制生活用品、文体器具、工艺装饰品等各类中小产品,激发个性化需求,形成一个数百亿甚至数千亿元规模的文化创意制造产业,并增加社会就业。
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