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3D打印,你准备好了吗

就像1750年的蒸汽机,1450年的印刷术,1950年的晶 体管,3D打印也将在漫长的时间里改变这个世界。”《经济学人》杂志两年前的一篇报道把3D打印推上神坛,这一新兴领域的热度持续至今。3D打印“数字化制造”的全新模式似乎预示着传统大规模、集中化的制造有了替代方案—个性化、按需生产的“分布式制造”。

  甚至有人惊呼,3D打印将引领第三次工业革 命的到来!

  盛名之下,其实难副?

  确实,我们看到鼓吹制造业回流美国的奥巴马政府在大力推动3D打印技术在美国学校的普及,包括中国在内的各国政府也纷纷制定3D打印产业扶持计划;媒体的报道、舆论的讨论铺天盖地;投资者则对3D打印概念的股票趋之若鹜,行业巨头Stratasys、3DSystem 和ExOne 的股价狂飙突进。似乎3D打印确有颠覆者的架势。

3D打印技术

  但我们看另一组数据:2012 年全球3D打印机的销量仅为4.2 万台,而这其中2 万台是由Stratasys 一家卖出去的;2013 年全球销量也刚迈过10 万台的门槛。据易观国际的报告,2013 年包括3D打印设备、配件和服务在内的整个行业市场仅为25 亿美元,还不足一家大型企业的年产值。

  因此,在喧嚣背后,“3D打印”这一新技术究竟成色几何?它是否真的准备好接过传统制造的衣钵?企业、个人的观念是否已经转变到足以接受这一技术在企业生产、个人消费中的运用?

  为此,《世界经理人》对超过60 位企业家或副总裁级别以上经理人进行了有关3D打印的问卷调查。结果显示,近90% 的受访者都对3D打印有所了解,但很大一部分只是停留在“听说过”的阶段,但也有31% 的受访者表示企业“迫切需要”运用3D打印技术;谈到3D打印是否能引领“第三次工业革 命”时,48%的受访者表示认可。(请看问卷结果:“3D打印,你怎么看?”)

3D打印你怎么看

  从以上的调研中,我们可以发现,3D打印的普及程度还非常有限,运用并不广泛,但企业决策者还是对这项技术保持着极高的兴趣,非常看好这一技术的发展前景,并且很多企业已经尝试在企业内运用3D打印技术。

陈文娟、Jonathan Jaglom、金涛

  这一调研结果与维示泰克科技有限公司董事长陈文娟的感受相一致。作为国内桌面级3D打印机研发销售的领先企业,维示泰克的市场主要在国外,国内客户群中又以企业为主,个人及其他消费者占比较小。“国内客户80% 以上是设计师和工程师,3D打印机是他们做设计开发的好帮手。其他20%是个人爱好者,或者一些教育部门等。整体而言,大家还没有自己去3D打印一个杯子或其他小东西的习惯。”陈文娟介绍到,“但很多人过来看到3D打印机能做什么之后,马上就掏现金买走了。”

 3D打印能做什么?

  3D打印又称“ 积层制造”(additive manufacturing),以数字模型文件为基础,运用粉末状金属或塑料等可粘合材料,通过逐层堆叠累积的方式来构造物体。这一独特的生产方式决定了3D打印非常适合运用于产品研发阶段的模具制造、模型制作等。因此,在消费电子、建筑设计、汽车、动漫等等一系列需要进行产品原型开发的行业,都可能用到3D打印。

  “我们以前的模型都是石膏雕塑,修改起来非常麻烦,有时候相当于整个都要重新制作。而且雕塑无法保持每次的成型样品一致。”从事原创动漫及其衍生品设计的哈尔滨七剑数字动漫有限公司制片主任牛亮介绍说,“而用3D打印可以通过软件去修改,好的设计可以100% 保留。”

  从事室内外装饰设计的杭州象限软装设计有限公司设计总监郝星同样认为3D打印在制作和修改模型、制作手板阶段的应用非常方便高效。“以前我们打样都需要把图纸拿到美院的雕塑系或者其他一些雕塑工厂,请人来做模型,费时且昂贵。现在有了3D打印机就可以自己打印出来,省时省力。”

  不仅在创意设计行业3D打印大有用武之地,传统制造行业的前端研发阶段同样可以嵌入3D打印,实现流程优化。“以前没有3D打印机的时候我们都是去找数控CNC 加工做小样版,加工周期比较长,修改麻烦,成本也比较高。现在用3D打印一天就可以成型,交到客户手上进行验证。”主营陶瓷卫浴产品的佛山羽洁卫浴技术开发部负责人陈工介绍说。陶瓷卫浴对外观的美观性要求很高,一款产品往往需要与客户反复确认,通过3D打印模型,可以有效降低打样成本,同时提高效率。

  除了在模型、手板阶段可以优化流程,大大提高效率外,3D打印还可以实现一些难以用传统模具塑形的非标准件设计。“工业上的传统生产离不开模具浇铸,但一些结构很复杂的非标准件是很难通过模具来制造的。而3D打印就可以随心地制造出各种非标准件。” 陈文娟指出。

  在另一方面,3D打印还可以应用在一些对产量和材质要求不高,但定制化要求高的产品的直接生产。如郝星在进行室内软装饰设计的时候,对一些可能只在某一个室内空间用的个性化台灯灯罩等,就用3D打印直接打印出成品使用,“灯罩这些设计部件对材质要求不高,因此用塑料打印出来的成品同样可以使用。”郝星说道。

  以上几个方面的应用主要在工业设计阶段,主要是通过桌面级3D打印机实现,注重的是3D打印在塑形方面的高效率低成本。打印的材料主要是ABS 树酯、聚乳酸(PLA)等塑料原料,打印强度、精度等方面都无法与传统工艺相比。但通过运用工业级3D打印机,以及一些高强度材料,则可以部分解决这一问题。

  “比如在航空航天领域,我们的打印机可以直接打印供飞机组装使用的一些零部件。”Stratasys 的亚太和日本地区总经理Jonathan Jaglom 介绍到。由于拥有熔融沉积造型(FDM)等一系列专利技术和钛合金、碳纤维等先进的3D打印原材料,Stratasys 的主要客户分布于医疗(牙科)、汽车、航空航天、国防等高科技领域。工业级3D打印机除了可以直接打印飞机组件外,还可以打印手qiāng,甚至人体骨骼等。

  除了在工业生产上有诸多用途,在个人和家庭使用方面,3D打印也天然地具有优势。因为3D打印最大特点就是“自由塑形,随心制造”,打印机与电脑相连后,只要有一定想象和设计能力的个人,都可以通过3D 建模软件,方便地把3D 模型打印成实体。“像水杯、手机壳这些东西都可以在家制造。消费者以后在网上买的可能就不再是实体了,而是一个个的三维模型数据包,再通过自己的打印机 打印出来。”主营桌面级3D打印机研发和销售的杭州铭展科技有限公司总经理金涛描述未来的家用3D打印市场时说道。

  简单而言,Jonathan指出,3D打印的应用至少在以下几方面有显著效果:一是让产品从研发到推向市场的周期大大缩短;二是降低成本;三是提高创造性;四是提高创意的保密性。除此之外,Jonathan 认为3D打印还能带来组织管理上的优化创新,“比如原来的产品设计可能需要企业不同层级主管的逐层审核修改后,才能将样品呈现在决策层面前,如果需要再修改,所造成的人力资源浪费很大。而运用3D打印,决策层可以在产品研发的一开始就参与到其中,实现扁平化决策。”

  优势也是短板

  但3D打印的技术特点,既是优势,也是短板。

  首先,“积层制造”的成型模式打印一个三维实物,少则数小时,多则几天,相较于规模化生产阶段的生产时间,毫无效率可言,因此很难运用于大规模制造。

  其次,可打印材质制约了3D打印的使用和普及。用塑料材质打印,虽然廉价,但在精度、强度、外表光滑度等方面都难以达到工业标准,因此往往只能用作模型。用金属、陶瓷等材料虽然可以部分解决这一问题,但价格高昂。而除了有限的一些材质外,其他大部分材质仍然无法运用在3D打印领域,“3D打印推广最难的地方还是在材质。因为理论上来说,任何材料只要能够黏合堆积,都可以用3D打印打印出来。”陈文娟指出,“目前的问题就是能够用于3D打印的材质还非常有限。”

  另外,3D打印的普及仍然有限。一是3D打印机的普及不足,桌面级3D打印机虽然已经降到数千至数万元的价格区间,但要进入寻常百姓家仍有待时日。工业级3D打印机动辄几十万、上百万元的价格,只有少数大中型企业才能用得起。

  消费市场大规模推广可期

  3D打印产业仍然处在初级阶段,作为一种新兴技术,3D打印在医疗、航空航天等高新行业的广阔前景已毋庸置疑。未来随着更多打印材料的出现,我们可以想见打印更多直接运用的零部件,甚至打印整架飞机外壳都可能实现;而通过把细胞作为打印原料、打印人体组织的试验如果取得成功,将可能对医疗行业带来革 命性的变化。

  而在个人和家庭应用方面,由于技术和原材料要求较低,以及更多厂商不断推出价格平民化的桌面级3D打印机,现阶段的3D打印已经具备了大规模推广的条件。金涛和陈文娟都表示,虽然公司目前的主要客户仍然是企业,但3D打印的发展趋势是家用消费级的应用,他们未来会更着眼于消费类3D打印市场的推广 。

  要实现3D打印家用化的构想,重要一环就是要形成3D打印的“应用市场”。就如智能手机操作系统的普及应用需要App 应用的丰富和普及,家用3D打印同样需要一个通用平台来提供更多的3D打印模型,以降低消费者使用的门槛。

  沿着这一思路,Stratasys在2013 年中收购了主打桌面级应用的3D打印公司Makerbot。这一业界的重量级收购不仅让Stratasys 补足了在桌面级3D打印机市场的短板,同样重要的是它获得Makerbot 维护的Thingiverse.com 网站。这一网站是全球最大的3D 素材社区,用户在此分享的大部分素材都是自己所设计实际物品的3D模型,可以直接加载到3D打印机中进行打印。因此它不但可以解决3D打印用户的模型来源问题,还有可能形成产业链。

  与传统互补,而非颠覆

  展望未来,3D打印在技术端仍然有许多难关需要克服,而且它的技术特点决定了3D打印并不会与传统制造模式形成直接竞争,“我必须谦虚地说,3D打印不可能取代传统制造,”Jonathan 坦陈,“它更多的会与传统制造业形成互补,提高效率。而在一些较为小众的定制化领域,3D打印可以派上更大用场。”

  而在市场推广方面,3D打印仍然有很长一段路要走,“3D打印仍然处在市场‘教育’阶段。我们往往不是告诉消费者你应该买我们的产品,而是告诉他们‘3D打印很有用,你应该试一试’。”Jonathan 说道。

  回到文章一开始的疑问,我们可以肯定地说,在可预见的未来3D打印还无法取代传统制造模式,而将3D打印誉为“引领第三次工业革 命”,则有言过其实之嫌。更中肯地说,3D打印只是新一轮产业变革的推动因素之一,它与互联网、大数据、智能机器人等新技术一同勾勒了“数字化未来”的前景。  

来源: 发布时间:2014-11-28 20:11
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