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3D打印产业:激活创新链与产业链 推动装备制造业转型升级

来源:九龙报 2018-06-27 10:33

摘要:近年来增材制造产业发展上升到国家战略层面,在《中国制造2025》文件中明确对增材制造的设备、关键技术、材料、医疗重点领域做出规划。自20世纪90年代进入中国,增材制造产业迅速发展,涌现了一大批有生命力的科技型企业。

核心提示:智能制造是制造业发展的必然趋势,也是传统产业转型升级的必然方向。以增材制造等新兴技术为核心的智能制造将在传统产业的转型升级和结构性调整中扮演非常重要的角色。

增材制造(俗称3D打印)是近年来国际上的发展热点。它是融合了计算机辅助设计、材料加工与成形技术,以数字模型文件为基础,通过软件与数控系统将专用的金属材料、非金属材料以及医用生物材料,按照挤压、烧结、熔融、光固化、喷射等方式逐层堆积,制造出实体物品的制造技术。相对于传统的、对原材料去除、切削、组装的加工模式不同,是一种“自下而上,从无到有”通过材料累加的制造方法。这使得过去受到传统制造方式的约束,而无法实现的复杂结构件制造变为可能。

近年来增材制造产业发展上升到国家战略层面,在《中国制造2025》文件中明确对增材制造的设备、关键技术、材料、医疗重点领域做出规划。自20世纪90年代进入中国,增材制造产业迅速发展,涌现了一大批有生命力的科技型企业。

尽管如此,中高端打印设备只能依赖进口,国外实行技术垄断,对材料、软件、设备、工艺一体化捆绑销售,价格高昂。因此加速研发自主核心技术与原创技术,打造自己的创新链与产业链,成为科技型增材制造企业的重要任务。

市场前景看好

自3D打印技术诞生以来,其与制造业就结合的非常紧密,3D打印将成为制造业很好的补充已成为共识。

图为安德瑞源设计的教学用3D打印设备。

图为安德瑞源设计的教学用3D打印设备。

 

于去年9月入驻重庆高新区金凤电子信息产业园的重庆安德瑞源科技有限公司(以下简称:安德瑞源),是安世亚太科技股份有限公司联合杭州德迪智能科技有限公司出资共同成立的一家集增材制造工艺、设计、研发、 生产、 服务的专业化创新型公司。

安德瑞源总经理龙冈用“3D打印是一项颠覆性技术”来概括增材制造未来的市场前景。他说,首先从工艺特点来讲,3D打印和传统工艺完全不一样,传统工艺是减材制造或者等材制造,而3D打印是增材技术,从工艺技术上是全新的。增材制造是基于需求参数化的积分制造。是一种基于材料成型方法的制造技术。其特征是以材料为出发点,利用现有技术设计设备满足材料成型过程所需的条件,并按增量的工艺特性完成需求模型参数化。是最接近自然成型的方法。

图为安德瑞源产品展示厅

图为安德瑞源产品展示厅

 

“更重要的是,增材制造是少有的我国跟国际同步的技术,是实现我国制造业弯道超车的一次机会。”龙冈说,国内制造业出口的一大痛点在于很多企业只能做低端的代工,知名品牌企业数量不多,关键的核心技术严重缺失,竞争力弱。大而不强的问题显而易见。而增材制造是一项引领制造业发展的颠覆性技术,是支撑中国制造设计创新、定制化生产,变为“中国创造”的最适用技术。

3D打印技术具有独特的优势。与传统制造行业通过模具、车铣等机械加工方式对原材料进行定型、切削最终产品成型工艺不同,3D打印则是将三维实体变为若干个二维平面,通过对材料逐层叠加进行生产,大大降低了制造的复杂度。

这种数字化制造模式简化了制造工业,不再需要庞大的设备和专业人才,使得生产制造得以向更广的人群延伸,制造出需要的物品。

此外,用传统方法制造出一个零件通常需要数小时到数天,根据零件的尺寸以及复杂程度而定,而用3D打印则可以将时间缩短为数个小时,当然它也是由打印机的性能以及模型的尺寸和复杂程度而定的。随着打印材料的进步,“净成形”制造也将会成为更环保的加工方式。

“在很多领域,3D打印的价值连一半都没有发挥出来。”龙冈举例,比如在齿科领域,过去主要依靠牙模牙套,效率比较低。现在使用数字化的手持式口腔扫描仪,再结合3D打印技术应用,可以非常便捷的实现'私人定制',并且这方面的技术应该相对比较成熟,但是在国内真正使用3D打印技术的医院仍然十分有限。3D打印应用市场还有待进一步的拓展。

产业发展加速仍面临难题

有数据表明,过去3年来增材制造的市场规模平均增速33.8%,2016年全球市场规模约60亿美元,中国市场规模约为80亿人民币,约占全球市场的19.6%,而2012年只有7%,这表明我国增材制造产业发展速度高于世界平均速度。

图为安德瑞源研发的3D打印设备组装车间

图为安德瑞源研发的3D打印设备组装车间

 

“3D产业发展得非常快,可以说每天都在发生变化。”龙冈介绍,这两年随着市场成熟度的提高,介入的企业数量在快速增加,新的技术、新的材料、新的应用场景,随时都在突破,但增材制造不能完全替代传统制造行业,它将与等材制造、减材制造一起各自发挥自己的优势共同完成产品制造。

他告诉记者,公司从今年开始试运行,在打印设计服务领域因为客户认可度的提升,增速很快,特别是在助力产品开发方面已经为许多行业客户提供了快速应对方案。同时,公司自主研发的打印设备已投入批量验证阶段,系列化新材料工艺设备也将陆续投入运营。

而安德瑞源的迅速发展也是在地方政府支持下,把3D打印技术优势转化为产业优势,带动传统产业升级转型实现集群发展。

金凤公司产业发展部部长吴勇说,园区引进安德瑞源公司,聚焦3D打印产业,是重庆高新区建设国家自主创新示范区的需要,3D打印是未来科技创新发展的一大重要方向。园区欲打造集3D打印材料、3D打印设备、3D打印设计与服务、3D打印产业基金于一体的产业链。

主动将3D打印技术植根当地主导产业,加快3D打印与传统产业结合,借助3D打印技术优势,解决传统产业技术难点、痛点,改造提升传统产业,提升产品竟争力,带动地方经济发展。

但是,3D打印技术要进一步扩展其产业运用空间,目前仍面临着多方面的瓶颈和挑战。成本方面,现有3D打印机主要依赖进口设备,普遍较为昂贵,给其进一步普及应用带来了一定困难。打印材料方面,目前3D打印的成型材料多采用化学聚合物和铁基、镍基等金属材料,材料选择的局限性较大,材料的价格远远高出传统材料成本。成型质量及表面精度还不尽人意,打印效率还远不适应大规模生产的需求。

激活创新链与产业链

尽管我国增材制造产业加速发展,但产业处于发展初期,仍呈现出规模化程度低的特点。而技术成熟度不足,应用成本较高,应用范围较窄,造成行业整体上呈现“小、散、弱”的状态,虽然已有较多企业开始涉足增材制造的领域,但缺少龙头企业的带动,产业规模较小。

在产业成熟期,一个完整的3D打印产业链上游的焦点主要集中在材料行业、打印设备制造业以及软件开发三个领域。下游主要分为民用和工业两大消费领域,民用如摄影、饮食、教育等方面;工业领域,如传统的航空、汽车、船舶、电子、家电、医学、建筑等行业,同时还包括珠宝、时装、食品、纺织业以及考古领域。

我国的3D打印主要集中在家电及电子消费品、建筑、教育、模具检测、医疗及牙科正畸、文化创意及文物修复、汽车及其他交通工具、航空航天等领域。其中,3D打印最大的三块需求分别来自民用消费、工业设计和航天军工。

随着智能制造、控制技术、材料技术、信息技术等不断发展和提升,这些技术也被广泛地综合应用与制造工业,3D打印技术也将会被推向一个更加广阔的发展平台。未来,3D打印技术将向着智能化和便捷化趋势发展。

据介绍,目前,3D打印设备在软件功能、后处理、设计软件与生产控制软件的无缝对接等方面还有许多问题需要优化。例如,成型过程中需要加支撑,成型过程中需要不同材料转换使用,加工后的粉末去除方面,都需要软件智能化和自动化程度进一步提高。这就要求打印设备硬件和软件进一步的集成和整合,以便能为更加细分的市场和用户提供更为专业化及定制化的解决方案和技术支持,这已日趋成为整个行业的发展趋势。

5月底,安德瑞源与世界领先的快速原型制造软件解决方案和3D打印服务供应商Materialise公司(玛瑞斯)签订了战略合作协议。

玛瑞斯作为3D打印行业的先行者,拥有28年行业经验,在软件、增材制造解决方案等方面具有极强的技术优势。此次合作,双方将在软件许可使用授权、技术培训、内外部研讨会以及PoweredbyMaterialise营销配合等方面展开深度合作。玛瑞斯将为安德瑞源提供包含Magics、BuildProcessor(加工处理器)、3-matic、e-Stage等产品在内的Magics3D打印套件的软件许可,并组织软件使用的基本培训。

“真正的增材制造,其实是基于材料的一场革命。”龙冈说,材料是最基础的物质,如果设备做好了,但是没有好的材料,依然做不出好的产品。因此公司也正在从打印材料上寻求突破,成立了安德伦(重庆)材料科技有限公司,专门从事材料的研发。

结语:

我国的3D打印产业,整体面临核心环节对外依赖,耗材技术滞后等重大制约问题。从核心技术、应用材料到市场渠道,我国3D产业链与国外还有一定差距。

只有将3D打印技术的个性化、复杂化、高难度的特点与传统装备制造业擅长的规模化、批量化、精益化相结合,依托传统装备制造业已形成的技术、装备、人才、市场等优势,才能更快的产业化、商业化,尽快形成完善的产业链,同时推动装备制造业转型升级。

从中长期看3D打印产业具有较为广阔的发展前景,但目前产业距离成熟阶段尚有较大距离,3D打印的高速发展期,一切都在变化中,从设备技术的快速发展,材料技术为设备带来的新市场和发展空间,企业的内部生态圈战略版图新布局,销售网络与商业模式的演变……无一不处于动态的变化当中。

记者 涂馨 文/图

 

责任编辑:杨燕姣

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