衣服、鞋子、瓷器、桌子、汽車、飛機,只要你看到的,甚至只要你想到的,都能通過它變成現(xiàn)實。它不是童話故事里的阿拉丁神燈,也不是機器貓的百寶袋,而是一臺3D打印機。
它的工作原理是這樣的:先在電腦里建立所需物體的模型,然后把模型分成很多層的結構,用一個機器取一些原材料——現(xiàn)在來說一般是金屬和塑料——機器把材料融化,再和噴墨打印機一樣,將融化的材料用噴嘴噴出,打印出結構的第一層。然后是第二層、第三層……每一層逐漸疊加,當所有層都打完時,你需要的物體就出現(xiàn)了。
與傳統(tǒng)的制造物體的方式相比,沒有冗長而又昂貴的模具制造過程,也不需要規(guī)?;纳a(chǎn)場地,甚至在家里就能夠輕松完成。
這些更像是出現(xiàn)在科幻片中的場景,雖然還不是現(xiàn)實,但是正在逐漸進入我們的視野,這樣一種新的制造物體的方式,有可能會改變我們的生活。
仍未“長大”
當3D打印機能夠打印飛機、汽車、鞋子和衣服的新聞開始頻頻出現(xiàn)在網(wǎng)絡、報紙、電視等媒體上時,這個看起來高深莫測的技術也被越來越多的人所了解和熟知。
嚴格來講,3D打印不算是新興行業(yè),最初的技術可以追溯到上世紀80年代,它發(fā)端于美國軍方的快速成形技術,與傳統(tǒng)成形方法截然不同,它通過電腦創(chuàng)建的三維設計圖將材料分層“打印”疊加,最終整體成形,因而也被稱為“增材制造”技術。
在國內(nèi),3D打印技術多少都與清華大學存在淵源。早年清華機械系顏永年教授在日本開會時了解到快速成型技術,回國后便四處搜集資料,組織研討會。之后清華大學、華中科技大學(時稱華中理工)、西安交大等高校便開始這方面的研究,并催生相關企業(yè)。
這就如同投下了一顆顆種子,許多年之后快速成型技術能在中國生根發(fā)芽也得益于此,從而也就決定了中國3D打印企業(yè)的基因——高校背景。
1992年清華大學研制出了國內(nèi)第一臺快速成型設備,并在1993年成立產(chǎn)學研項目——北京殷華激光快速成型與模具技術有限公司(下稱殷華)。同年成立的北京隆源自動成型系統(tǒng)有限公司(下稱隆源)則是獨立于高校體系外不多的行業(yè)先驅(qū)。
事實上,在中國3D打印產(chǎn)業(yè)版圖中,殷華代表最主要的一類企業(yè):由從事3D打印相關技術研究的高校老師主導成立,研發(fā)費用主要來自國家科研項目,市場選擇等。
進入21世紀,國家將快速成型制造列入高職教育的培養(yǎng)方案,拉開了教育界對這類設備的采購熱潮,殷華等企業(yè)獲得了成長空間。
雖然已經(jīng)過20多年的發(fā)展,但3D打印似乎仍沒“長大”。據(jù)媒體報道,截至目前,隆源已實現(xiàn)的銷售收入不過1900萬元,其中機器銷售不足1100萬元。
從全球市場范圍看,據(jù)美國消費者電子協(xié)會發(fā)布的報告稱,2011年全球3D打印市場規(guī)模為17億美元,而2012年英國螺絲機械市場規(guī)模就超過10.57億美元。
另有數(shù)據(jù)顯示,目前已在納斯達克上市的兩大3D打印機制造巨頭Stratasys和3D Systems2011年營收分別僅為1.7億美元和2.9億美元。而同年蘋果CEO蒂姆庫克的薪資福利就高達3.8億美元。
國際巨頭尚且如此,國內(nèi)的中小企業(yè)可見一斑。
3D打印在武漢
1986年,美國3D Systems公司成功研發(fā)了世界上第一臺3D打印機。
1991年,湖北武漢,由著名機械制造專家黃樹槐牽頭成立了華中理工大學(現(xiàn)為華中科技大學)快速制造中心(下稱中心),研發(fā)基于紙材料的“立體打印機”。
1994年,我國首臺具有自主知識產(chǎn)權的“立體打印機”誕生于該中心。次年,該中心成立武漢濱湖機電技術產(chǎn)業(yè)有限公司(下稱武漢濱湖),轉化3D打印技術。
4年后,史玉升來到中心工作,負責研發(fā)基于固態(tài)粉末材料的快速制造技術與裝備。原材料研發(fā)成為了他工作中的第一個難題。
幾經(jīng)周折,最后是通過朋友的介紹,他了解到一種名為聚苯乙烯的材料,用聚苯乙烯做測試的結果顯示,這種材料正好符合要求。
“要知道,3D打印是一個多學科交叉的技術。”史玉升回憶:“雖然研究上取得了進展,但中心學科背景單一成為研究的最大掣肘。”為破解該難題,在學校的支持下,中心開始引進機械、信息、光學、計算機、自動控制、力學、新型材料等領域的人才,并開展交叉學科研究。
目前,快速制造中心已從最初的不到10人發(fā)展到100多人,成為華中科技大學最大的研發(fā)團隊之一,史玉升就是中心現(xiàn)在的負責人。
在過去的22年里,中心先后研制出多款3D打印機。2000年,該中心研發(fā)出0.4米×0.4米工作面的基于粉末床的快速制造裝備;2003年,擴大到0.5米×0.5米,超過了當時代表國際先進水平的美國3D Systems公司;2005年以后,工作面達到1米×1米以上;2011年,工作面達到1.2米×1.2米,被譽為全球最大3D打印機。
從2000年至今,武漢濱湖共賣出200多臺3D打印設備,單價在100萬左右,提供了上萬次“打印”服務,每年銷售額增長約為15%。
將研發(fā)的成果迅速商業(yè)化,進而實行產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn),讓3D Systems公司得到快速發(fā)展,一躍成為業(yè)界巨頭,現(xiàn)已先后在美國的納斯達克和紐約證券交易所[微博]上市。與國內(nèi)情況不一樣,他們的研究經(jīng)費都由股東來出。
而在國內(nèi),大學實驗室似乎只負責研發(fā),他們的研究費用很大部分來自于國家的撥款,對于研發(fā)的成果能否產(chǎn)業(yè)化,沒有太多人關心。這也成為制約我國3D打印行業(yè)發(fā)展的一大障礙。
“研發(fā)新型工藝與裝備需要較大的經(jīng)費支持,周期也長。光靠國家的經(jīng)費支持是遠遠不夠的。”對此,史玉升深有感觸。
幾年前他在山東濟南宣傳“立體打印機”技術時,被認為是在忽悠。盡管他賣力“吆喝”,聲稱“不需要模具即能直接制作出蠟模”,可別人就是不買賬。
正是這件事讓史玉升下定決心,“要走自己的創(chuàng)業(yè)之路,走與企業(yè)合作之路,走國際合作之路”。史玉升的另外一個身份就是武漢濱湖的董事長。
這“三條路”都是為了盡快提高學術水平、搞好學科建設、將科研成果轉化為生產(chǎn)力。在他看來,企業(yè)技術水平的提高,也可以促進研發(fā)團隊的良性發(fā)展。生產(chǎn)一代、研發(fā)一代、預研一代、探索一代,是他們要堅持的產(chǎn)學研合作之路。
事實上,華中科技大學快速成型機制造中心相對于其他研發(fā)中心算是走在前列,其所屬的武漢濱湖機電,早期就曾吸納過創(chuàng)投資金。
“現(xiàn)在想來投資的人太多了,我們不缺錢,缺乏管理體制。”史玉升介紹,2012年,武漢濱湖啟動了股改,并開始了經(jīng)理層的職業(yè)化。
雖然已經(jīng)很“前衛(wèi)”了,但是在史玉升看來,產(chǎn)業(yè)化的步子還可以邁得更大。作為一家校辦企業(yè),武漢濱湖有科研場所,缺生產(chǎn)空間。“天天在外面‘打游擊’,今天被漲租子的趕出來,明天去借一下別人的場地,非常艱難”。#p#分頁標題#e#
產(chǎn)能不夠在一定程度上限制了新技術推廣。加工服務沒有主動去做,連生產(chǎn)的3D打印材料也只能滿足自用。史玉升笑談,很多客戶都是“守”來的“兔子”。于是他開始琢磨,“該找個穩(wěn)定的生產(chǎn)基地了”。
近日有消息傳出,中國首個3D打印工業(yè)園將落戶武漢東湖高新區(qū)。該項目由華中科技大學主導,規(guī)劃首期用地500畝。
據(jù)史玉升透露,“我們正在光谷選址,準備建一個大型快速制造中心,集打印設備制造、產(chǎn)品加工服務和材料制造于一體,以適應市場需求”。
與此同時,武漢市發(fā)改委等部門正針對3D打印產(chǎn)業(yè),進行摸底調(diào)查,擬著手編制規(guī)劃并予以扶持培育。
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