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3D打印:制造业“逼上梁山”?

2019-06-11 09:59 出处:未知 人气: 评论(

  打印如今已在世界各地开花结果,并成为全球性研发竞争的焦点

  当下发展中国家的劳动力成本正逐年上升,要在新一轮竞争中胜出,得靠技术创新优势

  3D打印正处行业创新活跃期,应避免各地竞相上马,过度竞争,应做好产业先导

  我国将加强顶层设计和统筹规划,并组织制定3D打印发展路线图和中长期发展战略

  3D打印是一种以数字模型文件为基础,运用粉末状金属或塑料等可粘合材料,通过逐层打印的方式来构造物体的技术。3D打印通常是采用数字技术材料打印机来实现的。软件通过电脑辅助设计技术(CAD)完成一系列数字切片,并将这些切片的信息传送到3D打印机上,后者会将连续的薄型层面堆叠起来,直到一个固态物体成型。

  3D打印机与传统打印机最大的区别在于它使用的墨水是实实在在的原材料。目前,从珠宝、鞋类、工业设计到建筑、工程施工、汽车、航空航天,从医疗产业、教育到地理信息系统、土木工程以及其他领域,3D打印离老百姓的日常生活越来越近。

  3D打印,能否打开第三次工业革命大门?3D打印的蓬勃发展会将中国制造业逼上梁山吗?中国将会遇到哪些机遇与挑战?创新驱动战略如何发力?带着这些疑问,记者对一些专家学者进行了采访。

3D打印来了,中国准备好了吗?

  2012年,一些中国的3D打印机公司已将自己的产品放到淘宝商城上出售。由闪铸公司推出的双头个人3D打印机,售价5999元,在30天内就卖出了90台。

  3D打印又称增材制造技术,发端于上世纪八九十年代的美国,如今已在世界各地开花结果,并成为全球性研发竞争的焦点。

  这是国外用3D打印技术制成的医疗用头盖骨,这是艺术家在沙漠给3D打印机喂进沙子打印出的艺术品。中国社科院财经战略研究院副院长荆林波用一张张图片向记者展示了3D打印的奇妙,这是用美国人的3D打印机打印出的汽车,时速110多公里,售价5万美元,很多人都能消费得起。

  中国在3D打印技术研究方面,并不落后。工信部部长苗圩此前接受记者采访时表示,北京航空航天大学在国际上率先研发的飞机钛合金大型复杂整体构件激光成型技术,就是在3D打印领域的重大突破。

  据悉,我国从上世纪90年代起开始研发3D打印技术,目前包括西安交通大学、华中科技大学、清华大学、北京航空航天大学等高校在这一技术领域已取得了不俗成绩,基本与西方发达国家处于同一水平,研发出光固化、金属熔敷、陶瓷成形、激光烧结、金属烧结、生物制造等类型的3D打印装备和材料。

  华中科技大学快速制造中心研发的大型3D打印机,只要把零件的三维数据输入电脑,按下打印键,激光就能选择性地将原材料制造成复杂的工业零部件、生活中的锅碗瓢盆

  北京工业设计促进中心主任陈东亮称,从科研机构投入3D打印技术的研究,到民间资本进入到该领域,伴随着科技进步,3D打印将逐步从专业领域走入民众日常生活,产业化步伐将加快。

  2012年,被称为3D打印机元年,是3D打印机市场从萌芽期进入成长期的转折点。资料显示,在美国,3D打印技术已经初步产业化。2012年,美国和以色列两大3D打印公司宣布合并,联姻后公司市值达30亿美元。美国一家3D打印服务企业已拥有15万个会员及超过6000个用户,已为顾客打印过上百万件产品。

  在我国,2012年也是3D打印机公司日益增多的一年。北京上拓科技有限公司已经批量化生产3D打印机,一些3D打印机公司已将自己的产品放到淘宝商城上出售。

  2012年底,工信部宣布,将加强顶层设计和统筹规划,推动3D打印产业化,并组织制定发展路线图和中长期发展战略,完善3D打印技术规范与标准制定。

新工业革命:中国能否抓住机遇

  第三次工业革命在中国成为关注焦点,源于一本美国经济学家杰里米的著作《第三次工业革命》,书中预言,新能源与互联网的融合将带来第三次工业革命。

  苗圩表示,近一段时期国际社会对第三次工业革命讨论较多,认为信息技术和制造业的融合,加上能源、材料、生物等领域的技术突破,可能引发新一轮的产业变革。

  中国社科院工业经济研究所党委书记、副所长黄群慧接受记者采访时说,第三次工业革命的提出之所以受到重视,与国际金融危机以后,主要发达国家开始实施再工业化战略,需要寻找产业的支撑点有关。我们研究认为,制造业的数字化和智能化技术的突破是第三次工业革命的核心。

  尽管新的科技和产业革命何时发生、挑战是什么、机遇在哪里,还有待观察。但可以肯定的是,新一代信息技术的发展特别是广泛应用,必将成为新一轮产业革命孕育发展的重要动力。苗圩说。

  至于3D打印能否打开第三次工业革命的大门,黄群慧表示,第三次工业革命不能理解为仅仅有3D打印、计算机模拟或者信息化等个别新制造技术和设备的出现和应用,可以说,这几方面的变革都有,但是它实质上是一个内涵丰富、多层次,已经发生突破,但仍处于演进中的整个工业系统变革。

  世界政经格局深度调整和新一轮科技革命为中国创造了新机遇。这是一场争夺未来的竞争,每一个国家都想抢占先机。

  中国国际经济交流中心副理事长郑新立表示,对于中国来说,第三次工业革命是不可多得的历史机遇。前两次工业革命中国都落后于世界,而面对新一轮工业革命之机,作为后发国家的中国,应充分利用好全球科技创新资源,在更高起点上实现赶超和跨越。

  工信部联合中国电子信息产业发展研究院开展的专题研究显示,虽然第三次工业革命是一个较长的过程,也不可能完全替代既有的生产方式和发展模式,但却为后发国家成功实现赶超打开了一扇机会窗口。

  苗圩表示,工信部将密切跟踪研究,加强技术积累和前瞻部署,努力抢占未来科技和产业竞争制高点。

3D打印:制造业逼上梁山?

  目前,北京航空航天大学教授、中国3D打印技术产业联盟理事长王华明带领的团队,运用3D激光直接制造技术打印出了C919大型客机机头工程样件研制所需的钛合金主风挡窗框。他说:大概用了不到55天,就做出来四个框,省时省钱。

  创新驱动是新兴产业发展的灵魂。当下,发展中国家的劳动力成本正逐年上升,要在新一轮竞争中胜出,得靠技术创新优势。

  黄群慧说,2005年中国劳动力的平均成本是美国的22%,到2010年达到了31%,而到了2015年会达到60%。如果这个趋势继续下去,就会弱化我国劳动力成本的优势,也会弱化中国制造的优势。

  尽管3D打印还未得到广泛应用,但是,中国制造企业已有强烈的危机意识。海尔集团董事局主席兼首席执行官张瑞敏表示,现在看来,第三次工业革命、3D打印不再遥遥无期。智能化生产,个性化制造,大幅降低成本,这对传统制造企业的挑战确实是太大了,也对企业的转型发展提出了紧迫要求。

  据悉,海尔的竞争对手之一,美国通用公司(GE)去年把洗衣机和全新的热水器生产线从中国搬迁回了美国。GE工会主席对媒体说,迁回美国的生产线采用了全流程管理模式,使得热水器产品降价超过了20%。

  全流程管理就是个性化制造,这在中国还做不到。张瑞敏表示,在第三次工业革命中,大规模制造的工厂将面临挑战。

  曾经,流水生产线让小作坊变成了大工厂,如今,3D打印技术改变了制造业流程,让大工厂有望再变成个性化的小作坊。预计,未来的家具生产商将不再需要设计千篇一律、缺乏新意的产品,而是根据顾客的意愿设计产品图,再通过3D打印制造出独具特色的成品

  基于全球制造业整体出现低迷态势,许多人将制造业复兴的希望寄托于3D打印技术。在王华明看来,3D打印技术确实带有一种变革性,短流程、低成本、数字化、高性能的装备构建制造一体化技术,对于高性能难加工构建技术是一场革命。

  3D打印的兴起,会对中国制造业造成哪些冲击?王华明说,3D打印是一匹千里马,确有用武之地。但是,至少从目前来看,3D打印和传统制造都有各自的优势,两者不可互相取代,在今后很长一段时间内,3D打印与传统制造工艺将不可分割地共存。

  很多从事3D打印研究的专家与王华明的观点一致,从目前来看,3D打印机不会彻底取代车床、钻头、冲压机、制模机等传统工具,传统的标准化生产方式仍然会是主流。3D打印不会把中国制造逼上梁山,反而会成为传统生产方式的好哥们。

  目前,材料供给成为3D打印技术发展的最大瓶颈。由于3D打印技术目前总体并不成熟,产业规模并不大,所以国内生产3D打印材料的企业极少,很多金属材料更是依赖进口。而在材料性能、数据积累上,全世界都处于非常不足的状态,且有关数据积累也大多集中在钛合金等贵金属材料上,这也在一定程度上推高了3D打印的成本,限制了该技术的普及。

  对于3D打印机的发展方向,江苏省社会科学院院长刘志彪表示,一是高附加值的核心打印机装备类产品,另一个是特种耗材类的新材料。

  他表示,现在3D打印正处于行业创新的活跃期,应避免各地政府竞相上马,过度竞争,要重点在若干产业链环节支持几家团队实力强、研发基础扎实的企业作为发展这个产业的先导。

3D打印简史

  1986年,Charles Hull开发了第一台商业3D印刷机。

  1993年,麻省理工学院获3D印刷技术专利。

  1995年,美国ZCorp公司从麻省理工学院获得唯一授权并开始开发3D打印机。

  2005年,市场上首个高清晰彩色3D打印机Spectrum Z510由ZCorp公司研制成功。

  2010年11月,世界上第一辆由3D打印机打印而成的汽车Urbee问世。

  2011年6月6日,发布了全球第一款3D打印的比基尼。

  2011年7月,英国研究人员开发出世界上第一台3D巧克力打印机。

  2011年8月,南安普敦大学的工程师们开发出世界上第一架3D打印的飞机。

  2012年11月,苏格兰科学家利用人体细胞首次用3D打印机打印出人造肝脏组织。(杨亮 整理)

名词解释

  3D打印技术

  又称增材制造技术、激光堆积型技术或激光快速成型技术。通过3D打印机,采用计算机辅助设计、远程数据传输、激光扫描、材料熔融等一系列技术,以分层加工、迭加成形的方式逐层增加材料来生成3D真实物体。3D打印机所使用的材料,自然不是纸或墨水,而是一些可以发生固化反应的材料,现在可以作为原材料的东西已经多种多样,包括树脂、塑料、陶瓷、金属等。3D打印技术最突出的优点是无需机械加工或模具,就能直接从计算机图形数据中生成任何形状的物体,从而极大地缩短产品的研制周期。

  第一次工业革命

  18世纪60年代-19世纪中期(人类开始进入蒸汽时代)。18世纪中叶,英国人瓦特改良蒸汽机之后,由一系列技术革命引起了从手工劳动向动力机器生产转变的重大飞跃。随后向英国乃至整个欧洲大陆传播,19世纪传至北美。第一次工业革命是以机器取代人力、以大规模工厂化生产取代个体工场手工生产的一场生产与科技的革命。

  第二次工业革命

  19世纪下半叶-20世纪初(人类开始进入电气时代,并在信息革命、资讯革命中达到顶峰)。1870年以后,科学技术的发展突飞猛进,各种新技术、新发明层出不穷,并被迅速应用于工业生产,大大促进了经济的发展。这就是第二次工业革命。当时,科学技术的突出发展主要表现在三个方面,即电力的广泛应用、内燃机和新交通工具的创制、新通讯手段的发明。

  第三次工业革命

  第三次工业革命体系底层是高效能运算、超级宽带、激光粘结、新材料等通用技术,中层是以人工智能、数字制造、工业机器人为代表的制造技术和工具,高层是应用了前述新的通用技术和制造技术的大规模生产系统、柔性制造系统和可重构生产系统。这个体系的有效运行形成了全球化生产、个性化制造、社会化制造等新的技术经济范式。

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