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華成精密模具(常熟)有限公司
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邁入3D打印時(shí)代
2018/1/4
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3D打印(3Dprinting)(或稱快速成型制造、快速制造、智能制造、增材制造)技術(shù)是制造業(yè)領(lǐng)域正在迅速發(fā)展的一項(xiàng)新興技術(shù),是以計(jì)算機(jī)三維設(shè)計(jì)模型為藍(lán)本,通過軟件分層離散和數(shù)控成型系統(tǒng),利用激光束、熱熔噴嘴等方式將金屬粉末、陶瓷粉末、塑料、細(xì)胞組織等特殊材料進(jìn)行逐層堆積黏結(jié),最終疊加成型,制造出實(shí)體產(chǎn)品,被稱為“具有工業(yè)革命意義的制造技術(shù)”。
與傳統(tǒng)制造業(yè)通過模具、車銑等機(jī)械加工方式對(duì)原材料進(jìn)行定型、切削以最終生產(chǎn)成品不同,3D打印將三維實(shí)體變?yōu)槿舾蓚€(gè)二維平面,通過對(duì)材料處理并逐層疊加進(jìn)行生產(chǎn),大大降低了制造的復(fù)雜度。這種數(shù)字化制造模式不需要復(fù)雜的工藝、不需要龐大的機(jī)床、不需要眾多的人力,直接從計(jì)算機(jī)圖形數(shù)據(jù)中便可生成任何形狀的零件,使生產(chǎn)制造得以向更廣的生產(chǎn)人群范圍延伸。因此,3D打印技術(shù)的出現(xiàn)將從兩個(gè)方面深刻改變傳統(tǒng)制造業(yè)形態(tài):一是使制造工藝發(fā)生深刻變革;二是使制造模式發(fā)生革命性變化。
3D打印是“增材制造”(AdditiveManufacturing)的主要實(shí)現(xiàn)形式。“增材制造”的理念區(qū)別于傳統(tǒng)的“去除型”制造。傳統(tǒng)數(shù)控制造一般是在原材料基礎(chǔ)上,使用切割、磨削、腐蝕、熔融等辦法,去除多余部分,得到零部件,再以拼裝、焊接等方法組合成最終產(chǎn)品。而“增材制造”與之截然不同,無需原胚和模具,就能直接根據(jù)計(jì)算機(jī)圖形數(shù)據(jù),通過增加材料的方法生成任何形狀的物體,簡化產(chǎn)品的制造程序,縮短產(chǎn)品的研制周期,提高效率并降低成本。
主要材料和關(guān)鍵配件是原材料(粉末、樹脂、線材等),激光發(fā)生器,控制系統(tǒng),這三部分是附加值的,國內(nèi)做的3D打印,更多的是在做組裝機(jī)器和成型軟件,用量較大的粉末材料,這可以顛覆傳統(tǒng)的鑄造、機(jī)械加工;國外的主要廠商是3DSystem,STRATASYS,eos,他們是全產(chǎn)業(yè)鏈,玩轉(zhuǎn)的基因是全產(chǎn)業(yè)鏈通。
目前3D打印工業(yè)機(jī)的價(jià)格在30萬美元-150萬美元,而國內(nèi)的機(jī)床價(jià)格普遍在10萬美元以下,3D打印機(jī)是機(jī)器,這個(gè)產(chǎn)業(yè)要替代傳統(tǒng)需要等到鋼材價(jià)格、人工成本、能源價(jià)格大幅上漲,信息化社會(huì)形成的時(shí)候才可以談競爭;目前來講,醫(yī)療、教育、航空航天、汽車等應(yīng)用發(fā)展趨勢較好。
一些中小企業(yè)成為國外3D打印設(shè)備的代理商,經(jīng)銷全套打印設(shè)備、成型軟件和特種材料。還有一些中小企業(yè)購買了國內(nèi)外各類3D打印設(shè)備,專門為相關(guān)企業(yè)的研發(fā)、生產(chǎn)提供服務(wù)。其中,廣東省工業(yè)設(shè)計(jì)中心、杭州先臨快速成型技術(shù)有限公司等企業(yè),設(shè)立了3D打印服務(wù)中心,發(fā)揮科技人才密集的優(yōu)勢,向國內(nèi)外客戶提供服務(wù),取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。
目前,激光直接加工金屬技術(shù)發(fā)展較快,已基本滿足特種零部件的機(jī)械性能要求,應(yīng)用于航天、航空裝備制造;同時(shí),生物細(xì)胞3D打印技術(shù)取得顯著進(jìn)展,已可以制造立體的模擬生物組織,為我國生物、醫(yī)學(xué)領(lǐng)域科學(xué)研究提供了關(guān)鍵的技術(shù)支撐。
方面,清華大學(xué)的顏永年,華科大的史玉升,西交大的盧秉恒,北航的王華明,湖南華曙的許小曙,技術(shù)不一樣,排名沒有價(jià)值。目前王華明、顏永年參與了上市公司產(chǎn)業(yè)化,華科大曾經(jīng)有深圳創(chuàng)投介入,西交大資本化較弱。
從國內(nèi)整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈來講,技術(shù)基本是看了國外的,在國內(nèi)高校研發(fā),進(jìn)行產(chǎn)業(yè)化,SLMSLSSLAFDM技術(shù)在國外都有競爭力,但是材料、激光器需要進(jìn)口,利潤較薄,機(jī)器和材料上還是國外壟斷,國內(nèi)市場在全球份額在8-10%。
中美差異在于,中國的市場潛力巨大,世界,但是創(chuàng)新和科技實(shí)力弱,材料、信息技術(shù)、理念這些不利于3D打印的上游技術(shù)發(fā)展。3D打印發(fā)展,工業(yè)、消費(fèi)品并重,短期來看,工業(yè)市場更吸引人。3D打印工藝眾多,產(chǎn)出成品率按照材料和質(zhì)量要求不同而不同,3D打印與傳統(tǒng)制造的比較更多應(yīng)在效率、復(fù)雜、難度上面。
一、3D打印需要依托多個(gè)學(xué)科領(lǐng)域的技術(shù),至少包括以下方面:
信息技術(shù):要有專業(yè)的設(shè)計(jì)軟件及數(shù)字化工具,輔助設(shè)計(jì)人員制作出產(chǎn)品的三維數(shù)字模型,并且根據(jù)模型自動(dòng)分析出打印的工序,自動(dòng)控制打印器材的走向。
精密機(jī)械:3D打印以“每層的疊加”為加工方式。要生產(chǎn)高精度的產(chǎn)品,必須對(duì)打印設(shè)備的程度、穩(wěn)定性有較高的要求。
材料科學(xué):用于3D打印的原材料較為特殊,必須能夠液化、粉末化、絲化,在打印完成后又能重新結(jié)合起來,并具有合格的物理、化學(xué)性質(zhì)。
二、我國發(fā)展3D打印產(chǎn)業(yè)的重要戰(zhàn)略意義:
發(fā)展3D打印產(chǎn)業(yè),可以在提升我國工業(yè)領(lǐng)域的產(chǎn)品開發(fā)水平的同時(shí)有助于攻克技術(shù)難關(guān),并且易形成新的經(jīng)濟(jì)增長點(diǎn),促進(jìn)就業(yè)。
當(dāng)前,全球正在興起新一輪數(shù)字化制造浪潮。發(fā)達(dá)面對(duì)近年來制造業(yè)競爭力的下降,大力倡導(dǎo)“再工業(yè)化、再制造化”戰(zhàn)略,提出智能機(jī)器人、人工智能、3D打印是實(shí)現(xiàn)數(shù)字化制造的關(guān)鍵技術(shù),并希望通過這三大數(shù)字化制造技術(shù)的突破,鞏固和提升制造業(yè)的主導(dǎo)權(quán),加快3D打印產(chǎn)業(yè)發(fā)展,推動(dòng)我國由“工業(yè)大國”向“工業(yè)強(qiáng)國”的轉(zhuǎn)變。
發(fā)展3D打印產(chǎn)業(yè),可以提升我國工業(yè)領(lǐng)域的產(chǎn)品開發(fā)水平,提高工業(yè)設(shè)計(jì)能力傳統(tǒng)的工業(yè)產(chǎn)品開發(fā)方法,往往是先開磨具,然后再做出樣品,而運(yùn)用3D打印技術(shù),無需開磨具,可以把制造時(shí)間降低為以前的1/10到1/5,費(fèi)用降低到1/3以下。一些好的設(shè)計(jì)理念,無論其結(jié)構(gòu)和工藝多么復(fù)雜,均可利用3D打印技術(shù),短時(shí)間內(nèi)制造出來,從而極大地促進(jìn)了產(chǎn)品的創(chuàng)新設(shè)計(jì),有效克服我國工業(yè)設(shè)計(jì)能力薄弱的問題。
發(fā)展3D打印產(chǎn)業(yè),可以生產(chǎn)出復(fù)雜、特殊、個(gè)性化產(chǎn)品,有助于攻克技術(shù)難關(guān)
3D打印可以為基礎(chǔ)科學(xué)技術(shù)的研究提供重要的技術(shù)支持。在航天、航空、大型武器等裝備制造業(yè),零部件種類多、性能要求高,需要進(jìn)行反復(fù)測試。運(yùn)用3D打印,除了在研制速度上具有優(yōu)勢外,還可以直接加工出特殊、復(fù)雜的形狀,簡化裝備的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),化解技術(shù)難題,實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵性能的趕超。
發(fā)展3D打印產(chǎn)業(yè),可以形成新的經(jīng)濟(jì)增長點(diǎn),促進(jìn)就業(yè)
隨著3D打印的普及,“大批量的個(gè)性化定制”將成為重要的生產(chǎn)模式。3D打印與現(xiàn)代服務(wù)業(yè)的緊密結(jié)合,將衍生出新的細(xì)分產(chǎn)業(yè)、新的商業(yè)模式,創(chuàng)造出新的經(jīng)濟(jì)增長點(diǎn)并增加社會(huì)就業(yè)。如自主創(chuàng)業(yè)者可以通過購置或者租賃低成本的3D打印設(shè)備(一些3D打印設(shè)備已低于1萬元),利用電子商務(wù)等平臺(tái)提供服務(wù),為大量消費(fèi)者定制生活用品、文體器具、工藝裝中國重大機(jī)械裝備飾品等各類中小產(chǎn)品,激發(fā)個(gè)性化需求,形成一個(gè)數(shù)百億甚至數(shù)千億元規(guī)模的文化創(chuàng)意制造
三、支持我國3D打印產(chǎn)業(yè)發(fā)展的政策建議:
采取財(cái)稅金融政策上積極支持、積極引導(dǎo)建立行業(yè)協(xié)會(huì),鼓勵(lì)研發(fā),加強(qiáng)教育培訓(xùn)等措施,進(jìn)一步促進(jìn)3D打印社會(huì)化推廣。
制定數(shù)字化制造規(guī)劃,促進(jìn)3D產(chǎn)業(yè)優(yōu)先發(fā)展
建議將3D打印技術(shù)定位為生產(chǎn)性服務(wù)業(yè)、文化創(chuàng)意、工業(yè)設(shè)計(jì)、電子商務(wù)及制造業(yè)信息化工程的關(guān)鍵技術(shù)和共性技術(shù),將該產(chǎn)業(yè)納入優(yōu)先發(fā)展產(chǎn)業(yè)及產(chǎn)品目錄。在財(cái)稅金融政策上,鼓勵(lì)企業(yè)投資、研發(fā)、生產(chǎn)和應(yīng)用3D打印,支持3D打印設(shè)備的進(jìn)出口。
加強(qiáng)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟、行業(yè)協(xié)會(huì)建設(shè),推動(dòng)3D產(chǎn)業(yè)協(xié)同發(fā)展
積極引導(dǎo)工業(yè)設(shè)計(jì)企業(yè)、3D數(shù)字化技術(shù)提供商、3D打印機(jī)及材料研發(fā)企業(yè)和機(jī)構(gòu)、3D打印服務(wù)應(yīng)用提供商組建產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟,利用有關(guān)學(xué)會(huì)、協(xié)會(huì)的平臺(tái)加強(qiáng)研討和交流,共同推動(dòng)3D打印技術(shù)研發(fā)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)制定。促進(jìn)3D打印技術(shù)發(fā)展的市場平臺(tái)建設(shè),包括3D打印電子商務(wù)平臺(tái)、3D打印數(shù)據(jù)和產(chǎn)權(quán)保護(hù)機(jī)制、3D打印及周邊項(xiàng)目投融資機(jī)制等,促進(jìn)產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展。
加大科技扶持力度,提升3D打印技術(shù)水平
設(shè)立專項(xiàng)基金,重點(diǎn)推進(jìn)數(shù)字化技術(shù)、軟件控制、打印裝置、材料技術(shù)等關(guān)鍵技術(shù)的研發(fā)。在研發(fā)扶持中,要注意建立公平、公正的研發(fā)績效評(píng)估體系,鼓勵(lì)各研發(fā)主體探索不同的技術(shù)路徑。加強(qiáng)對(duì)3D打印產(chǎn)學(xué)研合作的支持,特別對(duì)實(shí)施產(chǎn)業(yè)化的企業(yè)在市場銷售、社會(huì)推廣上給予政策支持。
加強(qiáng)教育培訓(xùn),促進(jìn)3D打印社會(huì)化推廣將3D打印技術(shù)納入相關(guān)學(xué)科建設(shè)體系,培養(yǎng)3D打印技術(shù)人才。依靠行業(yè)協(xié)會(huì)、博覽會(huì)、論壇等組織形式進(jìn)行3D打印技術(shù)和周邊應(yīng)用的培訓(xùn)。在科技館、文化藝術(shù)中心、青少年活動(dòng)中心等公共機(jī)構(gòu)進(jìn)行3D打印技術(shù)的展示、宣傳和推廣。發(fā)展3D打印服務(wù)中心,推廣3D打印技術(shù)應(yīng)用,為發(fā)展3D打印產(chǎn)業(yè)積累應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)。
3D打印領(lǐng)域發(fā)展迅猛,從巨型的房屋打印機(jī)到微型的納米級(jí)細(xì)胞打印機(jī),各種新技術(shù)層出不窮,但是主要還是集中在專業(yè)領(lǐng)域,民用市場還是以簡單架構(gòu)的熔融沉積快速成型(FDM)技術(shù)為主,無論效果還是精度都差強(qiáng)人意。隨著技術(shù)發(fā)展和成本降低,桌面級(jí)3D打印機(jī)也能夠真正實(shí)現(xiàn)所見即所得的打印效果, 3D打印改變世界將不再是一個(gè)夢想。
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