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大批傳統制造企業紛紛進入3D打印領域：從概念走向應用
文章導讀：
近日，中國科學院科研人員在瑞士利用歐洲失重飛機，成功完成了微重力環境下陶瓷材料立體光刻成形技術試驗，為我國空間站、深空探索等任務中實現“太空3D打印”拓寬了技術路線。這是團隊成員完成飛行任務后合影留念。 （新華社發）
北京三帝科技股份有限公司旗下北京隆源成型自主研發的激光金屬鋪粉3D打印機。 本報記者 沈 慧攝
英國紐卡斯爾大學近日宣布，研究人員通過干細胞中提取研發的“生物墨水”，利用3D打印技術打印出了世界首個人工角膜。無獨有偶，荷蘭埃因霍溫市也宣稱，正著手運用3D打印技術建造5棟混凝土房屋，建成后將成為全球首批可正式用于居住的3D打印房屋——3D打印再次迎來發展的春天
“隨著HP（惠普）、GE（美國通用電氣）、西門子、霍尼韋爾等一大批傳統制造業企業進入3D打印領域，未來幾年，3D打印的優勢將集中爆發。不過，表面的喧囂并不能掩蓋我國缺乏核心技術、核心產品、核心服務的事實。”中國3D打印技術產業聯盟執行理事長羅軍表示。
速度和成本是關鍵
3D打印是否具有持久的生命力主要取決于兩方面，一是成型速度，二是成本。今后，批量化制造將成為3D打印發展的新趨勢。專家表示，“沒有速度就沒有生命力”3D打印（增材制造技術），是CAD(計算機輔助設計)模型直接驅動的、可以完成任意復雜結構的制造方法總稱。“以前談3D打印，那是陽春白雪，是生產系統的配角。”“中國3D打印第一人”、清華大學教授顏永年說，3D打印發展到今天，已經慢慢介入到傳統制造業領域。
這與華中科技大學教授張海鷗的看法不謀而合。“3D打印，現如今已不再是單純的打印模型和樣件，更多是直接制造功能性產品，它必將與傳統產業展開激烈競爭，并帶來新的產業革命。”張海鷗表示。
現實的確令人振奮。以我國C919大型客機機頭工程樣件研制所需的鈦合金主風擋窗框為例，如果從歐洲訂購至少需要兩年才能拿到零件，而4個框，每個框的鍛造模具費需要50萬美元。采用3D打印技術后，從制造零件到裝上飛機，北京航空航天大學王華明團隊僅用了55天，并且零件費用還不到模具費的五分之一。
憑借著對原材料靈活疊加利用的優勢，3D打印被《經濟學人》多次推上封面，并被寄予“掀起第三次工業革命”的重任。有學者認為，它將從源頭顛覆傳統制造業。對此，顏永年并不贊同，“3D打印不會取代傳統的技術，而是一種結合，是對傳統行業傳統技術的提升”。
天下武功唯快不破。顏永年表示，3D打印是否具有持久的生命力主要取決于兩方面：一是成型速度，二是成本。今后，批量化制造將成為3D打印發展的新趨勢。如果幾十個小時甚至幾天才能打印一個零件，那么3D打印也就僅能用于科研。“因為沒有速度就沒有生命力，誰會要慢吞吞的東西？”顏永年說。
當然，降低成本也是3D打印亟待解決的另一道難題。“比如現在采用的材料中，合金粉末比鋼材還貴，這導致其成本比傳統制造業還高，那就沒有競爭力。”顏永年說。
應用是發展動力
人們對于3D打印的認識已經從概念階段向應用階段轉變。未來，3D打印的發展趨勢是速度更快、精度更高、成本更低、應用更廣、操作更簡便
當3D打印技術走出實驗室，該何去何從？應用，這是業界給出的答案。“3D打印的主體市場是航空航天，這是一個永不衰敗的市場，放棄了它就意味著沒有抓住重點。”顏永年說。
GE航空集團非常著名的Leap發動機配套燃油噴嘴，便是3D打印應用的一個典型案例。這一燃油噴嘴利用3D打印技術加工制作，把20個零部件整合為一個部件，設計之后重量降低了25%，耐用性增加了5倍，燃油效率提高了百分之十幾。
不僅是航空航天，大型結構件和精密件制造等方面，也存在大量3D打印需求。顏永年表示，3D打印“所見即所得”的特性，非常適用于制造微米級—毫米級的內流道復雜結構，這種內流道采用傳統加工方式是做不出來的。
而對于生物制造，這一3D打印最前沿的領域，顏永年認為，基于3D打印技術的細胞三維受控組裝工藝，是生物制造中最為核心的技術，其目標為具有新陳代謝特征生命體的成形和制造。前不久，國內科學家們就使用3D打印技術構建生物支架，通過取用孩子耳朵上的軟骨細胞，為5名天生具有耳朵缺陷的小孩安裝了新的耳朵。
“3D打印是一項基礎技術，與其他技術融合發展后，可以在很多領域得到廣泛應用。”羅軍認為，人們對于3D打印的認識已經從概念階段向應用階段轉變，這說明3D打印產業發展指日可待。未來，3D打印的發展趨勢是速度更快、精度更高、成本更低、應用更廣、操作更簡便，其發展方向是終端產品生產、智能化、批量化等。
自主是努力方向
從技術工藝、材料、軟件、應用等幾個指標來看，我國3D打印整體上與國際的差距還非常明顯。要想發展壯大，3D打印設備的核心零部件國產化率必須提高
作為一項前沿、顛覆性技術，3D打印近年來大放異彩，不少國家紛紛布局并將其上升為國家戰略。這源于樂觀的前景。根據國際數據公司（IDC）的最新展望報告，全球3D打印技術相關支出在2018年預計達到120億美元，到2021年，全球3D打印行業支出有望達到200億美元，5年復合增長率達到20.5%。
理想很美好，現實卻有點骨感。“目前，從技術工藝、材料、軟件、應用等幾個指標來看，我國3D打印整體上與國際的差距還非常明顯。”羅軍拿應用這一指標舉例，美國占比接近一半，主要集中在軍工領域；歐洲占比約為四成，主要集中在民用領域；我國占比不到一成。
究其原因，羅軍分析，一是成本偏高，二是認識不夠，三是部分打印機的穩定性、精度、產品強度不能滿足生產要求。“盡管目前應用在3D打印領域的材料已達1000多種，但是與傳統制造業相比，還遠遠不夠。尤其部分尼龍材料、陶瓷材料、光敏樹脂材料和鈦合金等冶金粉末材料基本依賴進口，這嚴重影響了我國3D打印產業的健康發展。”羅軍說。
在顏永年看來，中國3D打印發展壯大，打印設備的核心零部件國產化率還需提高。“雖然沒有必要所有零部件全都自己造，但若完全依賴進口，缺少相應配套能力，這是一件危險的事情。”他以激光振鏡舉例，我國進口一臺設備需要30多萬美元，而且需要提前付全款，半年后才能交貨。
差距不可小覷，但也并非完全不可逾越。近年來科技部、工業和信息化部先后出臺相關政策，對3D打印發展給予了很多政策支持。其中，由顏永年領銜創辦的永年激光科技有限公司，設計出LCD系統集成，首次提出將激光選區熔化、激光熔覆LCD設備和大功率激光器、大數據、工業機器人等集成在同一平臺上實現“互聯互通”。據悉，這一設計采用先進數控系統，處于國內領先水平。
未來，中國3D打印將何去何從？羅軍建議從3個方面入手：一是政府積極扶持，鼓勵企業搭建更多開放式應用服務平臺，促進3D打印與傳統產業深度融合。二是鼓勵企業與國際頂尖的科研機構開展國際合作，創建國際化研發中心、聯合實驗室、研究院。三是鼓勵科研院校、職業院校深化校企合作，開設3D打印學院（專業），培養更多3D打印應用型人才。“國內3D打印行業還需進一步抱團發展，形成合力。”羅軍強調。
