可騎的自行車、可住的房子、甚至是可以吃的鮮肉……最近一段時間,這些頻頻曝光的美國3D打印產(chan) 品,賺足了國人的眼球。
疲軟的經濟形勢下,誰能帶領“中國製造”走出危機?從(cong) “天津2012夏季達沃斯論壇”到剛剛閉幕的“浙商新動力”論壇,都不約而同地提到了“3D打印”技術。被英國《經濟學人》扣上“工業(ye) 革命”帽子的3D打印也因此備受關(guan) 注。但是,3D打印技術在國內(nei) 廣泛應用尚需時日。
在3D打印技術中激光選擇性燒結和激光快速成型技術得到廣泛使用,提高效率。
快速成型(Rapid Prototyping, RP)中采用的技術和材料,正如其輔助設計的新產(chan) 品一樣,發展可謂日新月異。從(cong) 環氧樹脂到生物兼容的鈷鉻合金材料都能進行激光燒結,而且速度、定製化和精密程度都使得成型技術在傳(chuan) 統和新市場的應用範圍大大拓寬了。
通常被稱為(wei) 激光加層製造(Additive Layer Manufacturing, ALM)的激光燒結為(wei) 產(chan) 品開發和製造增加了柔性,這主要得益於(yu) 其能夠創造出到目前為(wei) 止還不可能或者因成本過高而無法製造出的幾何體(ti) 。早期的ALM技術使用者遍布許多行業(ye) ,包括航空航天、汽車、醫療,以及牙科;體(ti) 育和娛樂(le) 產(chan) 品的製造;以及一係列的塑料和金屬產(chan) 品供應商。
采用激光燒結技術的主要原因包括來自定製化產(chan) 品的需求,創造複雜形體(ti) 的需求,縮減生產(chan) 時間,以及因產(chan) 量過少無法通過傳(chuan) 統工藝實現成本效率。
自從(cong) 二十世紀九十年代早期,激光燒結就成為(wei) 產(chan) 品開發的一項成功的工具。作為(wei) 快速原型設計理念的技術解決(jue) 方案,基於(yu) 三維 CAD 數據它能夠在幾天內(nei) 就得到功能完全的原型,模具或模型,有助於(yu) 大大減低投入市場的時間。該技術的改進和相關(guan) 知識的增加從(cong) 許多方麵擴大了它的使用範圍。目前,激光燒結是電子化製造的關(guan) 鍵技術,它直接從(cong) CAD 文件進行快速、靈活和劃算的生產(chan) 。
激光燒結是一項分層加工製造技術 , 這項技術的前提是物件的三維數據可用。而後三維的描述被轉化為(wei) 一整套切片,每個(ge) 切片描述了確定高度的零件橫截麵。激光燒結機器通過把這些切片一層一層的累積起來,從(cong) 而得到所要求的物件。在每一層,激光能量被用於(yu) 將粉末熔化。借助於(yu) 掃描裝置,激光能量被“打印”到粉末層上,這樣就產(chan) 生了一個(ge) 固化的層,該層隨後成為(wei) 完工物件的一部分。下一層又在第一層上麵繼續被加工,一直到整個(ge) 加工過程完成。後來居上
部分國產(chan) 設備達歐美水平
位居杭州下沙工業(ye) 區的杭州先臨(lin) 三維科技股份有限公司號稱是國內(nei) 綜合實力最強的3D打印公司,可以向客戶提供快速三維掃描、快速製造、快速模具、三維測繪等服務。目前,先臨(lin) 三維擁有十幾個(ge) 型號的3D打印機,掌握六種生產(chan) 工藝。
先臨(lin) 三維副總經理兼董秘黃賢清告訴證券時報記者,3D打印是一片一片地打印,然後疊加到一起,成為(wei) 一個(ge) 立體(ti) 物體(ti) 。說得簡單點,就是由點堆積成麵,再由麵堆積成實體(ti) 。3D打印技術的曆史由來已久。1986年,美國3D Systems公司推出了第一款工業(ye) 化的3D打印設備;中國從(cong) 1994年開始研究3D打印,北京隆源公司於(yu) 1995年成功研發了一台AFS激光快速成型機,隨後華中科技大學也研製出了SLS快速成型機。
如今國內(nei) 的3D打印已經形成產(chan) 業(ye) 。鬆下家用電器(杭州)有限技術服務公司、萬(wan) 向集團、成都飛機設計院、航天材料及工藝研究所、中材國際股份有限公司等國內(nei) 知名企業(ye) ,均為(wei) 先臨(lin) 三維的客戶。鬆下杭州服務公司研發的樣品都是通過3D打印出來的,隻是以前需要到日本去做,現在則可以直接在杭州當地完成。
在先臨(lin) 三維的展示廳,擺放著形態各異的藝術品、玩具、電影人物模型,它們(men) 都是用3D打印機打出來的成品。其中,專(zhuan) 為(wei) 西安世園文化創意有限公司製作的《大漢十六品》是先臨(lin) 三維的一件得意作品。先臨(lin) 三維對《大漢十六品》原型的局部數據采集精度達到了0.01毫米,模具精度達到0.2~0.4毫米,堪稱有史以來最逼真的文物作品複製。
不過,先臨(lin) 三維的現有設備主要來自歐美等國製造。一台從(cong) 德國EOS公司引進的設備售價(jia) 近400萬(wan) 元人民幣,它是基於(yu) 高性能材料(塑料與(yu) 金屬)的高端3D打印機。
事實上,在經過近20年的研發,國內(nei) 的3D打印設備也在不斷取得突破,華中科技大學史玉升教授的研究團隊開發的1.2米×1.2米的“立體(ti) 打印機”,是目前世界上最大成形空間的快速製造裝備,遠遠超過國外同類裝備水平,並因此獲得2011年國家技術發明二等獎。
史玉升教授研究團隊的重要骨幹黃智告訴記者,廣西玉柴機器股份有限公司運用該技術生產(chan) 六缸發動機缸蓋,一個(ge) 星期內(nei) 可以整體(ti) 成形出四氣門六缸發動機缸蓋砂芯。而采用傳(chuan) 統的砂型鑄造試製方法,僅(jin) 工裝模具的設計製造周期通常需要5個(ge) 月左右。 錢景誘人
產(chan) 業(ye) 資本結盟高校
“3D打印”是通俗的叫法,學術名稱為(wei) “快速成型技術”,也稱為(wei) “增材製造技術”。這種技術是依據物體(ti) 的三維模型數據,通過成型設備以材料累加的方式,製成實物模型,甚至直接製造零件或模具,從(cong) 而縮短產(chan) 品研發周期、並縮減生產(chan) 成本。3D打印熱的興(xing) 起,讓這個(ge) 產(chan) 業(ye) 受到了外界前所未有的關(guan) 注。在產(chan) 業(ye) 資本爭(zheng) 相試水的背後,均能找到高校的身影。
8月底,南風股份公告決(jue) 定投資“重型金屬構件電熔精密成型技術產(chan) 業(ye) 化項目”。項目總投資為(wei) 1.7億(yi) 元,所需資金由子公司南方風機研究所自籌。而風機研究所的二股東(dong) 、持股31%的王華明可謂該3D打印領域國內(nei) 最權威的專(zhuan) 家之一,年過50的王華明現任北京航空航天大學教授、博士生導師、“北京市大型關(guan) 鍵金屬構件激光直接製造工程技術研究中心”主任、“大型整體(ti) 金屬構件激光直接製造教育部工程研究中心”主任。
在南風股份之前,中航重機也瞄上了王華明研究團隊。2011年7月,中航重機宣布與(yu) 控股子公司中航(沈陽)高新科技有限公司、王華明研發團隊決(jue) 定共同投資成立中航激光成形製造有限公司。
銀邦股份亦是同樣在借力的淘金者。8月15日,銀邦股份與(yu) 無錫安迪利捷貿易有限公司簽訂框架協議,雙方的合資公司將利用3D打印技術之一的激光快速成型技術,生產(chan) 高密度、高精度粉末冶金零件以及醫療器械零部件等產(chan) 品。資料顯示,銀邦股份的合作夥(huo) 伴無錫安迪利捷貿易有限公司的實際控製人為(wei) 吳鑫華,現任英國伯明翰大學多學科研究中心教授、先進材料設計和加工研究室主任以及英國材料協會(hui) 院士。
據了解,國內(nei) 快速成型係統的科研團隊主要包括清華大學顏永年團隊、華中科技大學史玉升研究團隊、西安交通大學盧秉恒團隊,及北京航空航天大學王華明團隊等。快速成型技術的發展,使得這些團隊越來越受到產(chan) 業(ye) 資本的關(guan) 注。#p#分頁標題#e#
以華中科技大學史玉升研究團隊為(wei) 例,該團隊正力圖通過武漢濱湖機電技術產(chan) 業(ye) 有限公司使研究成果商業(ye) 化,濱湖機電的股東(dong) 中就有資本市場聲名顯赫的深圳創新投資集團。
科技部國家製造業(ye) 資訊化培訓中心(3D辦)主任魯君尚對近年來國內(nei) 3D打印熱深有體(ti) 會(hui) ,他告訴證券時報記者:“2000年在全國各地講3D打印方麵的知識時,很多人不知所雲(yun) ;但現在明顯不同了,很多機構、包括地方政府,都在主動邀請我們(men) 去講課。”瓶頸待解
耗材難題最致命
幾乎每一項新技術應用,都會(hui) 經曆很長的市場培育期。3D打印技術雖然已有近20年的發展曆程,但仍存在缺陷。
耗材的局限性是3D打印不得不麵對的現實。目前,3D打印的耗材非常有限,現有的市場上的耗材多為(wei) 石膏、無機粉料、光敏樹脂、塑料等。如果真要“打印”房屋或汽車,光靠這些材料是遠遠不夠的。比如最重要的金屬構件,這恰恰是3D打印的軟肋。
耗材的缺乏,也直接關(guan) 係到3D打印的價(jia) 格。黃智拿著一件3D打印品對證券時報記者說,“這是一件飛機零部件,打印這種樣品的金屬粉末耗材一斤就要賣4萬(wan) 元,所以3D打印樣品至少要賣2萬(wan) 元。但是,如果采用傳(chuan) 統的工藝去工廠開模打樣,幾千元就可以做到。”
直接麵向市場的先臨(lin) 三維對耗材難題感受最深。因為(wei) 價(jia) 格的問題,他們(men) 很多客戶往往望而止步,除非在需求緊急的情況下。否則,客戶們(men) 還是通過傳(chuan) 統的方式。
成型精度和質量問題,也在困擾先臨(lin) 三維。他們(men) 稱,由於(yu) 3D打印工藝發展還不完善,特別是對快速成型軟件技術的研究還不成熟,目前快速成型零件的精度及表麵質量大多不能滿足工程直接使用,不能作為(wei) 功能性部件,隻能做原型使用。
以Stratasys公司3D打印車為(wei) 例,車子固然能“打印”出來了,但是否能在路上順利跑起來?使用壽命又有多長?從(cong) 現有的技術來看,恐怕有點夠嗆:由於(yu) 采用層層疊加的增材製造工藝,層和層之間的粘結再緊密,也無法和傳(chuan) 統模具整體(ti) 澆鑄而成的零件相媲美,這意味著在一定外力條件下,“打印”的部件很可能會(hui) 散架。
2004年成立至今,先臨(lin) 三維年複合增長率在100%以上。“今年,先臨(lin) 三維的營業(ye) 收入應該會(hui) 在7000萬(wan) 元左右。”但是,黃賢清拒絕向記者透露先臨(lin) 三維的淨利潤狀況。但他承認,過去的高速增長主要源自基數低,而且這7000萬(wan) 元的收入,還包括前期的三維掃描。
魯君尚表示,3D打印技術的確可以改變產(chan) 品的開發、生產(chan) ,但賦予3D打印“第三次工業(ye) 革命”有點言過其實。單件小批量、個(ge) 性化、及網絡社區化生產(chan) 模式,決(jue) 定了3D打印技術與(yu) 傳(chuan) 統的鑄造建模技術,是一種相輔相成的關(guan) 係。
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