拆局:一场新的工业革命

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2019-05-01 19:04:37

总部位于中国的顶级性玩偶制造商之一的DSDoll正在使用3D打印为其制作闺房风格的商品零件。该公司每月制造400个定制性别机器人型号,其高级性玩偶的价格高达5,000美元。

3D打印技术正席卷全球,它能将二维图纸上的模型,“打印”成三维实体,整个过程都可以在你眼前完成,它小到可以打印一颗糖果,大到能改造工业生产方式,推动国家传统制造业向智能化转型。不过伴随新技术发展的永远是挑战和争议,在3D打印一切的未来想象里,到底是开启了魔法,还是潘多拉的魔盒?

正在到来的3D工业革命

3D打印技术最早出现在上个世纪80年代,1984年美国发明家查尔斯·胡尔(Charles Hull)将光学技术应用于快速成型领域,拉开了3D打印的时代序幕。3D打印技术打破传统生产铸造流程,其工作原理是通过计算机设计出3D模型,通过分解为若干平面切片,然后把打印材料按切片图形逐渐叠加,最终堆积成完整的物体。

自发明以来3D打印技术受到全球广泛关注,经历过多番市场冷热,该技术已经在多个行业应用发展,主要涵盖大众消费、工业级、生物工程级这三个方面。其中大众消费级又被称为桌面级,主要是珠宝、玩具、文化创意等工艺和工业设计领域。

工业级分为两个方面,一是原型制造,主要用于模具、模型生产,二是产品制造,包括大型金属结构和小型金属零部件,在生物工程领域,3D打印正在手术器械和个性化植入物的生产中发挥关键作用,打印器官、骨骼、牙齿、细胞和软组织等,帮助医疗和制药行业的公司能够以经济高效地制造独特的个性化产品。

越来越多的企业将3D打印作为技术转型方向,用于突破研发瓶颈或解决设计难题,助力智能制造、绿色制造等新型制造模式。众所周知,在传统的制造业里,大量人员进行重复作业,产能低、能耗高,生产规模和生产效率都有待提升,尤其是随着人力成本上升,人口老龄化,亟待自动化革命的时代,企业投入3D打印等技术进行变革已是业界共识。

打比方说,传统制造业以“全球采购、分工协作”为主要特征,组成产品的不同部件在异地生产后,再运到同一个地方进行组装,采用3D打印则是“整体制造、一次成型”,这就省去了产品各个零部件通过物流运输进行组装的环节,节约了时间和成本。

并且在原型产品制作方面,3D打印能够快速实现原型产品制作,从而大大缩短研发及验证时间,促进企业快速生产出符合实际需求的高质量产品,按照传统的生产方式,由于受限于传统加工工艺限制,过往很多具有创意的想法因为风险都无法进行。对于个人来说,只要具备相应的3M要素,所见即可得,无论是玩具、模型、食物,还是家居设备,而对于整个制造业而言,未来3D打印有望向3D制造迈进,在全球带来颠覆性改变。

这张照片是2019年4月15日在特拉维夫大学拍摄的,展示的是一张带有人体组织的心脏3D打印图(图源:AFP)

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近日,英国研究人员利用人体干细胞、胶原蛋白和海藻酸首次3D打印出角膜(图源:VCG)

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以色列科学家公布了一幅人体组织和血管心脏的3D打印图,称这是首例,也是推进移植可能性的“重大医学突破”(图源:AFP)

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助力制造大国走向制造强国

据公开数据,2016年世界3D打印机的市场规模为60.6 亿美元,预计到2023年全球3D打印市场将达到 3278 亿美元,这个市场的飞速膨胀,核心在于制造业智能升级趋势下,对3D打印技术的期许和应用。制造业作为实体经济的主体,是技术创新的主战场,更是推动经济高质量发展的重点和关键,在当今世界各国对于高新技术和稀有资源的竞争日益加剧的背景下,推动传统制造业实现智能化转型,关系到国家综合实力的增强和国际地位的提升。

目前3D打印市场,美国和德国较为领先。面向工业的3D打印机数量台数按国家进行统计,美国占 38.2% 位居第一,其次是日本占比10.2 %,第三位德国占9.3 %。全球十家3D打印大厂中排名前两位的仍为美国 Stratasys和3DSystems,全球营业收入排名前十的企业中,美国和德国各有四家公司跻身前十,中国暂无公司上榜。

在美国,3D打印技术早已列入国家发展战略,美国此前增加了军费开支,也可能会导致新型喷气机和军用级直升机的发展,并将增强3D打印技术的采用。过去几年里,北美新产品发布、兼并和收购的新闻不断出现,通过系列投资,北美的医疗保健、航空航天和国防、工业和消费产品应用将在未来蓬勃发展,加拿大政府正在积极推动 3D 打印技术的研发,并鼓励加拿大企业通过提供更高的工资、材料和管理成本来实现创新,

欧洲也是3D打印技术发展的重要地区,欧盟区域无论是专利、研究、3D打印服务,还是主要公司对其的投资都非常活跃,尤其集中在西欧地区,据报道,德国、英国、荷兰、法国、比利时、意大利、西班牙和瑞典等国已经在几个领域内成为全球领导者,并且在诸多重量级玩家中,德国的研究与技术组织和3D打印机制造商占据了中心地位,尤其在金属3D打印领域,后者将在未来成为欧洲经济的一支重要力量。

格外引人注目的还有迪拜,迪拜政府在 2016年发布了野心勃勃的计划,2030年之前,要将阿联酋和迪拜打造成3D打印技术的全球中心,这项战略重点覆盖三个领域,包括建筑、医疗和消费类产品。

中国在战略上也给予了高度重视,2015年5月出台的《中国制造2025》中便提出提出大力发展 3D 打印技术,中国科技部也将其纳入国家 863 计划;2016年《“十三五”国家战略性新兴产业发展规划》报告,中国国务院提出加快发展增材制造服务业;2017年4月26日,中国科技部发布《“十三五”材料领域科技创新专项规划》,将3D打印材料列入“十三五”材料领域重点发展领域之一。

中国对3D打印技术研究起步并不晚,但与其他各国相比尚有差距,主要体现在研发水平不高,与市场衔接度较低等方面,目前还未产生较大的经济效益。不过中国也是全球3D打印发展最快的市场之一,从近年来的3D打印材料的申请数量来看,2009—2012年发展速度尚且较为缓慢,而从2012年以后,中国3D打印材料相关的专利申请量逐年上升,到2016年为124项,由此可见,中国3D打印材料行业从2013年已经进入高速发展期。

截至2017年,中国3D打印市场规模约为 16.7 亿美元,对比欧洲、北美规模较小,但根据市场报道数据表示,中国的发展潜力是最巨大的,预计到 2022年这一数字将达到80亿美元,远超过北美的50.1亿美元、欧洲的74亿美元,以及日本的4.28 亿美元。

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撰写:萧炎

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