未来智讯 > 3D打印论文 > 3D打印一股席卷全球的工业革命浪潮

3D打印一股席卷全球的工业革命浪潮

发布时间:2018-12-16 01:06:01 文章来源:未来智讯    
    3D打印:一股席卷全球的工业革命浪潮作者: 吴国雄   3D打印将带来第三次工业革命?   近来一段时间,世界各主要工业国家的政府领导人、企业界总统和著名学者频频提到一个人们不熟悉的名词――3D打印技能,据说它将会带来第三次工业革命。
  在美国,今年2月12日领袖奥巴马发表国情咨文,其中特别提到,打算在国内各地建设15座制造创新中心,启动先进制造朋友联盟(AMI),以专注研讨3D打印等新兴技能,最后希望能以3D打印技能全面提升美国制造业。
  奥巴马在国情咨文中慷慨激昂地表示:“美国工人们将在这里学习使用3D打印,学习这项有可能颠覆工业的新技能。革命一定会在这里发生,我们要确保这场制造业革命发生在美国。美国政府将倾全力为这场第三次工业革命打下基础,在近来两、三年里,鼓舞全国的小学将3D打印机纳入到工艺课的学习内容,希望从初等教育起就告诉孩子们,今后的生产流程会是什么样子。”
  全球著名科技趋势大师凯文・凯利(Kevin Kelly)也在呼应奥巴马的主见,他说:“在自动化设备与3D打印机快速发展下,将会加速制造业回流美国,因为美国昂贵的劳工成本将不再是问题。”
  他解释:1730―1870年,由于英国人瓦特发明了蒸汽机,使得机器生产取代传统手工业,导致第一次工业革命;1870―1914年,美国人福特发明流水线方式,将其引入汽车生产,极大提高了效率,由此带来了第二次工业革命;现在人们发明的3D打印技能,不但能够制作出传统工艺无法制造的产品,而且让没有任何传统制造设备的人,通过一台廉价的3D打印机,人人能够成为制造业者,这将掀起一场新的世界范围的工业革命。
  其实所谓3D打印,并非一件最新忽然冒出来的东西,早在上世纪80年代,美国Shapeways公司创办人就有人发明了这项被称为“热溶解积压成形(FDM)”的技能,并为之申请了专利。只只是在早先,一台最差的3D打印机也要数百万美元,没有几家公司用得起!
  目前,3D打印技能最重要的专利主要掌握在美国两家上市公司3DSystems和Stratasys,以及德国的EOS公司三大巨头手中,掌握全球90%的市场占有率。现在,随着FDM技能专利从2012年起陆续到期,全球忽然如雨后春笋般冒出两、三百家制造3D打印机的公司,3D打印机的价格也直线下落。如果到美国亚马孙购物网站,你甚至能找到标价惟有1399美元的3D打印机,价格同一台笔记本电脑差不多,任何人都能够利用这项技能进行3D打印制造。
  正因为技能门槛大幅降低,目前生界一些知名募资网站,如Kickstarter、Indiagogo上面,每天都有几十家研发团队正在募集资金,筹备生产制造3D打印机。
  通俗地讲,3D打印便是使用者通过电脑绘制出想要的零件或物品的3D设计图,或是扫描现有物件,将3D图像输入电脑,连接3D打印机后,打印机喷头像喷墨般将熔化的材料(包括石膏、ABS塑料、树脂、各种金属、陶瓷、合成材料或复合材料等)逐层喷出,像是砌砖墙似地层层堆叠,最后冷却定型后变成完整的坚固物件,这个流程又称为快速成型。
  有了3D打印机,无论你是在家中还是办公室,都能够随时使用各种材料制造出你心目想象的玩具、零件和机械器具。只需在电脑上大略地新建、批改或者下载你想要的3D图档,然后点击打印键,一个实物便很快出如今你的眼前。可能某一天早上起床之后,你忽然有了一个疯狂想法,想要使用一个镂空造型的杯子,这时只需按下3D打印机,就能够即时打印出这只杯子;你甚至能够直接将它传送给你在地球另一边的伙伴,随着3D打印技能的成熟,这些全都会成为我们生活的一局部。
  3D打印已经越来越多地走进我们的生活。现在在一些照相馆,摄影师通过3D扫描你的满身,能够惟妙惟肖地制作出你的三维立体“照片”,其实便是你的模型。在街头咖啡店,你能够品尝拥有自己脸部表情的人像巧克力或满身模样的人像软糖。
  在一些国家的3D打印实验事务室,你能够操作3D绘图软件,自行设计和制造任何你头脑中能想得到的五花八门的东西。例如,有人用它设计和打印出世界独一无二的立体时装,有人用它打印出自家的房子,还有人制造出世界首款3D打印汽车,其中除了最重要的引擎与底盘之外,大局部零件都是3D打印而来;更有人打印出会飞的遥控飞机;甚至有人从网上下载枪枝构造图,然后打印出可以真正发射的枪枝。最离奇的是一家名为Modern Meadow的企业,竟然宣称用生物技能,打印出全世界第一片可食用的人造肉。
  3D打印行业正在掀起购并大战
  过去一年,3D打印迅速成为美国创投界最热门的题材,无数创投风险基金捧着大把钞票,狩猎范围从打印设备商、代工服务商到应用厂商。例如2007年才从飞利浦公司分割出来,有“3D打印界亚马孙”之称的3D打印服务商Shapeways公司,通过联合多位艺术家,把他们的作品放到网站上,只要顾客有兴趣就能够下订单,他们就用3D打印机把作品打印出来,寄到顾客家中。这种独特的商业模式,让Shapeways一夕暴红。继2010、2011年分辨完成600万和510万美元的融资后,2012年6月又获得了620万美元融资补充。新一轮增资的股价,比最早一批高出10倍之多。
  从2012年初起初,在美国纳斯达克挂牌的两档3D打印股票――3D Systems和Shapeways联袂大涨,揭开3D打印观念股飙涨序幕;尤其英国《经济学人》杂志把3D打印列为第三次工业革命要角的报导之后,涨势更是一发不可收拾,两档股票短短一年涨幅高达4倍。
  除美国外,欧盟、澳大利亚甚至南非,都在这两年内积极加入研发3D打印技能。韩国三星集团去年内部改组时,已将打印机部门独立出来加以整顿。今年3月初,三星又向日本夏普提议收购其打印机部门,但遭夏普拒绝。三星在打印机领域上动作频频,目的便是为了抢攻未来3D打印商机。
  身为全球制造生产基地的中国大陆当然也不落人后,早在10多年前便已启动这方面的研讨。近来首次上天试飞的运-20大型200吨重军用运输机上,据传就有很多结构部件是用3D打印技能制造的。   大陆工信部副部长苏波在2012年增材制造技能论坛上宣布:将进一步推动3D打印家当化,并制定3D打印路线图与中长期发展策略,筹备在四川成都建立3D打印技能园区,投资规模约5亿元人民币,另外将再投资2亿元,成立3D打印技能协会。
  另外,大陆近年内已经出现不少自有品牌的3D打印机厂商。自去年12月以来,深圳A股挂牌的目标股大族激光,短短3个月涨幅高达一倍。甚至只要有企业宣布加入3D打印研发,就连涨好几个支停板,这样的场景,与当年互联网热潮颇为相似。
  大陆与台湾著名3D打印企业
  项目 大陆企业 台湾企业
  3D打印机 南风股份、华工科技、机器人、中航重机、华中数控、、海源机械
  实威国际、扬明光、研能科技
  3D扫描仪 实威国际、智泰
  3D打印服务 德芮达科技、马路科技、霹雳国际、高雄贵金属、贝特设计
  耗材粉末 国精化学(光敏树脂)、伟盟(PLA)
  金属粉末 银邦股份、东睦股份
  粘结剂 宏昌电子
  激光发射器 大族激光、光韵达、金运激光 联钧、全新、华信光电
  3D软件 实威国际、大冢
  零部件 线性滑轨:上银、直得
  工业电脑:研华、威达电子
  过去3D打印机总体技能不成熟,且可以使用的材料主要是树脂,因此使用者被局限于打样等冷门领域。但现在各项技能的进步,且金属、陶瓷、尼龙,甚至用于打造人体器官的生物墨水都成为能够使用的材料,几近所有的物品都能够通过3D打印来制造。
  传统模具制造是把一整块原料用刀具切削,除了所需的工件外,其余多余的材料都舍弃扔掉,因此是项“减法”的技能。而3D打印正好相反,是项“加法”的技能,即将材料一层层堆叠,形成立体固态,连一丁点材料都不浪费。而且有些复杂或有孔洞的设计,用传统模具切削工艺法做不出来,但就算再奇怪的造型,3D打印都能堆叠成形。
  近年来,由于热均压、激光烧结等技能进步,在完成工件的致密度和强度方面,3D打印也能够与传统模具切削的一体成形工艺相媲美。2012年底,美国通用航空制造公司就买下一家从事3D打印的小公司Morris,计划用他们的金属粉末烧结打印技能来制作飞机零件。
  只是,目前3D打印最大的障碍便是难以高速打印,也无法一次制作太大的零件,最符合打印小量多样、体积不大的产品,包括各种零部件、手机后盖、玩偶、人体关节、齿模、化石,甚至是腹中胎儿纪念模型等。此外,目前尚没有一种打印机能通吃所有材料,也便是说,目前不同的材料需要不同的3D打印机。
  正因为有这样的局限性,自2012年以来,相关业者纷纷以购并的方式扩大自己的革命和产品布局,以增强竞争优势。2012年初,3D Systems宣布以1.36亿美元购并ZCorps和Vidar Systems两家公司,市场占有率率迅速上升:12月另一家龙头大厂Shapeways不甘示弱,宣布以14亿美元购并以色列顶尖的3D打印机厂商Objet,大者恒大趋势明确。
  如果以应用领域区分,3D打印机可分为消费级、工业级和生物级三大区块。消费级和工业级以10万元人民币为分界线。目前3D打印机精度若要达到模具成形出来的程度,价格都相当昂贵,能制作金属产品的金属粉末耗材盒,每个甚至高达5万元。消费级的价格虽低,然而精度不够,打印的时间也长,只可制作一些塑料小玩具、小饰品等。
  另一个潜力无穷,也可能会改写人类历史的则是3D生物打印机。去年美国Organovo公司和澳大利亚Invetech公司合作研制出全球首台商业化3D生物打印机,虽然目前只可生成静脉等大略组织,距离制造心脏等大型脏器还有很长的路要走,但也许10年以后,病人就不必再苦等器官捐赠,需要时打印出来即可。由于使用来自患者自己身体的细胞,所以也不会有排斥等后遗症。
  这种打印设备有两个激光喷嘴,两个喷嘴可同时分辨喷出由各种自体干细胞混合而成的生物墨水和同样特殊的水凝胶。每一滴墨水含有1万至3万个细胞,在电脑的抑制下,一层一层生成血管壁,最后变成人体组织。
  3D打印如何改变我们的世界?
  3D打印所带动的技能革新是典型的破坏式创新。只管3D打印主要适用于少量生产,然而其打印的产品,能够远远优于传统制造业生产的产品,更轻便、坚固、客制化,可直接组装成形且成本更低。在选取3D打印一体成形技能制造零组件后,由于不再需要用传统的螺丝组合零部件,可将零件的重量降低30%,且其牢固程度远远超过传统方法。
  不但如此,未来的工场将与如今变得完全不一样,同一个工场的3D打印机既能够生产茶杯,又能制造具备高精密度与强度的汽车与飞机零部件,以及量身订制的医疗产品,这将颠覆以往经济学与管理学的诸多理论。
  据说,美国苹果公司正在研讨选取3D打印方式来制造适合顾客喜好的手机等产品。也许终于有一天,iPhone手机能够从苹果手机连锁店,或是干脆从消费者家里的3D打印机直接打印出来。
  专门研讨3D打印全球市场的调研机构Wohlers Associates指出:目前3D打印市场快速增长,尤其DIY(即“自己动手做”)市场蓬勃发展。该机构初步估计,2012年全球3D打印市场销售额超过16亿美元,预计2013年可突破20亿美元,到2019年总体市场将达到65亿美元。换言之,3D打印全球产值将在7年内增长3倍。
  3D打印技能正在改变我们今天的世界。据世界顶级一些研讨机构的专家预测:一旦3D打印被广为接受,它将为我们带来如下几个大趋势:
  趋势一:制造业将回流发达国家
  如英国拉夫堡大学3D打印专家理查海格(Richard Hague)认为:3D打印对经济有深远的影响,企业再也用不着把各种商品堆积在仓库中,再将其配送出去;因为产品能够按照用户需求在当地打印出来。这种类型的3D打印模式,不仅大规模削减仓储需求,也减少运输成本。   他指出:3D打印还能够带助发达国家将制造业从海外迁回,因为海外制造已经没有任何优势,只会导致运费增加。目前美国苹果公司的产品几近都在富士康位于中国大陆各地工场里的数万条生产线上组装,员工有数十万人。但如果3D打印技能进一步发展,今后便不用将生产基地集中在人工便宜的中国大陆,而是在发达国家销售市场附近就地制造,这样能快速将产品送到顾客手中。
  波士顿咨询集团(BCG)也发表汇报认为:到2020年,将有10%至30%目前从中国大陆进口的物资,改由美国本地制造。为此,美国每年将增加200亿到550亿美元的经济产出。
  趋势二:机器即工场,以满足不同消费者需求
  3D打印技能让产品设计到制造之间惟有一个打印按钮的间隔,第三次工业革命将会由大规模制造转向个人化生产,打破目前跨国公司的代工家当链。
  著名3D打印设备龙头厂3D Systems在今年初推出以消费型3D打印机Cubify,售价不到1万元人民币。这种消费型的打印机能够制造如小玩具、棋子等大略的产品。还有同名网站帮助消费者自己设计制造小型订制产品,例如茶杯、玩偶等。这将掀起一场订制化的工业革命,未来五金商店可能会摆放一台3D打印机,提供各式各样的设计方案,以满足不同消费者需求。
  趋势三:产品创新速度加快,人人都是创业家
  曾发表《长尾理论》、《免费》)《创客:新工业革命》的美国趋势大师克里斯・安德森(Chris Anderson)认为:当制造一个产品与制造一万个产品的固定成本几近一样时,任何人都能够成为制造业的创业家。
  随着3D打印机价格迅速降落、设计软件越来越强大,以及更多的打印材料推陈出新,意味着设计人员甚至普通人也能更方便地使用3D打印机,使他们在设计过程中能随时打印出原型产品进行批改,有助于加速创新。
  例如当2010年苹果首次推出iPad后,很快就有人利用3D打印商Shapeways所提供的代印服务,在4天内设计制作出保护套,整整比其他竞争对手快了一个月,自然是大发利市。
  趋势四:小量多样个性化商品更为风行
  第三次工业革命将使消费者变得更挑剔,他们不但要便宜好用的一般商品,更渴求创新、高技能商品,好打造他们独特的生活品味。例如装上翅膀的鞋子、复制上世纪60年代的老爷车等等。换言之,个性化、客制化商品恰是消费者想要的。
  以往若要请加工场帮你制作订制化商品,若没有一定的数量,开模、打样的成本肯定不划算。但有了3D打印,一切就变得易如反掌。未来专业代印服务势必逐步普遍,就像从前三五步就一家相片冲印店般,能够随时应你的需求打印商品,甚至只要到便利商店就能够实现你的愿望。
  麦肯锡的研讨汇报指出:这股自造者(自己制造产品)家当化的趋势,将改变制造业的未来;今后15年内,将有超过18亿消费人口投入这股新制造家当价值链中。
  趋势五:制造门槛降低,创意设计才是王道
  3D打印技能可以为工业设计领域带来新的活力,打破传统加工的限制。在3D打印的新世界里,惟有想不到,没有做不到,创意才是获得财富的不二法门。
  3D打印代工服务商Shapeways首席执行官彼得・威莫森(Peter Weijmarshausen)认为,3D打印一层一层把材料堆叠起来的制造方式,让一些以往无法开模制造的特殊产品也有机会被制造出来。因此,3D打印普及后,将降低制造业门槛,家当价值链将加速由制造端移至设计端。
  虽然如今3D打印还无法完全取代传统大量制造的商品,但是忽略3D打印的影响力,不跟着进步,漠视即将发生的颠覆性革命,就像当年王安电脑等大型电脑主机厂商无视个人电脑的出现,最终必将如侏罗纪的恐龙般,消失在历史的洪流中。
  趋势六:3D医疗为健康带来新革命
  现在在医学界,为患者专用订制的助听器、齿模等已经逐步被普及,甚至以钛粉打印,经由特殊设计,更容易与人体紧密联合的人工骨胳、关节等,也有很多手术成功案例。
  此外,位于英国爱丁堡的赫瑞瓦特大学,研讨人员通过3D打印技能,成功制造出全世界第一个肝脏组织。美国的Organovo公司则制造出全世界第一台商业化3D生物打印机,以自体干细胞生成原料后一层一层堆叠成血管壁,已成功长出静脉血管。未来若有一天,肾脏、心脏等大型脏器能被制造出来,且实验表明不会有后遗症,器官移植将变得很容易,人类的寿命会大大延长。
  虽然未几的将来,3D打印将为人类创造许多好处,然而伴随这个趋势发展所带来的负面效应也不容小觑,例如枪枝管制。其中,最大的挑战将会是如何保护知识产权。一旦所有实体物品都能转化成3D数字图档,它们就会变得容易复制与传播,盗版的风险非常大。而如果盗版成风,就没有人愿意花重金加入研发设计。
  不能否认,3D打印想要拓展到消费市场,并不是没有它的限制性。3D列印技能对一股人而言门槛仍高。依照现阶段的技能水准来看,万元级别的消费级3D打印机只可制造出结构大略的产品。只是,近期很多地方已出现3D打印代工服务,提供消费者下单订制的商品,有助于提升民众对3D打印的接受度。
  破坏式创新的历史已经表明,3D打印不会中断脚步。随着时间推移,所有的困难点与妨碍都会被克服。一旦颠覆起初萌芽,它被接纳的速度远远超过任何人的想象。或许哪一天,我们就能够住在自己打印的房子里,吃着自己打印的糖果,穿着自己打印的衣服,开着自己打印的汽车,这一切看似不可思议,但它却悄悄地发生了。
转载请注明来源。原文地址:https://www.7428.cn/page/2018/1216/55479/
 与本篇相关的热门内容: