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2007中国十大策划风云人物。 2007世界经理人协会最佳营销总监。 中国营销策划金鼎奖。 中国营销案例金奖。 中国营销美学第一人。

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3D打印”技术的基本原理及发展前景  

2013-01-22 07:02:33|  分类: 企业管理 |  标签: |举报 |字号 订阅

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(一)基本原理。“3D打印”是通俗的叫法,学术名称为“快速原型制造 ”(Rapid Prototyping & Manufacturing),是80年代末90年代初在美国开发兴起的一项高新制造技术。“3D打印”技术是在现代CAD/CAM技术、激光技术、计算机数控技术、精密伺服驱动技术以及新材料技术的基础上集成发展起来的,采用材料累加的新成型原理,直接由CAD 数据打印制成三维实体模型。快速成型系统就像是一台“立体打印机”,不需要传统的刀具、机床、夹具,便可快速而精密地制造出任意复杂形状的新产品样件、模具或模型。

  3D打印机原理很简单,每一层的打印过程分为两步,先在需要成型的区域喷洒一层特殊胶水,胶水液滴本身很小,且不易扩散,然后再喷洒一层均匀的粉末,粉末遇到胶水会迅速固化黏结,而没有胶水的区域仍保持松散状态。这样在一层胶水一层粉末的交替下,实体模型将会被打印成型。完成后,要处理掉物品周围沾满的粉末,这是可以循环利用的,再涂上增强硬度的胶水。

  “3D打印机”与传统打印机最大的区别在于耗材不同——后者使用墨粉,前者使用的则是一些可以发生固化反应的材料,如树脂、塑料、陶瓷、石膏、金属等等。例如:助听器生产部门利用3D打印机扫描患者的耳朵轮廓后复制出合适的助听器。汽车定制公司利用3D打印机为汽车爱好者提供专门的汽车部件。消费电子产品厂商用3D打印机来完成对产品功能的设计,以避免在大规模生产后修改设计。医生用3D打印机来制造实习模型。博物馆用3D打印机复制真品,以避免参观者损毁真品,等等。

  (二)发展前景及意义

  工业化最大的成就是通过机械化实现了规模化大生产。而我们今天的“3D打印”技术则将规模化大生产可能演变为若干个体,打破集约化生产的传统模式。只要一台3D打印机,我们就可以在家里生产任何我们需要的东西,而且可以不断变化款式、样式。如今,新的生产方式已经发生了重大改变,传统的生产制造业将面临一次重新“洗牌”。随着各种打印材料(即制造原料)的研制成功,“3D打印”技术已经可以用于生产像珠宝、玩具、工具、厨房用品、衣服之类的东西,甚至可以直接打印人体骨骼、假肢、鲜肉,进行牙齿正畸和数字化种牙,有的还打印出了汽车、飞机零部件。未来我们的模具制造行业、机床行业、玩具行业、轻工产品行业或许都可能被淘汰出局,而取代他们的就是3D打印机。当然,这需要一个过程,10年或者20年,主要是人们适应和接受新事物的过程,也有产业自身完善成长的过程。

  由于“3D打印”技术不需要生产线,使得生产成本大大降低、生产周期也得以缩短,同时在很大程度上减少了材料废弃。据美国一家行业研究机构发布的报告显示,3D打印机、环保可持续建筑等将是美国未来增长最快的行业。2012年8月,美国总统奥巴马拨款3000万美元,在俄亥俄州建立了国家级3D打印添加剂工业研究中心,并计划第一步投入5亿美元用于“3D打印”,以确保美国制造业不再继续转移到中国和印度。由于我国没有完成工业化,传统的粗放式的工业发展模式已经严重阻碍了生产力发展,产业升级和结构调整成为一项长期的艰巨任务。而“3D打印”技术的产业化无疑为我国新型工业化建设和促进传统产业升级发挥十分重要的引领作用。

  二、国内外“3D打印”技术及产业发展应用情况

  (一)国内外产业发展情况。“3D打印”技术的历史由来已久。1986年,美国3D System公司推出了第一款工业化的“3D打印”设备,1990年开始销售,短短几年中,形成了巨大的市场,1994年底全球已达900台,到2008年年装机总数就已经达到6000台左右,以指数曲线在上升。3D打印设备应用的方式有两种:一种是大企业为自己的产品开发服务,如美国三大汽车公司、麦道、IBM、Apple、丰田等都在应用;另一种方式为大学、研究所甚至六、七个人组织的服务机构以一台或数台成型机为中心,开展对中小企业的服务。目前,全球有两家3D打印机制造巨头,分别为Stratasys和3D System,均在美国纳斯达克(美股 )(美股 )上市,2011年营业收入分别为1.7亿美元和2.9亿美元。2011年全球3D打印市场规模17.1亿美元。不过,这一数字仅占全球制造市场的0.02%。

  我国从1994年开始研究“3D打印”,北京隆源公司于1995年成功研发了一台AFS激光快速成型机,随后华中科技大学也研制出了SLS快速成型机。目前国内依托高校成果,对“3D打印”设备进行产业化运作的公司实体主要有:北京殷华(依托于清华大学)、陕西恒通智能机器(依托西安交通大学)、湖北滨湖机电(依托华中科技大学)。这些公司都已实现了一定程度的产业化,部分公司生产的便携式桌面3D打印机的价格已具备国际竞争力,成功进入欧美市场。另外,一些中小企业成为国外“3D打印”设备的代理商,经销全套打印设备、成型软件和特种材料。还有一些中小企业购买了国内外各类“3D打印”设备,专门为相关企业的研发、生产提供服务。其中,广东省工业设计中心、杭州先临快速成型技术有限公司等企业,设立了“3D打印”服务中心,发挥科技人才密集的优势,向国内外客户提供服务,取得了良好的经济效益。

  目前,国内的“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。据业内人士估计,3D打印机在国内企业级装机量在400台左右,2010年以来年增速均在70%左右,市场规模超过1亿元。
制约我市”3D打印”技术及产业发展应用遇到的瓶颈和问题

  “3D打印”技术虽然已有近20年的发展历程,但产业发展仍存在很多困难。

  一是认识不足。虽然3D打印机的发展已有数十年,但是对大多数普通人来说,目前“3D打印”技术还是一个新生事物,很多企业甚至从没听说过还有这种具有“神秘功能”的机器。

  二是价格不菲。目前,“3D打印”的耗材非常有限,主要是石膏、无机粉料、光敏树脂、塑料等,消费类的“3D打印”主要应用的材料为ABS和POA的塑料,不能完全满足工业领域的需求。工业应用的“3D打印”耗材,特别是金属粉末类耗材,价格非常昂贵,这是制约国内企业使用“3D打印”技术的原因之一。比如一件飞机零部件,打印这种样品的金属粉末耗材一斤卖价4万元,3D打印样品至少要卖2万元,而如果采用传统的工艺去工厂开模打样,仅需几千元。目前的3D打印机除了用来满足个人设计师和普通爱好者的个人3D打印机之外,其他的工业用3D打印机均价格不菲,每套大概需要十万美元左右,精度高的甚至达到120万美元。

  三是工艺尚不完善。由于“3D打印”工艺发展还不完善,特别是对快速成型软件技术的研究还不成熟,目前快速成型零件的精度及表面质量大多不能满足工程直接使用,不能作为功能性部件,只能做原型使用。
在技术实现前提的情况下,打辆出实体车成本是多少?何况是打不出来的,现在大多数只是模型!




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