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3D新聞

3D打印,緩慢的“革命”仍在繼續

星之球科技 來源:第一財經雜誌2021-06-28 我要評論(0 )   

2020年以來的新冠疫情讓3D打印技術再次回歸大眾(zhong) 視野。麵對醫護物資短缺問題,一些設計師、製造公司利用這項技術製作防護麵罩、護耳夾和呼吸閥中的關(guan) 鍵部件,3D打印一時...


2020年以來的新冠疫情讓3D打印技術再次回歸大眾(zhong) 視野。麵對醫護物資短缺問題,一些設計師、製造公司利用這項技術製作防護麵罩、護耳夾和呼吸閥中的關(guan) 鍵部件,3D打印一時成為(wei) 救場奇兵。



3D打印的技術名稱為(wei) “增材製造”(Additive Manufacturing),簡單來說,是把數據和原料放進3D打印機,用程序控製物質的形狀、構成和行為(wei) ,將材料逐層堆積後製造出實體(ti) 物品。傳(chuan) 統製造業(ye) 采用的材料加工技術多為(wei) “減材製造”,即通過切削原材料生成新產(chan) 品。1986年,美國科學家Chuck Hull發明了第一台3D打印機,開啟了該技術在業(ye) 內(nei) 的廣泛應用。



2012年,《經濟學人》雜誌在封麵報道中重點討論了3D打印技術,並將其稱為(wei) 能引發“第三次工業(ye) 革命”的眾(zhong) 多突破之一。作者評價(jia) 稱,3D打印能提高知識型勞動者的地位,甚至能改變經濟發展形態,推動資本主義(yi) 由壟斷、集權式向分散、自由式過渡。



3D打印行業(ye) 媒體(ti) 南極熊告訴《第一財經》YiMagazine,2015年至2016年是行業(ye) 熱度的最高峰,全中國同時有1000多家相關(guan) 公司,當時有大量投資人將目光看向這一“朝陽產(chan) 業(ye) ”。據市場調研機構艾媒谘詢發布的數據,2016年,中國3D打印市場的規模約為(wei) 109億(yi) 元,同比增長了38%。



但就像資本市場很多類似的故事一樣,經曆一段時間的輿論喧囂後,3D打印賽道似乎逐漸沉寂了——人們(men) 早年預期發生的種種改變並未如約到來,公司倒閉,投資者撤離……對普通消費者而言,3D打印仍是一個(ge) 有些陌生的名詞。



原本,疫情中的應急需求應該是一個(ge) 推動行業(ye) 發展的契機。但一年過去,疫情期間火熱的各類DIY式的3D打印技術並未讓這個(ge) 行業(ye) 出現跨越式發展。這個(ge) 被認為(wei) 可以重新定義(yi) 我們(men) 設計產(chan) 品的方式、創造新的商業(ye) 模式,甚至能拯救生命的技術,如今正處於(yu) 一個(ge) 尷尬的局麵:看起來前景明亮,事實上卻長期處於(yu) 緩慢進程中。



“整個(ge) 行業(ye) 的發展速度比我想象的要慢,我們(men) 幾年前就預計會(hui) 有很多家庭購買(mai) 3D打印機,在工業(ye) 生產(chan) 中也可以大量應用,但就目前的市場來看,應用的體(ti) 量還很小。”南極熊創始人黎海雄說。



2013年,美國康奈爾大學教授胡迪·利普森在專(zhuan) 著《3D打印》中預言,3D打印領域會(hui) 出現一家類似於(yu) 蘋果的公司,它們(men) 將采用相似的消費者戰略,比如開發出一款爆款應用程序,或者創造出一個(ge) 用戶友好的端到端平台,3D打印的家用和消費者市場會(hui) 因此呈爆炸式增長。



8年後,這樣的預言依然隻是預言。事實是,大部分國內(nei) 消費者和小企業(ye) 並未深入了解3D打印,或者還沒有動力購買(mai) 家用或辦公用的3D打印機,3D打印市場仍囿於(yu) 製造業(ye) 和工業(ye) 設計中。



難以實現規模化,是3D打印行業(ye) 始終麵臨(lin) 的難題。據多位受訪者介紹,目前3D打印公司的業(ye) 務仍以項目製為(wei) 主,但項目本身很難實現規模化,投資人下手會(hui) 相對謹慎。



物流行業(ye) 的高速發展也在一定程度上對3D打印行業(ye) 造成了擠壓。對企業(ye) 而言,高效物流可以讓全球各地的廠商共享供應鏈,有樣件生產(chan) 需求的企業(ye) 可以直接找到設備生產(chan) 商下單,而不用自己添置一台3D打印機;對普通消費者來說,當日達、次日達的物流周轉速度提供了極大便利,電商平台豐(feng) 富的品類已經讓人目不暇接,“用家用打印機做東(dong) 西”也因此變得過於(yu) 理想化。



早期的3D打印從(cong) 業(ye) 者主要靠生產(chan) 打印製造裝備盈利,作為(wei) 整個(ge) 產(chan) 業(ye) 的中遊環節,設備商掌握整個(ge) 3D打印過程的核心技術,來錢速度快,也容易自成體(ti) 係。前瞻產(chan) 業(ye) 研究院發布的一組數據顯示,2016年,設備銷售帶來的產(chan) 值占到了3D打印行業(ye) 總產(chan) 值的一半,緊隨其後的是材料技術和打印服務,產(chan) 值比例隻有26.9%和23%。



但據黎海雄觀察,不同技術種類的打印設備,銷售情況也不大相同:某些種類的3D打印機(如全彩石膏3D打印機)並沒有想象中那麽(me) 好賣,賣出之後,許多客戶也並沒有借此將生意做大,導致此類打印機複購率低下,但金屬3D打印機、光固化樹脂3D打印機等機型近幾年增長迅速。“如今發展到做服務和做應用,用3D打印機給細分行業(ye) 打印零件產(chan) 品逐漸成了更主流的模式。”他說。



國內(nei) 工業(ye) 級3D打印設備製造和解決(jue) 方案提供商易加三維,正是這一趨勢的見證者。這家公司成立於(yu) 2014年,主要麵向加工廠提供to B業(ye) 務。憑借近30年的從(cong) 業(ye) 經驗,易加三維創始人馮(feng) 濤很早就意識到,3D打印設備的市場不應局限於(yu) 模型製造,而是更廣泛的產(chan) 品或零部件直接批量製造。



從(cong) 模型製造到零部件的直接製造,背後是相關(guan) 技術的長足發展。據馮(feng) 濤介紹,過去3D打印設備采用的技術名為(wei) 快速成型(rapid prototyping),依靠此技術可以快速生成物理實物模型,方便驗證設計和功能,及時發現問題。如今這項技術發展成為(wei) 直接製造(direct manufacturing),客戶購買(mai) 3D打印設備後可以直接基於(yu) 數字模型生產(chan) 出最終零部件,並投入使用。



當3D打印設備可以直接生產(chan) 關(guan) 鍵零部件時,企業(ye) 客戶的購買(mai) 需求自然也會(hui) 增強。2019年,易加三維的金屬3D打印設備出貨量為(wei) 52台,設備單價(jia) 在100萬(wan) 至數百萬(wan) 元不等。這並不是一個(ge) 多大的出貨量,但馮(feng) 濤看到了近兩(liang) 年有一個(ge) 很大的變化,“設備的買(mai) 方基本上是真正的用戶,這些設備作為(wei) 生產(chan) 工具在日夜不停地運行。”



麵向不同的細分市場,易加三維還配套推出了不同的設備類型。由於(yu) 目前3D打印細分市場的發展程度還不充分,易加三維的3D打印設備主要限於(yu) 齒科機、模具機和航空航天機三大類。這意味著,3D打印行業(ye) 正在走出靠售賣標準化機器盈利的傳(chuan) 統模式,與(yu) 產(chan) 業(ye) 鏈的中下遊結合得也更緊密。



這一商業(ye) 模式的轉變並不隻發生在國內(nei) 市場。Materialise是一家比利時軟件和3D打印服務提供商,其CEO在公司發布的2019年行業(ye) 趨勢報告中稱,3D打印行業(ye) 將由技術驅動轉向應用驅動,投資人的焦點將不再是機器製造商,而是傾(qing) 向於(yu) 投資那些在特定領域應用3D打印創造真正價(jia) 值的公司和初創企業(ye) 。



如今,工業(ye) 領域的3D打印機可以幫企業(ye) 製造大到汽車、小到肉眼幾乎無法看到的針頭等物品。在國內(nei) ,3D打印的應用場景主要包括航空航天、軍(jun) 工、首飾珠寶、醫療正畸等領域,比如航空航天領域產(chan) 品線上成批的複雜零件,以及用光學掃描捕捉內(nei) 耳的精確形狀,實現助聽器定製生產(chan) 等。



不過,這些廣泛的應用場景同時也意味著市場需求的相對分散,對一項尚處於(yu) 成長階段的技術而言,這種分散性並不一定是好事。大多數初創公司總是能推出一個(ge) 博人眼球的好主意,隨後便沉寂在無數的創意中。



根本原因是麵向B端的3D打印產(chan) 品可以輔助傳(chuan) 統製造業(ye) 解決(jue) 部分痛點,但難以實現高頻率購買(mai) ,自然也就無法產(chan) 生規模化效應,降低成本。因此,近年來3D打印公司意識到,那些離消費者更近的行業(ye) 會(hui) 更多地帶動3D打印行業(ye) 的發展,比如齒科。



易加三維近年來的服務對象之一就是齒科企業(ye) ,從(cong) 2019年該公司設備銷往的主要應用領域來看,盡管航天航空類占了大頭,但齒科在內(nei) 的醫療需求也占到總銷量的25%。不論是醫生用來分析牙齒整形方案的“牙模”,還是直接用於(yu) 患者的隱形矯治器,都可以利用3D打印技術,通過數據掃描的方式實現個(ge) 性化定製。據馮(feng) 濤介紹,這些齒科企業(ye) 以私企為(wei) 主,規模小,熱衷創新,3D打印技術可以幫助它們(men) 節省工序、人力和管理等多種環節。



這正是3D打印相較於(yu) 傳(chuan) 統製造業(ye) 的優(you) 勢所在。傳(chuan) 統製造業(ye) 大多依賴規模經濟,大規模生產(chan) 具有高效優(you) 勢,能增加企業(ye) 利潤、降低消費價(jia) 格,但這往往意味著冗雜的組裝和運輸環節。3D打印省去了產(chan) 品的零部件組裝環節,同時也縮短了供應鏈,節省了在勞動力和運輸方麵的花費,適用於(yu) 定製的、具有高邊際收益的產(chan) 品。



早在2010年,惠普就曾與(yu) 3D打印機廠商Stratasys合作,利用後者貼牌生產(chan) 惠普的3D打印機。此後,惠普中斷了這一合作關(guan) 係,但保留了內(nei) 部研發團隊。2014年,惠普公布其自主研發的“多射流熔融”(Multi Jet Fusion)技術,並於(yu) 2016年將這項技術商業(ye) 化。該技術脫胎於(yu) 惠普平麵打印的熱噴墨技術,其打印機有3個(ge) 噴頭,共計3萬(wan) 個(ge) 噴嘴。惠普宣稱,該技術可以將打印速度提升10倍,同時降低一半成本。



惠普2021年第一季度財報顯示,第一季度惠普的營收為(wei) 156億(yi) 美元,其中個(ge) 人係統部門的收入達106億(yi) 美元,主要包括筆記本電腦、台式機和工作站等,其餘(yu) 50億(yi) 美元來自打印部門,收入增長率為(wei) 7%。



盡管財報並未具體(ti) 披露3D打印業(ye) 務的財務狀況,惠普總裁兼CEO Enrique Lores在財報電話會(hui) 議上積極地表示,“在3D打印和工業(ye) 圖形方麵,我們(men) 將繼續在整個(ge) 產(chan) 品組合中創新,為(wei) 未來的增長做好準備。我們(men) 的客戶繼續將多射流熔融技術用於(yu) 生產(chan) 級輸出,我們(men) 發現整個(ge) 客戶群中3D打印零件的數量增長了30%以上。”



惠普的3D打印技術也應用在了醫療物資生產(chan) 領域,這為(wei) 全球新冠疫情防控提供了有效控製。“疫情期間,惠普在全球一共打印了400多萬(wan) 個(ge) 關(guan) 鍵性醫療部件,比如重症患者急需的呼吸機,我們(men) 用3D打印改善閥門設計,保證它的呼吸能力得到進一步加強。”惠普亞(ya) 太及日本地區3D打印及數字化製造業(ye) 務總經理Alex Lalumiere對《第一財經》YiMagazine解釋稱,這類由3D打印生成醫療產(chan) 品的路徑,很大程度上會(hui) 逐步取代原有的車床衝(chong) 壓加工方式。



2019年,惠普還與(yu) 國內(nei) 3D打印和數字化應用解決(jue) 方案提供商達成合作,在矯形與(yu) 康複修複領域為(wei) 患者提供高度定製化服務。



不過,對一些小型企業(ye) 或創業(ye) 公司而言,發展火熱的醫療行業(ye) 並不是進軍(jun) 3D打印市場最理想的切口。馮(feng) 濤表示,相較於(yu) 大體(ti) 量的工業(ye) 級產(chan) 品生產(chan) ,諸如牙套等齒科打印的技術門檻並不高,但規模較小的齒科企業(ye) 無法承擔高昂的打印服務成本,這意味著齒科生意雖好做,但競爭(zheng) 者多,利潤空間不大。另一方麵,醫療行業(ye) 對產(chan) 品材質和性能的要求不低,如果企業(ye) 自己研發3D打印材料,必然麵臨(lin) 資質審查,拉長產(chan) 品的上市流程。



材料,被幾位受訪者一致視為(wei) 製約行業(ye) 發展的關(guan) 鍵瓶頸。理論上,3D打印可以打出許多物品,但許多產(chan) 品對材料的韌性和強度有著嚴(yan) 苛要求,而當下的合成材料技術並未達到生產(chan) 者可以“為(wei) 所欲為(wei) ”的程度。現有的3D打印材料通常適合打印複雜但柔軟的物品,當產(chan) 品在強度方麵要求較高時,3D打印產(chan) 品的力學結構和功能性都要重新開發。在航天航空和汽車等對性能和質量要求苛刻的行業(ye) ,材料的重要性尤為(wei) 凸顯。



目前供3D打印機使用的材料種類並不多,僅(jin) 限於(yu) 塑料、金屬、橡膠、陶瓷和光敏樹脂等,且用料成本大多高昂。這些材料均針對3D打印設備專(zhuan) 門研發,形態多為(wei) 粉末、絲(si) 狀、液體(ti) 狀,與(yu) 普通材料並不相同。



金屬粉末是當下業(ye) 內(nei) 最主流的材料之一。“相對於(yu) 非金屬類材料而言,金屬材料的整個(ge) 供應鏈比較全,而且金屬材料強度高,打印出來的和傳(chuan) 統鑄造出來的性能很接近,甚至超過以往。”馮(feng) 濤說,金屬粉末的廣泛應用得益於(yu) 激光技術的發展,由於(yu) 激光具有能量密度高的特點,可實現難加工金屬的製造。這並非3D打印行業(ye) 單打獨鬥的成果,而是整個(ge) 激光產(chan) 業(ye) 鏈的發展促成的。



和國內(nei) 企業(ye) 對材料研發的謹慎態度不同,許多國外的大公司都在3D打印材料研發上加快了腳步。“以往,材料供應商對於(yu) 開發3D打印新材料的熱情不高,因為(wei) 它們(men) 無法在商用的打印機上使用。現在,大型材料供應商正表現出它們(men) 推動3D打印技術發展的意願,這也將促進3D打印材料穩步增長。”Materialise研發團隊的材料專(zhuan) 家Giovanni Vlemenckx表示。



惠普很早就意識到了材料之於(yu) 3D打印的重要性,2017年,惠普推出開放性的3D材料平台,以拓展多射流熔融技術可覆蓋的材料範圍。其運作邏輯類似於(yu) 蘋果的“應用商店”,所有合作廠商的材料都可以在惠普的3D打印機上使用。目前這一係統已聚集了全球多家材料巨頭,包括阿科瑪、贏創、巴斯夫、漢高等。



當然,惠普在數字化製造轉型方麵的整體(ti) 策略,可能也是促使其在3D打印領域持續發力的原因之一。市場調研機構IDC提供的一份報告顯示,到2024年,51%的全球IT預算將來源於(yu) 數字化轉型,而中國這一占比將超過70%。作為(wei) 信息通信技術市場的頭部玩家之一,惠普勢必會(hui) 受到這一趨勢影響。“我們(men) 特別專(zhuan) 注於(yu) 推動數字化生產(chan) 進入製造業(ye) 。某種程度而言,惠普並不僅(jin) 僅(jin) 想要做好3D打印,而是要在傳(chuan) 統製造業(ye) 中開辟一個(ge) 新的數字化市場。”Alex Lalumiere補充道。



畢業(ye) 於(yu) 清華大學美術學院的姚誌鋒在2016年創立了清鋒科技(LuxCreo),截至目前,這家3D打印公司共獲得4輪融資,自主材料研發是其核心優(you) 勢之一——基於(yu) 材料研發的難度,這可能是國內(nei) 3D打印企業(ye) 中為(wei) 數不多的實踐案例。清鋒科技擁有具有自主知識產(chan) 權的3D打印技術光固化材料(LEAP),據悉,該技術最高能實現120cm/h的打印速度,較傳(chuan) 統3D打印速度提升近100倍。



為(wei) 了實現商業(ye) 化,運動鞋是姚誌鋒選擇落地的第一個(ge) 3D打印應用領域,這也是消費級3D打印市場的代表。一直以來,因麵臨(lin) 工藝柔性高、鞋底製作複雜等問題,製鞋業(ye) 遲遲無法實現自動化。姚誌鋒表示,按傳(chuan) 統製鞋工藝量產(chan) 一款新的鞋子,往往要經過設計、試樣修改、開模等多道工序,其中最難做的是鞋底——左右腳都要開模具,還得保證不脫膠,中間每一個(ge) 環節都不能出錯。



以自主研發的材料技術為(wei) 突破口,清鋒科技通過掃描、數據輸入、自動生成模型和液態樹脂感光固化成型等手段,可以快速完成產(chan) 品生產(chan) 。在3D打印運動鞋的研發過程中,清鋒科技負責鞋底的研發工作,剩下的批量生產(chan) 流程由品牌方把控。



“一千雙鞋的訂單,如果不算返工,傳(chuan) 統開模生產(chan) 全套碼數最快需要30至45天,我們(men) 一星期就可以交貨。”姚誌鋒舉(ju) 出了直播賣貨的例子,為(wei) 了保證發貨進度,普通鞋廠在直播前就需按碼號生產(chan) 出一定量的成品鞋,而3D打印技術省去了傳(chuan) 統製造過程中開模、鍛造、切割、零部件組裝等過程,出貨速度得以提升,公司還可以根據訂單量靈活調整出貨量。



有了數據支持,鞋底不同區域的軟硬程度、回彈和減震性能都可以實現定製化,這是傳(chuan) 統製鞋產(chan) 業(ye) 很難做到的。目前清鋒做鞋仍以標準化生產(chan) 為(wei) 主,按照姚誌鋒的設想,下一階段,客戶隻需要用手機App采集腳型數據,這些數據會(hui) 自動匯總到公司雲(yun) 端,並轉化為(wei) 3D打印的產(chan) 品。“我們(men) 在鞋這一塊的終極目標,是實現大部分產(chan) 品的定製化量產(chan) 。”他說。



美國3D打印公司Carbon是姚誌鋒欣賞的同行之一,這家公司與(yu) 阿迪達斯的合作曾引起廣泛關(guan) 注。2018年,兩(liang) 家公司合作生產(chan) 了10萬(wan) 雙名為(wei) Futurecraft 4D的3D打印鞋,每雙價(jia) 格為(wei) 人民幣2600元。事實上,早在Futurecraft 4D上市之前,耐克、安德瑪、New Balance等品牌在2016年左右均已開始推出帶有3D打印鞋中底的運動鞋,國內(nei) 廠商匹克、李寧也在嚐試用3D打印技術開發相關(guan) 產(chan) 品。



但從(cong) 市場反響來看,3D打印鞋更像品牌方在設計上刻意追求的“噱頭”,市場的接受度以及高昂的成本依舊難以解決(jue) 。這也是3D打印進入消費領域要麵臨(lin) 的問題:如何說服更多消費者購買(mai) 3D打印產(chan) 品,以及如何讓他們(men) 持續地購買(mai) ?



除打印鞋,3D打印行業(ye) 也有過其他麵向消費者的嚐試。據黎海雄回憶,國內(nei) 最早的消費級產(chan) 品應該是3D打印的小U盤,還有淘寶上熱賣的月球燈,但這些嚐試均以聚集於(yu) 長三角和珠三角的小生產(chan) 商主導,暫時未形成大的規模應用。



“除非本身是設計從(cong) 業(ye) 者,普通人還是更願意玩手機遊戲,對吧?”對比消費級3D打印機在國內(nei) 外市場截然不同的出貨量,黎海雄猜想,國內(nei) 消費者可能沒有閑暇,或缺乏自己上手操作的意願,這在一定程度上阻礙了國內(nei) 消費級3D打印市場的發展。



在3D打印如火如荼的創業(ye) 熱潮中,一些人把這個(ge) 行業(ye) 想得太簡單,進入賽道後才發現,很多技術瓶頸遲遲沒有解決(jue) ——與(yu) 發達國家相比,中國的關(guan) 鍵技術、生產(chan) 設備和材料依然有一定差距,許多還要依賴進口。另一方麵,行業(ye) 的規模仍不大,大多數人對3D打印技術的優(you) 勢和成本的認知並不充足。



2019年,易加三維的金屬打印機複購率在30%左右,有了明顯增長的趨勢。馮(feng) 濤認為(wei) 這是一個(ge) 好的轉變。“不要將其視為(wei) 革命。3D打印等於(yu) 是製造行業(ye) 裏出了一個(ge) 新的方法,最大的競爭(zheng) 者應該還是傳(chuan) 統的製造方法,以及我們(men) 自身沒有解決(jue) 的問題。”


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