摘要 20世紀80年代后期,3D打印機的橫空出世,開啟了增材制造新時代。近年來,借著新一輪科技革命和產業變革的東風,3D打印步入快速發展期。世界各國紛紛將其作為未來產業發展新的增長點加以...
20世紀80年代后期,3D打印機的橫空出世,開啟了增材制造新時代。近年來,借著新一輪科技革命和產業變革的東風,3D打印步入快速發展期。世界各國紛紛將其作為未來產業發展新的增長點加以培育,如2012年美國將“增材制造技術”確定為首個制造業創新中心(后更名為“美國制造”),歐盟、日本、韓國、新加坡、俄羅斯、南非、印度等國也通過各種措施推進3D打印產業發展。我國的3D打印技術與世界先進水平基本同步,但產業化仍處于起步階段。未來,3D打印將朝著速度更快、精度更高、性能更優、質量更可靠的方向發展,成為一股強大的科技力量。趨勢一:桌面級市場已陷入“紅海” 掘金工業級正當時
近幾年,桌面3D打印機“叫好又叫座”,銷量呈現大幅增長,而工業級3D打印機則略顯慘淡。根據大數據公司CONTEXT的數據,2015年全球桌面3D打印機銷量增長了33%,工業級3D打印機則下降了9%;2016年上半年全球桌面3D打印機同比增加15%,工業級3D打印機卻減少15%。桌面3D打印機門檻低、設計簡單,是企業進軍3D打印領域的較好入口。但經過多年的發展,桌面級市場競爭已近“白熱化”,加之利潤小、精度低、實用性不佳,天花板效應明顯。
而工業級市場契合了智能制造的理念,可廣泛運用于汽車、航空航天、機械工業、醫療等市場需求大、發展潛力大的領域,隨著技術的逐漸成熟和成本的不斷降低,將會爆發出難以想象的巨大能量。
2015年底,全球3D打印巨頭3D Systems公司宣布停產消費級桌面3D打印機,轉向更賺錢的專業級和工業級市場;2016年初,國內3D打印技術大咖西通電子在珠海宣布全面進軍工業級3D打印領域。
趨勢二:金屬3D打印領域快速發展 應用端空間漸打開
金屬3D打印被稱為“3D打印王冠上的明珠”,是門檻最高、前景最好、最前沿的技術之一。同樣來自CONTEXT發布的數據,2015年全球金屬3D打印機銷量增長了35%,2016年上半年同比增長17%,可以說是工業級3D打印領域逆勢上漲的一朵“奇葩”。在汽車制造、航空航天等高精尖領域,有些零部件形狀復雜、價格昂貴,傳統鍛鑄工藝生產不出來或損耗較大,而金屬3D打印則能快速制造出滿足要求、重量較輕的產品。
2015年11月,奧迪公司使用金屬3D打印技術按照1:2的比例制造出了Auto Union(奧迪前身)在1936年推出的C版賽車的所有金屬部件;2016年9月,GE斥資14億美元收購了瑞典Arcam公司和德國SLM Solutions集團兩大金屬3D打印巨頭,加快布局3D打印航空發動機零部件業務。此外,醫療器械、核電、造船等領域對金屬3D打印的需求也十分旺盛,應用端市場正逐漸打開。
趨勢三:3D打印產業化還需時日 “增”“減”制造長期共存
3D打印采用增材制造技術,是對以“減材制造”“等材制造”為基礎的傳統制造業的創新與挑戰,但并不是非此即彼的關系,而是并存互補的關系。
從歷史看,傳統制造業經過了幾千年的積累和發展,技術、工藝、材料等已經非常成熟,而3D打印則是一個新生事物,只有30多年的發展歷程,在速度、精度、強度等方面還有諸多限制。
從現狀看,當前3D打印市場份額十分有限,專業咨詢機構Wohlers Associates發布的數據顯示,2015年全球3D打印市場規模為51.65億美元,至2020年將達到212億美元,而這與數十萬億美元的制造業市場相比,還微乎其微。
相比傳統制造,3D打印研發周期更短、用料更省,在小批量、個性化定制等方面優勢明顯,但在大規模生產方面存在著許多不足之處。增材制造雖然不能完全替代減材制造、等材制造,但作為傳統制造技術的有益補充,3D打印將極大地推動制造業的轉型升級。
趨勢四:產品生產方式加速變革 “整”“分”制造攜手共進
3D打印是“工業4.0”時代最具發展前景的先進制造技術之一,它從兩個方面改變了產品的生產方式:一方面,傳統制造業以“全球采購、分工協作”為主要特征,產品的不同部件往往在不同的地方進行生產,再運到同一地方進行組裝。而3D打印則是“整體制造、一次成型”,省去了物流環節,節約了時間和成本。
另一方面,傳統制造業以生產線為核心、以工廠為主要載體,生產設備高度集中。而3D打印則體現了以大數據、云計算、物聯網、移動互聯網為代表的新一代信息技術與制造業的融合,生產設備分散在各地,實現了分布式制造,從而省去了倉儲環節。
“整體制造”和“分布式制造”在字義上看似矛盾,在3D打印技術上則實現了統一,前者強調生產過程,后者強調生產行為,共同推動著產品生產方式的變革。
趨勢五:成型尺寸向兩邊延伸 “大”“小”產品顛覆想象
隨著3D打印應用領域的擴展,產品成型尺寸正走向兩個極端:一方面往“大”處跨,從小飾品、鞋子、家具到建筑,尺寸不斷被刷新,特別是汽車制造、航空航天等領域對大尺寸精密構件的需求較大,如2016年珠海航展上西安鉑力特公司展示的一款3D打印航空發動機中空葉片,總高度達933毫米。
另一方面向“小”處走,可達到微米納米水平,在強度硬度不變的情況下,大大減輕產品的體積和重量,如哈佛大學和伊利諾伊大學的研究員3D打印出比沙粒還小的納米級鋰電池,其能夠提供的能量卻不少于一塊普通的手機電池。未來,3D打印的成型尺寸將不斷延伸,從大的不可思議到小的瞠目結舌,“只有想不到的,沒有做不到的”。