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天国●地獄●人間

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3D打印机打印未来(zt)  

2013-01-16 12:48:38|  分类: 金融经济 |  标签: |举报 |字号 订阅

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  3D打印机将完全改变人们对传统制造的印象,将真正带来以数字化为核心的第三次工业革命浪潮,被誉为是继蒸汽机、电脑、互联网后又一项伟大的发明。

  21世纪的前10年,是电影《哈利波特》热播的时代。但是谁也不曾想,现实生活中却也出现了神奇的“魔法”。

  不少人都看过猪推进去,而香肠推出来的机器,那是原料加工器;但很少有人能够看到,一台看似平淡无奇的打印机,却能打印出衣服、汽车模型、飞机,更有甚者,利用细胞介质还可以打印出人体各个器官。而这种机器,就是时下非常火爆的3D打印机。

  3D打印技术,又叫快速成型技术。原理是将一项产品设计转化为3D数据,然后将这些数据录入3D打印机,使用合适的添加剂进行逐层打印,然后叠加到一起成为实物。由于能将设计直接转化为实物,因此给人们的生活带来诸多便利。

  也因此,有人说3D打印机的神奇之处在于,它即将完全改变人们对传统制造的印象-原来制造业也可以告别车床、钻头、冲压机、制模机等传统工具。“所以我们说,3D打印机将真正带来以数字化为核心的第三次工业革命浪潮。”中科院计算技术研究所上海分所所长孔华威表示。

  颠覆性的技术革命

  自出现那一刻开始,3D打印技术一直被人褒奖为无所不能。“这是一项颠覆传统生产方式的革命性技术”,有人誉为是继蒸汽机、电脑、互联网后又一项伟大的发明。更有甚者,有未来学家预言,3D打印技术将对人类生活、学习和工作产生深远的影响。

  “由于3D技术可自动、快速、准确地将产品设计直接转化为实物,因此将有效缩短产品研发周期、提高产品质量并缩减生产成本。”孔华威介绍,比如在汽车领域中,70~80%汽车复杂系统的配件都可以用3D打印机打印出来,这对于3D打印机的应用至少是一个重要的方向。

  他表示,3D打印还给设计产业带来了巨大的改变。“那些比较复杂的设计,与人感觉相关的设计,在3D打印机这里能够较好地制作出来。”用3D打印能够把那些需要设计得很微观的模具或者鼠标等形象地打印出来。不仅如此,“原来从设计到样品制作出来需要两三个月之久,但利用3D打印机,只需要两三天就可以了,这将给未来的设计产业将带来很大的变化。”

  也有实践证明,通过3D打印机设计出来的产品也“神奇般”地得到了应用。2011年8月,英国南安普敦大学设计并试飞了世界上第一架“打印飞机”,飞行时速达100公里,其材质质地紧密程度超乎想象。同年9月,世界上第一辆“打印汽车”在加拿大亮相,单缸发动机制动功率8马力,最高时速可达112公里。

  更有甚者,最新的第四代3D打印机除了能打印汽车和房子,还能打印珠宝、牙齿和血管,它对于人类的影响力已经越来越大。

  这些例子,似乎把人拉进了“魔幻现实主义”的世界中,更多的人似乎从中解读到无限的可能。以至于2012年7月,美国宇航局称在研究“未来3D打印宇宙飞船”,此外还正在测试一种太空3D打印机,供宇航员在太空打印所需物品。人们似乎隐隐地感觉到,3D打印机的时代正在来临。



  国内风投开始介入

  正因为3D打印机给人们带来了强烈的思想冲击,它在全球范围内也已经井喷式地增长着。来自WohlersAssociates的数据称,2012年3D打印机的市场规模在17亿美元左右,到2015年该市场的规模将达37亿美元。

  而该产业在国内同样发展迅速,美国机械工程师学会理事长MarcGoldsmith曾表示,“2010年中国占全球市场份额的6.5%,2011年占8.6%”。到了2012年,更是一发不可收拾。可以显见,3D打印技术的发展已经势不可挡,它为制造业打开了一扇的新大门。

  由于饱受追捧,也让3D打印机热“燃烧”到了资本市场。已有美国两家3D打印机生产商在8月股价大幅上扬,国内的A股市场也不甘寂寞,涉及3D打印领域的企业股价连创新高。相关资料显示,由于3D打印需运用到激光技术,东部沿海的一些生产激光晶体元器件的上市企业股价出现不小涨幅。一些资本也陆续向相关企业抛下了橄榄枝。据了解,目前国内已经有几家风险投资基金投资了相关的3D打印领域的企业,孔华威透露,其所属的风投基金就正计划投资一家3D打印企业。

  上世纪七十年代就已有概念提出的3D打印机之所以在如今突然火爆,“因为数字技术进入了桌面化时代,它与分布式制造挂靠在一起,并且与分布式能源结合,便成为第三次工业革命的两个轮子,就开始火起来了。”孔华威介绍,3D打印被搬到了桌子上,逐渐的便捷化也让越来越多人所熟知。

  “想象一下3D打印机对制造业和物流业的革命。某天,你坐在家里,通过淘宝向商家订购一个玩具,但你不用等待几天后快递送到你楼下让你下楼去拿。只需轻动鼠标,商家通过网络发给你一个CAD文件,你直接在家里就能打印出来。”而这一旦应用到工业化大生产之中,当公司能够在需求产品的地方打印出急需的零部件时,为什么还会从国外空运呢?

  还有“最后一公里”

  虽然3D打印市场潜力巨大,以3D打印为代表的数字化、智能化制造以及新型材料的应用,将推动实现“第三次工业革命”,成为引领未来制造业趋势的众多突破之一。但是目前它并没有人们所想象般的“万能”。“3D打印技术在美国正如火如荼地产业化,但目前在国内还处于初级发展阶段。”孔华威说,目前还有不少问题存在。

  首先是核心技术跟不上。“目前3D打印机有很多技术上的问题都没有解决。”最为明显的是材料的局限性。“现在粉末材料能加工成零件的主要是塑料、树脂、陶瓷、金属等,比较有限,而陶瓷、金属加工所需温度非常高,目前技术并不成熟。”

  最为关键的,是不同的材料还不能混在一起打。“现在只能是一次‘打印’一种材料”据孔华威介绍,现有的3D打印技术只能生产由一种材料组成的零件,再组装成成品。“至于一次性直接生产汽车、飞机的说法,目前还有一定距离”。

  此外,3D打印机最核心部件是喷嘴。目前喷嘴有几种:用胶漆喷的和铺粉后再用激光融化后进行打印的(后者做金属类的东西)。此外,就是金属和非金属兼容的喷嘴。“后者一般要同时用到两个喷头,目前国内还没有这个技术,连国外也无法解决”。

  技术上的屏障,使3D打印机性能还有待进一步提升。有业内人士反应称,由于3D打印机采用层层叠加工艺,层和层之间的粘结再紧密,也无法和传统模具整体浇铸的零件相媲美;同时,每一层的厚度再薄,也是一层一个坎,外表面仍需打磨才能满足精度要求。

  而国产的性能相比海外,在高端品种上更是存在差距。“比如说国产的打印机出来的‘丝’不如国外的干净,材料的不光滑让打印出来的产品看起来不那么漂亮。”孔华威介绍。

  与此同时,价格因素也成为3D打印机发展的瓶颈。目前3D打印机的价格差距悬殊,低端的家用型价格低至数千元,但高端的价格可以高至数百万元。不仅如此,打印所需原料价格也是差距甚大。“低端原料国内已经能自产,价格比较便宜,但高端的只能从国外进口,价格很昂贵,导致成品价格也非常贵。”仅以一个飞机小零件“3D打印”而言,打印这种部件的金属粉末原料,一公斤需8万元,这个零件从“3D打印”出来至少要卖2万元,其价格之高令人乍舌。

  不容忽视的是,虽然3D打印能够打印出各种新奇的设计,但它却无法应用于工业化大批量生产。“如果新研发一个新产品,单件小批量生产,用3D打印肯定比传统开模具生产要快。但如果批量生产,3D打印显然不适合。”就和普通打印一样,打印几张纸用打印机很快,但如果印书,到印刷厂做成模板再印则快得多。

  也正因此,“前几代3D打印只能打印纸质、塑料模型,打印时间长,打印成本高,打印过程中还会产生污染,不够环保,导致3D打印机会不断推陈出新。”但随着一些新技术的攻克,国内已经出现了不少3D打印机生产商。“目前上海已经有两三家在做,杭州等城市也陆陆续续在做这个3D打印。”孔华威介绍。

  虽然3D打印机在国内慢慢地铺开市场,但在饱受追捧的背后,不少专家也开始隐隐地担忧,“核心的技术还掌握在国外手中。”3D打印机在中国发展的出路在哪里?

  “目前,最好的方式是利用这一领域的开源,我们可以把国外的图纸、控制器都拿到国内,这样国内与国外就处于同一起跑线了,即便万一这行业由开源走向封闭,那么国内还可以根据之前的积累往前走。”孔华威介绍,如果真正要解决一些技术上的问题,还需要大量的时间和精力去投入,这里需要政府包括政策、资金等全方位的持续支持。如果核心技术没有突破,3D打印机在火爆之后就难以为继。在这一方面,前几年新能源产业从朝阳产业迅速沦落的经历或许可以为我们敲响警钟。
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