3D打印的理想与现实

所以,原料、打印成本、效率、实用性等都决定了3D打印在目前只适合一些小规模制造的高端定制化产品,产品难以批量复制,只能作为工业化大规模生产的补充而已。

2015年1月27日召开的国务院常务会议上,“中国制造2025+互联网”正式出炉,会议提出要以推进数字化、网络化、智能化制造为抓手,加快构筑自动控制与感知技术、工业云与智能服务平台、工业互联网等制造业新基础,培育制造业新模式、新业态、新产品。

《中国制造2025》是国务院2015年5月8日公布的强化高端制造业的国家战略规划,是建设中国为制造强国的三个十年战略中第一个十年的行动纲领。这实际上是在第四次工业革命的战略选择上,中国政府紧盯新一轮产业发展的潮流,选择了工业4.0并随后推出中国版的中国制造2025,寻找机会弯道超车,后发先制。

实际上,2013年4月,德国发布的《工业4.0战略实施建议书》中第一次提到了“工业4.0”,旨在提升制造业的智能化水平,建立具有适应性、资源效率及人因工程学的智慧工厂,利用物联信息系统将生产中的供应、制造、销售信息数据化、智慧化,最后达到快速、有效、个人化的产品供应。

工信部和中国工程院把中国版工业4.0的核心目标定义为智能制造,现实中最接近这个目标、也是对此目标的达成最有实际意义的就是3D打印技术。

1986年,查克 赫尔(Chuck Hull)开发了第一台商业3D印刷机,至今已经有30年的历史。3D打印属于快速成型技术的一种,它是一种以数字模型文件为基础,运用粉末状金属或塑料等可黏合材料,通过逐层打印的方式来构造物体的技术。这种技术最初常用在模具制造、工业设计等领域,现在也逐渐用于一些产品的直接制造。

在刚刚过去的一年,3D打印在一些重要领域不断开创着历史。2015年4月,美国国家航空航天局工程人员通过利用增材制造技术制造出首个全尺寸铜合金火箭发动机零件以节约成本,这是航空航天领域3D打印技术应用的新里程碑。6月,俄罗斯技术集团公司以3D打印技术制造出一架无人机样机,重3.8公斤,续航能力1至1.5小时。

正如美国三维系统公司首席执行官阿维 赖兴塔尔所言,3D打印的确是一种巧夺天工的技术。

也正因为如此,这个市场发展迅猛。1月25日,市场研究公司IDC的数据显示,2015年全球3D打印支出接近110亿美元。IDC预测,到2019年,这一数字将增长至近270亿美元。

如今,3D打印已经与智能绿色高端制造业、智能机器人、人工智能并称为实现数字化制造的三大关键技术,这项技术及其相关产业发展成为全球正在兴起的新一轮数字化制造浪潮的重要基础。“中国制造2025”的背景下,3D打印也肩负着推动中国智能制造的重任。

因为3D打印技术完美地契合了工业4.0制造智能化、资源效率化和产品人性化的理念,因此成为广大国家发展的重点。

去年2月底,由工信部等三部门联合印发的《国家增材制造产业发展推进计划(2015-2016年)》公布,明确国家对3D打印的发展目标:到2016年初步建立较为完善的增材制造(即“3D打印”)产业体系,整体技术水平保持与国际同步,在航空航天等直接制造领域达到国际先进水平,在国际市场上占有较大的市场份额。

权威数据显示,2016年,我国3D打印机市场规模将扩大到100亿元,是2012年的10倍,中国超越美国成为全球最大的市场。中国3D打印产业联盟的一项调查显示,全球共有200多家3D打印设备生产企业,中国占了一半。全球3D打印两大领军企业Stratasys与3DSystems证实,中国已成为其全球销售额增长最快的地区之一。

虽然理论上3D打印可以无处不在,但从目前发展的情况来看,还面临很多问题。

首先也是最重要的就是材料方面的障碍。虽然高端工业印刷可以实现塑料、某些金属或者陶瓷打印,但大部分材料都是比较昂贵和稀缺的。而且不同打印机的构造也不同,这就需要重新开发软件,即便大部分功能类似,在设备的某些特定功能的实现上还需要软件的支持,目前尚不能实现3D打印软件的标准化。

其次,知识产权。人们对音乐、电影、电视产业中知识产权问题越来越关注。3D打印也类似,当创新者设计出一款新的产品,模仿者只要获得其数字模型文件,就能快速复制。换言之,3D打印技术具有轻松复制、共享、修改以及打印3D产品的能力,盗版和复制会更加猖獗,必将引发新一轮知识产权问题。

此外,道德方面的挑战。对打印出什么样的产品是违反道德规范的很难界定。如果有人打印出生物器官或活体组织,那就像克隆技术一样,面临伦理道德方面的质疑。

有人自己打印枪支部件进行组装,也有报道称美国某激进组织正在利用3D打印技术制造可以开火并具有杀伤力的枪械。如果3D打印技术像这样被不法人员用来危害社会,后果不堪设想。

最后,实用性不强。有些产品只能打印外壳或者样机,无法像原型样机那样具有产品的全部功能。

所以,原料、打印成本、效率、实用性等都决定了3D打印在目前只适合一些小规模制造的高端定制化产品,产品难以批量复制,只能作为工业化大规模生产的补充而已。

工业4.0是一个全新的时代,一期才刚刚开始,预计要30到50年的时间发展引进。随着技术的成熟和各方面条件的完善,期待3D打印能早日实现中国的工业4.0从而提高制造水平。

撰文/ 刘畅
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