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被称为"革命性"技术的3D打印 为什么普及没想象中快

来源:澎湃新闻网

  发布:星之球科技

关键词:3D打印 增材制造 

2017-11-27

 
 
在电脑上用设计软件画好模型、转换成可打印文件,一键唤醒3D打印机的喷枪,便能利用塑料、光敏树脂抑或金属一层一层地堆叠出实物。这不只是用微波炉大小的桌面级3D打印机制作玩具或模型的场景,工业巨头们已开始尝试利用工业级3D打印设备直接生产最终使用的零部件。
 
但在3D打印行业从业者及分析师眼里,这项“革命性”技术的价值及其对传统生产流程和观念的“破坏性”还远没有发挥到极致。“在用3D打印做出最终零部件这件事上,才刚刚开了个头。”全球最大3D打印机生产商Stratasys公司亚太及日本地区总裁Omer Krieger在近日的采访中对记者称,目前3D打印的应用市场正从设计环节的原型制作上升到定制化工具的生产制造阶段,但要实现用该技术批量生产最终零部件尚有一段距离。
 
根据安永(EY)去年对全球范围内900家公司的调研报告,只有8%的企业将3D打印纳入公司战略高度,16%的企业认为该技术很重要,但仍在评估其重要性。被称为颠覆性技术的3D打印已诞生30年,其普及为什么没有想象中快?“3D打印机这样的产品,我一直觉得在产品认识上还存在一些挑战。”Omer Krieger认为,3D打印不会大规模取代传统制造业。要实现直接打印零件,除了技术和材料性能提升之外,传统生产观念的革新也需要一定时间。如何让市场更愿意利用3D打印?在中国,Stratasys选择给打印材料降价。
 
以定制化为优势的增材制造不会替代传统制造业
 
与传统的切削加工“做减法”不同,3D打印(增材制造)逆其道而行,通过逐层增加材料的方式制造三维实体物件。无需切割、钻孔或后续机械加工,3D打印具有快速成型、高度灵活、节约成本的优势。它并不在乎几何图形有多复杂,相反,越复杂的结构可能由于镂空越多,用料越少、成本更低,这与传统生产恰恰相反。
 
3D打印应用的发展路径可分为三个阶段,原型制作-工装夹具的制造-打印最终零部件,层层推进。目前,最大的应用领域仍然是原型制作,也就是借助3D打印缩短产品设计循环,加速推向市场。Stratasys认为,目前市场正处于第一阶段向第二阶段过渡的拐点,最终零件生产开始起步。到2019年前后,3D打印在最终零件生产的应用将超过工具制作的应用。
 
 
三个应用阶段
 
三个应用阶段
 
 
设计过程中的快速原型制作
 
设计过程中的快速原型制作
 
在第三阶段,最终零部件对材料韧度、表面光滑度和美观性的要求及打印技术的要求都更高。目前,3D打印所使用材料的功能性让这项技术距离最终零件批量生产还有一定差距,比如还无法满足车辆量产在高温、抗冲击等方面的要求。3D打印行业面前的挑战是,提高材料和软硬件性能,以确保打印更加精确、可靠和可重复。
 
“我们经常说3D打印是一种具有破坏性的技术,但其实在生产制造领域,人们并不是很喜欢这种破坏性很强的新事物。”Omer Krieger称,要将新的生产方式引入传统生产过程,首先要跨越观念上的障碍。自工业革命开始,人们的关注点一直是靠不断提高产量来降低成本,但3D打印完全相反。增材制造的优势在于低产量的定制和按需生产,因此它不会替代以大规模生产为特征的传统制造业。
 
Stratasys目前最看好的四个垂直市场,分别是航空航天、汽车、消费电子和医疗保健,均是存在大量定制化需求的行业领域。比如要打印的牙齿或骨骼,每个病人都有独一无二的需求。近期,Stratasys成为空客的供应商,为其生产A350型号飞机的零部件。这一定单量很小,只做36个零部件。由于每架飞机上可能只需一个或几个零部件,没必要再进行大批量生产。
 
正在测试小批量3D打印大型零件可行性的福特汽车公司也认为,现阶段3D打印还无法承担大规模的汽车零部件制造,但对于那些成交量较低的定制化订单或者赛车制造,这无疑是更优越的制造方式。
 
东航利用ULTEM 9085 航空认证材料打印的飞机驾驶舱“电子飞行数据包”支架完成后处理装机使用
东航利用ULTEM 9085 航空认证材料打印的飞机驾驶舱“电子飞行数据包”支架完成后处理装机使用
 
“3D打印在航空航天和汽车行业的增速可能会是最快的。”Omer Krieger预测说。此前,NASA已使用Stratasys的3D打印机制造结构复杂、坚固耐用的火星探测车部件。德国太空计划也打算采用其3D打印技术制造火星探索机器人TransRoPorter的原型,用于火星极端环境模拟测试。
 
应用于正畸模型、牙冠和牙桥模型、手术导板
应用于正畸模型、牙冠和牙桥模型、手术导板
 
中国市场对3D打印的接受度仍处于初期
 
除了打印设备本身的运营维护费用之外,3D打印材料高昂的价格,一直是阻碍该技术普及的重要原因。在美国,3D打印技术已经开始逐渐从原型制造过渡到定制化工具的生产制造,相比于美国等成熟市场,3D打印在中国的应用滞后,仍大量停留在概念性的原型设计阶段,用户对于打印材料的价格敏感性也就更高。
 
为此,Stratasys决定在明年年中向中国市场推出两款定制材料,比现有的同类材料价格降低50%,以满足巨大的概念性原型制作需求。今年12月,该公司该将对部分材料进行调价。“3D打印在中国的接受度仍处在前期,降价就是促进用户在研发和概念原型打印上更多用到3D打印技术。”Stratasys大中华区总经理翟莲子对澎湃新闻称。
 
“3D打印技术在中国生产制造行业的渗透率确实还远不如美国。”Omer Krieger称,3D技术的应用一直都是循序渐进小步走的趋势,在美国和德国都是这样过来的,在中国也应该是差不多的节奏。中国市场的优势在于,一旦某项新技术被采用,复制速度会非常快。
 
30年前,Stratasys的创始人申请并获得了FDM(Fused Deposition Modeling,熔融沉积成型)技术专利,迄今为止这仍是3D打印最核心的技术。但Omer Krieger认为,3D打印要想切实改变整个行业的生产流程、为更多企业所接受,单靠一家之力远远不够。3D打印行业不是几家公司的零和博弈,必须形成合力扩大应用场景。
 
机器人与3D打印的结合
机器人与3D打印的结合
 
“比如去年我们和西门子一起合作开发了Stratasys Robotic Composite 3D Demonstrator概念机。传统的3D打印机都是垂直打印或者水平打印,但这台机器可以做到360度全自动打印,适合形状更复杂、要求质量更轻、强度更高的产品。”Omer Krieger说,这种汲各家之所长诞生的全新打印方式,就是为了让航空航天或汽车行业的领头羊更多看到3D打印的技术价值所在。