只需要一个想法,一些材料,一台3D打印机,就可以把你脑中的一切想法转化成实体。从原理上看,可以打印一辆车、一栋房子、一只胳膊,甚至一块猪肉。这项在欧美快速发展的技术已被美国《时代》周刊列为“美国十大增长最快的工业”,英国《经济学人》杂志则认为它将“与其他数字化生产模式一起推动实现第三次工业革命”。
“无论你想到什么,只要用3D软件做出来,输入3D打印机就可以变成实体。”中科院广州电子技术有限公司产品销售总监李萧宏向记者描述的3D打印机,是一种“或将无所不能”的产品。不过,中国此前并非3D打印技术的主要市场。在今年以来国内使用者陆续增多的背景下,有令人兴奋的应用场景,也有3D 打印产业发展值得深思之处。3D打印带来的并不是“无懈可击的美丽”。
据了解,神奇的3D打印机(3D Printers)发源于军方的“快速成型”技术,是一种由CAD(计算机辅助设计)通过成型设备以材料累加的方式制成实物模型的技术。其操作原理与传统打印机很多地方是相似的,它配有融化尼龙粉和卤素灯,允许使用者下载图案。与传统打印机不同的是,打印的不是纸而是粉末。打印时,它将设计品分为若干薄层,每次用原材料生成一个薄层,再通过逐层叠加“成型”。3D打印技术的神奇之处在于可以自动、快速、直接和精确地将计算机中的设计转化为模型,甚至直接制造零件或模具,不再需要传统的刀具、夹具和机床,就可以打造出任意形状,小型产品半天就可完成。
“3D打印机是第三次工业革命最具标志性的一个生产工具,这种数字化的制造与新能源、互联网等构成了第三次工业革命”,国务院参事、友成基金会常务副理事长汤敏说。它将会取代传统制造业所用的各种各样的传统加工机械,颠覆性改变制造业的生产方式,最大的特点是不需要大规模的流水线制造。实际上,3D 打印技术在欧美已有几十年的历史,2002年进入中国,经过行业内几年的洗牌和推广之后,在香港、广东已有了一定的认知度,在玩具制造、医疗器械、工业设计、电子产品制造等行业内已有应用,但是在推广中发现很多地方对这项技术了解还是很少。
科技部国家制造业资讯化培训中心三维数字化技术认证培训管理办公室(3D办)主任、3D动力网总裁鲁君尚向记者表示,实际上3D打印技术并不是一夜间冒出来的,之前在国内叫做“快速成型”,至少已出现了20年左右,“赋予3D打印‘第三次工业革命’等意义,实际上来自欧美国家的推动。经济危机后,欧美国家发展已经停滞,尤其需要制造业回归,这个时候老的生产方式已没有优势可言,随之3D打印技术顺理成章与之结合了起来。”据鲁君尚介绍,科研方面美国虽然居于领先水平,但我国的西安交大、清华大学等也有着顶尖的实力,“只是在商业化层面不如美国的公司做得那么强。”
当前,不少令人感到十分科幻的3D打印案例不断从国外传来,比如打印房屋、打印鲜肉、打印整支AK47步枪等令人感到惊奇。鲁君尚表示:“最近这么多3D打印新闻冒出来,这中间很多只是噱头,主要是美国两家从事3D打印的上市公司巨头(Stratasys和3D Systems)在背后推动。或者只是实验性质,根本没有推向应用。”在不能全信概念炒作的同时,鲁君尚认为3D打印机带来的生产方式革新趋势,仍值得国内各界重视。“抛开各种噱头和泡沫,为了把握3D打印的‘社会化制造’大势所趋,还是必须提醒国内从业者尽早起步。”
主流3D打印机品牌Objet中国区区域经理朱文博表示,与国外相比,向国内企业推广3D打印机的步伐的确更慢,有些企业并不认同,另外一些还只是拿来试试。不过朱文博提到,工业级的3D打印机尽管昂贵,但其带给企业的不仅仅是建模效率的提升,同时也能获得丰富的开拓性。比如以乐扣乐扣盒子上的盖子为例,四边搭扣的弯曲部位要比其他部分都软,便于弯折。Objet打印机能够实现在一个模型上同时打印软硬不同的材质,一次成型,“客户还可以自己通过调节参数,试验不同的软硬度,大大方便产品研发。”朱文博表示,在欧美、日本等地,这种技术已深入企业推出新品的整个环节之中,“IT行业尤其明显,比如苹果和佳能,推出新款产品的速度极其快速,3D打印在设计新产品模型中起到的作用不可磨灭。”对此,上海工业设计协会秘书长王日华向记者表示,价格是制约国内企业的最主要因素之一,“更重要的是,企业看中设计、对新产品模型快速更新的需求还不是很迫切,有些还在不断压低设计成本等。”
目前,包括中山大学、暨南大学等广东的十几所高校已经购买了3D打印机。这对于工业设计系的学生是一个好消息。他们可以在设计室内就把自己的设计转化成为产品,随时进行调整和改进,有学生正是得益于3D快捷和便利,拿着3D打印机的产品参加了广东省“省长”杯工业设计大赛。中国科学院广州电子研究所已经可以生产出3D打印机,清华大学也正在进行相关的研究。记者发现在国内某购物网站上已经可以购买到廉价的3D打印机,价格在3000至5000元不等,并配有快速入门指南、相应软件下载、机器矫正等介绍。不过这种3D打印机究竟功能如何,不得而知。
国内最大的3D打印机销售商闪铸科技有限公司总经理陈铮铮向记者介绍说,3D打印机使用者需要安装Proeug、犀牛等软件建模,如果不会操作这些软件的话机器应用范围就会小很多,只能通过下载相应的文件来使用。“虽然难度不是很大,但和学习Photoshop一个道理,入门很容易,但用好还有一定难度。”目前大多数个人购买的3D打印机,基本上以打塑料材质为主。对渴望用更贵的金属来制作船模的申斯南来说,再等上一个五年,也许还是用不起。ABS 塑料基本上只适合打印相对大面积的平面造型,石膏材质可以做相对复杂一些的结构,但表面更为粗糙、易碎,“至于一些高端的树脂,能够避免上述两者的缺点。但比起用ABS塑料来做一个同等大小的东西,大概要贵上100倍,更别说金属了。”
某些国外知名3D打印机专利期已过,变为了开源,今年以来一些国内公司在此基础上通过细节改动,推出了自己的版本,并不断推进价格下降。目前国外一款功能相似、上万元的产品,国内可以做到4000元左右,因此在外贸方向销售很不错。与之相比,国内销售仍处于起步阶段,即使号称“中国首家专业桌面式 3D打印机生产厂家”的闪铸科技,目前年销量预计为300多台。另一家从2009年就开始从事3D 打印服务的杭州铭展公司则告诉记者,其第二代机型目前累计销量同样为三四百台左右。而在美国,一家3D打印机生产公司一天的销量就是100台。国内产品其实在很多细节上都做了改动,像国外版本的喷头容易堵塞、滑动时容易卡住等问题都做了优化,加之价格优势,其实个人3D打印机层面,买国内产品的性价比绝对更高。目前国内购买人群中,基本以创客和设计师为主。“国内外消费水平不一样,而且个人动手DIY的氛围有明显落差,要从上述小众人群走向普罗大众,只有将价格进一步地压低。” 陈铮铮说道。
实际上国产个人3D打印机的推出和大幅降价,在今年才初显端倪。个人3D打印机尽管价格的确在下滑,但需求之间仍有很多无法匹配的地方。比如,个人 3D打印机所能打印的尺寸远不及工业级设备,如果零部件很多,尺寸很大的船舰模型,基本只能一个个部件来打,之后再粘合,还是很费劲。而解决一次整体打印的问题,要购买的机器价位在百万元以上,是个人无法承受的。
有消息称,奥巴马政府拨款3000万美元,建立了美国国家级3D打印添加剂工业研究中心,并计划第一步投入5亿美元用于3D打印,声称要确保美国制造业不继续流失到中国和印度。3D打印机不光好玩,而且真的有用。江门安迪卫浴有限公司就通过3D打印机节省了大把的时间和成本。之前,公司的模型都由机床制作,耗时不说,不合适就要推倒从来,而3D打印机可一次成型整体样件,水龙头模型各精确扣位与结合关键位置的配合度极高,且设计师就能自行操作,大大缩短研发周期,同时减少卫浴模型的制作成本。
安迪卫浴负责人表示,3D打印机大大推进了新产品开发进度,同时加大了新品在研发阶段的保密性,让产品研发到生产都可以自主完成。操作3D打印机的培训在半个小时内就能完成。这意味着,3D打印机普通人都可以操作。但他也说目前应用还未到大众化的层面,因为在他所在的公司生产的不同型号的3D打印机中,最便宜的也要十几万元,“对于设计频率比较高的企业比较值,可以缩短研发周期、提高产品质量、节省研发成本”。
杭州六维齿科公司如今为多家医院提供一种牙齿种植中的“导板”,实际上导板就是根据患者牙齿形状制作出的术前模型,由于采用3D打印,精确度更高。六维齿科行政部徐蔻娅告诉记者:“没有用导板之前,医生有两种手术方式,一是直接徒手,凭自己的临床经验备孔、种植,还有一些较难定位的病例医生也会用手术导板,但是他们的手术导板是一种简易的、在自己口腔技工室制作的导板,精确度不高,而且只能确定种植的位置,没法控制种植的角度和深度。”在使用来自 Objet的工业级3D打印机制作树脂材质导板后,医生预先可以直观地模拟种植位置,术中安全性大为提升。
即使对企业来说,工业级的3D打印机也“的确很贵”。徐蔻娅说,目前六维齿科还没有收回成本,“我们用它来提供的是个性化服务,每个患者口腔不同,不像批量化生产这么快速地在经济上见效,更多看中的还是未来的市场潜力。”
同样买进企业级3D打印机的还有华森医疗器械有限公司,其采购部人士向记者介绍,3D打印机让零件出样提交客户的周期大大缩短了,“以往做模子都要靠传统机床,如果发现需要修改,工厂里正在批量生产的机床就要停下来,重新制作这一个小小的样品,从工序流程上来说很耗时间。”同时,以往重新打样可能需要一个月时间,在反复修改过程中只能更多通过图纸来交流,如今使用3D打印却只要数小时,就可以重新将样品模型提交客户。
其采购部人士称,工业级3D打印机使用的材质在淘宝上可买不到,很多只能匹配生产厂家提供的耗材,价格是昂贵的。所以要说单个零件模型的成本,其实核算下来还比原先要贵。“目前看重的只能是3D打印的效率,经济性无法强求了。”据了解,目前大多数3D打印机还只能支持单一的耗材,为此华森医疗器械实际上购置了两部3D打印机,一部进口,一部国产。
我国的3D打印行业发展,任重而道远!
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