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3D打印

產(chǎn)業(yè)迅猛發(fā)展,3D打印如何闖出“新天地”

激光制造網(wǎng) 來源:中國青年報(bào)2024-10-09 我要評(píng)論(0 )   

從關(guān)節(jié)靈活、一體成型的玩具中國龍,到依據(jù)患者特點(diǎn)量身定制的骨骼模型,再到與人體骨組織結(jié)構(gòu)高度相似的椎間融合器……在日前閉幕的2024年中國國際服務(wù)貿(mào)易交易會(huì)上,...

從關(guān)節(jié)靈活、一體成型的玩具中國龍,到依據(jù)患者特點(diǎn)量身定制的骨骼模型,再到與人體骨組織結(jié)構(gòu)高度相似的椎間融合器……在日前閉幕的2024年中國國際服務(wù)貿(mào)易交易會(huì)上,除了人形機(jī)器人、低空無人飛行器等高科技應(yīng)用,各式各樣的3D打印產(chǎn)品也賺足了眼球。

隨著智能制造技術(shù)的發(fā)展,3D打印逐漸成為推動(dòng)我國新質(zhì)生產(chǎn)力培育發(fā)展的重要力量,其應(yīng)用場景正在不斷拓展,還吸引了不少年輕人緊抓機(jī)遇,在相關(guān)領(lǐng)域創(chuàng)業(yè)。

國家統(tǒng)計(jì)局日前發(fā)布的數(shù)據(jù)顯示,2024年上半年,我國3D打印設(shè)備產(chǎn)品產(chǎn)量同比增長51.6%,其增長率遠(yuǎn)超新能源汽車的34.3%和集成電路的28.9%。同時(shí),海關(guān)總署的數(shù)據(jù)顯示,今年1月至7月,我國3D打印設(shè)備出口量和出口額也都實(shí)現(xiàn)了兩位數(shù)高速增長。

  一系列數(shù)據(jù)反映出我國3D打印行業(yè)的強(qiáng)勁增長勢(shì)頭。也有專家注意到,產(chǎn)銷兩旺背后,我國3D打印行業(yè)要闖出“新天地”,在技術(shù)迭代、場景應(yīng)用、材料創(chuàng)新等方面還有一些瓶頸亟待突破。

  加速賦能傳統(tǒng)制造業(yè)

  “3D打印”是增材制造技術(shù)的一種俗稱。增材制造以數(shù)字模型為基礎(chǔ),通過將材料逐層堆積制造零件或?qū)嵨?,是一種“自下而上”的制造方法。雖然沒有等材、減材制造發(fā)展時(shí)間長,但如今,增材制造也已成為推動(dòng)制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的重要力量。

  廣東科恒科技有限公司(以下簡稱“廣東科恒”)是東莞有名的手板樣機(jī)制造企業(yè),該公司市場總監(jiān)耿安東告訴中青報(bào)·中青網(wǎng)記者,早在2008年,他們就開始用3D打印技術(shù)生產(chǎn)手板樣機(jī)。

  “手板樣機(jī)指的是用來驗(yàn)證產(chǎn)品設(shè)計(jì)是否符合要求、測(cè)試產(chǎn)品可行性的小批量產(chǎn)品樣品,通常在產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段和產(chǎn)品生產(chǎn)之前制作。”耿安東說,在沒有3D打印技術(shù)前,手板樣機(jī)大多采用數(shù)控加工等方式生產(chǎn),3D打印技術(shù)的出現(xiàn),大大提升了手板樣機(jī)的生產(chǎn)效率,進(jìn)一步降低了成本。

  以汽車設(shè)計(jì)制造為例,耿安東介紹,一款新汽車底盤在研發(fā)過程中要經(jīng)過大量試驗(yàn),最開始可能只是驗(yàn)證它的外形、尺寸等是否符合裝配要求,如果用傳統(tǒng)工藝制造汽車底盤手板樣機(jī),流程復(fù)雜,且需要幾個(gè)月的時(shí)間,“但利用3D打印技術(shù),只需要花費(fèi)一周,就能制作多個(gè)汽車底盤手板樣機(jī),然后直接送到汽車廠用于產(chǎn)品驗(yàn)證”。耿安東告訴記者,目前,廣東科恒的工廠內(nèi)有超過1000臺(tái)工業(yè)級(jí)3D打印機(jī)。而在該公司生產(chǎn)的手板樣機(jī)中,有近80%的產(chǎn)品是通過3D打印制造的。

  “相較于傳統(tǒng)制造工藝,3D打印技術(shù)的成型、加工、制造過程簡單,拿到數(shù)字模型圖紙之后,只需要通過電腦控制發(fā)出指令,就可以直接打印出實(shí)物?!鄙虾=煌ù髮W(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院副教授王洪澤說。王洪澤長期從事增材制造與激光制造研究,他認(rèn)為,通過簡化生產(chǎn)環(huán)節(jié),3D打印有效節(jié)省了材料消耗和人工成本?!巴瑫r(shí),3D打印還具有輕量化、實(shí)現(xiàn)任意復(fù)雜結(jié)構(gòu)制造的技術(shù)優(yōu)勢(shì)?!?/p>

  其實(shí),2012年,3D打印就被列入了國家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃(863計(jì)劃),相關(guān)政策提出要突破3D打印制造技術(shù)中的核心關(guān)鍵技術(shù),研制重點(diǎn)裝備產(chǎn)品。近年來,增材制造(3D打印)作為我國智能制造的關(guān)鍵領(lǐng)域,多次出現(xiàn)在《“十三五”國家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》、“十四五”規(guī)劃和2035年遠(yuǎn)景目標(biāo)綱要等頂層規(guī)劃中。

  2021年發(fā)布的《“十四五”智能制造發(fā)展規(guī)劃》明確提出,要加強(qiáng)關(guān)鍵核心技術(shù)攻關(guān),其中,增材制造作為先進(jìn)工藝技術(shù),被列入“智能制造技術(shù)攻關(guān)行動(dòng)”重點(diǎn)攻關(guān)的關(guān)鍵核心技術(shù)目錄。

  目前,3D打印還被應(yīng)用于航空航天開發(fā)和小批量制造、汽車快速開發(fā)及輕量化、精準(zhǔn)醫(yī)療、文化創(chuàng)意等領(lǐng)域?!氨热琮X科經(jīng)常會(huì)用到的人造牙齒、手機(jī)等電子產(chǎn)品的外殼、航天飛行器的重要零部件等,有很多產(chǎn)品或零部件都來自3D打印?!蓖鹾闈烧f,隨著技術(shù)的一步步迭代和完善,3D打印逐漸從實(shí)驗(yàn)室走向生產(chǎn)應(yīng)用,賦能傳統(tǒng)制造業(yè),發(fā)揮著“降本增效”的作用。

  東莞順林模型禮品股份有限公司(以下簡稱“東莞順林”)是一家專門從事汽車模型、潮流玩具生產(chǎn)的企業(yè)。該公司有一款原創(chuàng)IP潮玩——“胖噠”,在產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段,“胖噠”經(jīng)過了數(shù)十次3D打印驗(yàn)證?!懊看未蛴〕鰜?,我們都會(huì)對(duì)實(shí)物進(jìn)行效果評(píng)價(jià),然后再有針對(duì)性地對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行完善。”東莞順林董事長劉學(xué)深說,利用3D打印進(jìn)行新品輔助設(shè)計(jì),已經(jīng)成為玩具產(chǎn)品開發(fā)的重要環(huán)節(jié)。

  3D打印在醫(yī)療領(lǐng)域的滲透也有目共睹。在服貿(mào)會(huì)現(xiàn)場,幾乎在每家醫(yī)療企業(yè)的展臺(tái),都能看到3D打印產(chǎn)品的身影,納通科技集團(tuán)帶來了一款3D打印脊柱椎間融合器產(chǎn)品。納通科技相關(guān)負(fù)責(zé)人介紹,普通的椎間融合器采用機(jī)械加工的方式制造,尺寸、型號(hào)相對(duì)固定,但通過3D打印,可以根據(jù)患者的關(guān)節(jié)特征等實(shí)現(xiàn)椎間融合器定制化,“同時(shí),3D打印技術(shù)還可以在融合器上形成特定的微孔結(jié)構(gòu),方便后期骨長入,更有利于患者恢復(fù)”。

  王洪澤表示,長三角、粵港澳大灣區(qū)等地是我國3D打印設(shè)備需求相對(duì)集中的區(qū)域。上述地區(qū)具有比較發(fā)達(dá)的制造業(yè)基礎(chǔ),3D打印機(jī)作為重要的制造輔助設(shè)備,在當(dāng)?shù)赜休^大的消費(fèi)市場?!巴瑫r(shí),武漢、西安等高校和科研院所集中的城市和地區(qū)對(duì)相關(guān)設(shè)備的需求也比較大?!?/p>

  相關(guān)數(shù)據(jù)顯示,截至2023年年底,我國國產(chǎn)3D打印裝備擁有量占全球裝備的11.5%,處于全球第二,而消費(fèi)級(jí)非金屬3D打印裝備市場占比則位居全球首位。“隨著‘3D打印+’的深入開展,增材、減材與等材制造將走向互融互通。不同制造技術(shù)各顯其長,發(fā)揮合力,共同推動(dòng)我國由制造大國向制造強(qiáng)國邁進(jìn)?!敝袊こ淘涸菏?、西安交通大學(xué)教授、國家增材制造創(chuàng)新中心主任盧秉恒說。

  消費(fèi)級(jí)3D打印機(jī)市場迎來爆發(fā)

  在3D打印領(lǐng)域,打印設(shè)備主要分為工業(yè)級(jí)和消費(fèi)級(jí)。不同于工業(yè)級(jí)設(shè)備,消費(fèi)級(jí)3D打印機(jī)專為個(gè)人用戶和小型企業(yè)設(shè)計(jì),一般采用FDM(熔融沉積成型)、LCD光固化成型等技術(shù),操作簡便、成本相對(duì)較低,也被稱為桌面級(jí)或入門級(jí)3D打印機(jī)。

  從醫(yī)療器械到高端零配件,再到住宅建筑,3D打印加速賦能傳統(tǒng)工業(yè)制造的同時(shí),消費(fèi)級(jí)3D打印機(jī)市場也迎來了空前爆發(fā)。根據(jù)市場研究機(jī)構(gòu)KBV Research的統(tǒng)計(jì),2022年,全球消費(fèi)級(jí)3D打印機(jī)市場規(guī)模為25.03億美元,預(yù)計(jì)到2028年將達(dá)到71億美元,年復(fù)合增長率為19.2%。

  “目前,消費(fèi)級(jí)3D打印機(jī)以打印塑料產(chǎn)品居多,比如玩具、文創(chuàng)等。”王洪澤認(rèn)為,隨著技術(shù)的迭代更新,消費(fèi)級(jí)3D打印機(jī)在打印效果、打印速度等方面有了持續(xù)性的提升,且使用門檻和產(chǎn)品單價(jià)明顯下降,這都促使3D打印獲得了市場的更大關(guān)注。

  深圳市創(chuàng)想三維科技股份有限公司(以下簡稱“創(chuàng)想三維”)是一家專門從事3D技術(shù)研發(fā)的國內(nèi)企業(yè),該公司華北區(qū)域銷售經(jīng)理耿雨萌介紹,目前,消費(fèi)級(jí)3D打印機(jī)被不少潮流玩具設(shè)計(jì)師用來初步實(shí)現(xiàn)創(chuàng)意,還有消費(fèi)者購買大批量的3D打印設(shè)備開辦“3D打印工廠”,對(duì)外提供打印服務(wù)。而“3D打印農(nóng)場”遍地開花,也被市場普遍認(rèn)為是相關(guān)技術(shù)越來越被市場認(rèn)可的一種表現(xiàn)。

  所謂“3D打印農(nóng)場”,就是指多臺(tái)消費(fèi)級(jí)3D打印機(jī)在同一個(gè)操作環(huán)境中集中運(yùn)行,用來小批量生產(chǎn)或快速制造各種產(chǎn)品。管理運(yùn)營“3D打印農(nóng)場”的人則被稱為“農(nóng)場主”?!叭绻选?D打印農(nóng)場’看作是一個(gè)小型工廠,那生產(chǎn)線就由一臺(tái)臺(tái)3D打印機(jī)組成,我們只需在切片軟件(3D打印的模型管理系統(tǒng)——記者注)中設(shè)置好參數(shù)并加載原材料,打印機(jī)就能按照設(shè)定好的程序批量制造出性能一致的產(chǎn)品?!?D打印行業(yè)垂直平臺(tái)“3D打印資源庫”的創(chuàng)始人譚文杰解釋道。

  如今,越來越多年輕人投身到“3D打印農(nóng)場”創(chuàng)業(yè)中,朱朝文就是其中之一。他在江西南昌經(jīng)營著一家規(guī)模達(dá)300臺(tái)打印機(jī)的“3D打印農(nóng)場”,平常會(huì)承接一些打印玩具、文創(chuàng)產(chǎn)品的訂單。趕上旺季,他家“農(nóng)場”每天24小時(shí)“連軸轉(zhuǎn)”。此外,他還是江西小有名氣的3D打印設(shè)備代理商。今年3月開始做設(shè)備代理以來,他賣出的3D打印機(jī)已經(jīng)有大幾千臺(tái)。

  根據(jù)“3D打印資源庫”的不完全統(tǒng)計(jì),目前,全國有1000多位“農(nóng)場主”,每位“農(nóng)場主”擁有的設(shè)備數(shù)量從幾臺(tái)到上千臺(tái)不等?!斑@些‘農(nóng)場主’掌握著超過5萬臺(tái)3D打印機(jī),展現(xiàn)了‘3D打印農(nóng)場’行業(yè)的增長速度。”譚文杰回憶,今年4月,上面的數(shù)據(jù)還只是兩萬多臺(tái),“短短4個(gè)月,漲了近1.5倍”。

  值得注意的是,海外也正在成為我國消費(fèi)級(jí)3D打印機(jī)重要的終端市場。海關(guān)總署日前發(fā)布的數(shù)據(jù)顯示,今年1月至7月,國產(chǎn)3D打印機(jī)出口量為210萬臺(tái),出口金額超過49.9億元,較去年同期分別增長了36.3%和75.6%。如今,在電商平臺(tái)Amazon(亞馬遜)上搜索“3D打印機(jī)”,銷量排名靠前的幾乎都是中國品牌。

  近幾年,多家國內(nèi)3D打印領(lǐng)域頭部廠商年?duì)I收突破10億元大關(guān),小米、安克等公司也紛紛進(jìn)軍3D打印。市場研究機(jī)構(gòu)CONTEXT此前發(fā)布的報(bào)告提到,2023年,全球入門級(jí)3D打印機(jī)出貨量同比增長19%,其中約94%的出貨量由中國供應(yīng)商完成。耿雨萌則提到,目前,創(chuàng)想三維3D打印機(jī)的銷售區(qū)域已經(jīng)覆蓋全球超過190個(gè)國家。

  王洪澤表示,我國3D打印能順利出海,主要得益于供應(yīng)鏈的產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢(shì)和廠商之間的競爭?!皣鴥?nèi)3D打印設(shè)備成本相較國外要低很多,這與我們的人力成本以及相關(guān)資源成本較低有關(guān);同時(shí),國內(nèi)3D打印產(chǎn)業(yè)發(fā)展很快,市場主體較多,競爭也比較激烈?!?/p>

  如何闖出“新天地”

  “消費(fèi)級(jí)3D打印機(jī)的使用門檻不高,隨著越來越多人進(jìn)入3D打印領(lǐng)域創(chuàng)業(yè),市場越來越‘卷’。”譚文杰認(rèn)為,在“3D打印農(nóng)場”創(chuàng)業(yè),有兩條發(fā)展路徑可以選擇:一是“小而美”做個(gè)性化定制,二是“大而全”走工廠化路線。

  他提到,個(gè)性化、定制化是3D打印的天然優(yōu)勢(shì)之一,如果在產(chǎn)品設(shè)計(jì)上做出自己的特色和品牌,能帶來較大的原創(chuàng)紅利。對(duì)于大型“農(nóng)場主”,將3D打印作為一種新工具來替代傳統(tǒng)的制造方式,比如生產(chǎn)工業(yè)件等,“這可能是未來‘3D打印農(nóng)場’的主要發(fā)展方向”。

  “3D打印農(nóng)場”的出現(xiàn)為小批量、個(gè)性化的產(chǎn)品制造帶來不小的變化。其實(shí),從3D打印技術(shù)面世的一刻起,大眾就一直在期待它能給制造業(yè)帶來一次徹底的革命。但在多位業(yè)內(nèi)人士看來,當(dāng)前,我國3D打印規(guī)?;圃煸诖蛴≡O(shè)備、打印材料等方面還有一些發(fā)展瓶頸尚待突破,這也成為3D打印如何闖出“新天地”的必答題。

  “首先要加大高端3D打印相關(guān)設(shè)備和技術(shù)的研發(fā)力度?!蓖鹾闈烧f,目前,3D打印技術(shù)還沒有發(fā)展到可以在所有制造領(lǐng)域均大批量應(yīng)用的階段,打印效率較低,成本較高。注塑制造等方法雖然開模具成本更高,但一旦模具開好,就可以進(jìn)行大批量制造?!?D打印還需要降本增效?!?/p>

  先進(jìn)材料的研發(fā)也值得關(guān)注。目前,在3D打印領(lǐng)域,高性能材料比較欠缺。此外,可用于3D打印的材料種類有限,也在一定程度上阻礙了技術(shù)應(yīng)用范圍的擴(kuò)大?!拔覀兩磉吥恐暗乃袑?shí)物均可以通過傳統(tǒng)制造的方式生產(chǎn),傳統(tǒng)制造的材料體系可能有上千、上萬種,但是目前可用于3D打印的材料只有幾百種?!惫矕|說。但王洪澤強(qiáng)調(diào),材料開發(fā)是3D打印技術(shù)推廣應(yīng)用的一個(gè)必經(jīng)階段。“未來,要結(jié)合當(dāng)前行業(yè)的切實(shí)發(fā)展需求,開展相關(guān)材料的研發(fā)工作?!?/p>

  相關(guān)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示,目前我國3D打印規(guī)模以上企業(yè)有近200家,但其中多為中小企業(yè),研發(fā)和技術(shù)創(chuàng)新能力相對(duì)較弱。王洪澤表示,推動(dòng)3D打印產(chǎn)業(yè)發(fā)展,還需要政策持續(xù)對(duì)高新技術(shù)研究作出引導(dǎo)和支持,尤其是對(duì)一些高端但風(fēng)險(xiǎn)較大的研究,我國的支持力度還應(yīng)進(jìn)一步加大?!巴瑫r(shí),還要讓企業(yè)、民眾更多地了解3D打印技術(shù),只有大家了解了,才有可能會(huì)更大范圍地應(yīng)用?!?/p>

  我國已經(jīng)于2021年將“增材制造工程”列入普通高等學(xué)校本科專業(yè)目錄,目前有哈爾濱工業(yè)大學(xué)、西北工業(yè)大學(xué)等18所高校開設(shè)了上述專業(yè),但耿安東認(rèn)為這“遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠”。他提到,高校人才培養(yǎng)最短也需要3至4年的時(shí)間,但企業(yè)不能坐等?!疤貏e是對(duì)于了解增材制造,同時(shí)熟悉傳統(tǒng)制造業(yè)優(yōu)劣勢(shì)的復(fù)合型人才,在市場上會(huì)非常受歡迎。”

  “高校也好,企業(yè)也好,產(chǎn)業(yè)鏈也好,對(duì)于人才培養(yǎng)要持續(xù)加大投入?!惫矕|說,此外,還要了解不同的細(xì)分制造領(lǐng)域的需求,結(jié)合3D打印材料成型的工藝特點(diǎn),開發(fā)更加深入的制造方式,“這對(duì)行業(yè)發(fā)展非常重要”。

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