3D打印对中国的影响:仅凭热情是不够的
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摘要:3D打印技术并非新事物。它早就与其他工序相结合,用来生产电子产品的电路板。如今,这项技术得到了迅速改进,能够打印出多种多样的物体,从简单的工具和玩具,到更加复杂的产

  3D打印技术并非新事物。它早就与其他工序相结合,用来生产电子产品的电路板。如今,这项技术得到了迅速改进,能够打印出多种多样的物体,从简单的工具和玩具,到更加复杂的产品,比如飞机仪表板、人工颌骨、自行车等等。每年,美国都会打印出数百万个助听器。2011年,世界上第一辆3D打印汽车诞生了。最近,南加州大学(我工作的地方)工程学教授比洛克霍什内维斯(Behrokh Khoshnevis)展示了他设计的、用巨型3D 打印机建造房子的方法。据估计,该方法可以在不到20个小时的时间里,打印出面积为2,500平方英尺的房子,并且拥有完整的线路和卫生系统,成本也低于传统的建造方法。

  颠覆规模经济

  这种新的制造方法具有革命意义,将彻底改变20世纪的的传统制造方法。传统的制造方法是基于规模经济的简单观念,也就是扩大工厂规模,并且只生产同一种产品,从而提高生产效率。这种方法最初诞生于亨利福特(Henry Ford)的汽车生产线。一百年后的今天,富士康的20多万工人也在做着同样的事情他们在同一个地方生产iPhone。对于传统的制造方法,人工成本是最重要的因素。所以,iPhones现在由富士康在中国生产,那里的人工成本大大低于美国。

  3D打印技术推翻了规模经济的概念。相比把3D打印机四散放在不同的地方,将成千上万的3D打印机放在同一个地方并不能提高成本竞争力。未来的制造将是个非常分散的过程。3D打印机已经变得非常便宜(个人3D打印机的价格不到1,000美元),今后消费者甚至能够在家里或商店附近打印他们的鞋子、玩具和厨具。他们可以从互联网上下载产品设计,然后按照自己的喜好进行修改,并改变产品大小来满足自己的需求。未来的制造过程不再需要成千上万的工人在同一个地方做着重复的工作。

  制成品将去全球化,而各项专业服务将全球化

  3D打印技术在制造业的广泛使用将导致制成品的去全球化。在上个世纪,我们目睹了全球化进程的出现,企业将生产地点分布在最具成本竞争力、远离消费者的国家。在这个过程中,中国和其他发展中国家成为了制造中心,为美国等消费国生产产品。3D打印技术的使用将逆转全球化进程,使制造业务从中国或其他发展中国家回到产品消费国。

  虽然添加制造技术可以使产品生产本地化,但包括工程、设计和知识产权保护在内的专业服务将会全球化。这将对国与国之间的收入再分配产生深远影响。在添加制造技术方面处于领先地位的美国无疑将在这个过程中成为最大的赢家。美国公司不仅能够在美国本地的打印商店里打印产品,还可以在中国为中国消费者打印美国设计的产品。这甚至能够逆转美国和中国之间的贸易差额。

  以3D打印技术为典型代表的新型制造技术成为引领未来制造业变革的重要技术之一,该技术有可能从根本上改变生产组织方式。3D打印技术是通过计算机辅助设计技术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,后者采用分层加工、叠加成形,即将连续的薄型层面堆栈起来,直到一个固态物体成型。其工作原理与普通打印机基本相同,与计算机连接后,通过计算机控制把打印材料一层层叠加起来,最终把计算机上的蓝图变成实物。

  新型制造技术的单个产品生产成本与大规模生产的单位产品成本的无差将颠覆传统的规模经济理论。大规模产品生产优势的削弱使得中小企业甚至个体企业家变得更具有竞争力,并使集约式的生产模式向着分布式生产的方向发展。此外,新型制造技术可以极大地释放人的创造力和想象力,使创新经济商业模式成为可能。一台笔记本计算机和一个3D打印机便可完成产品的制造,同时将导致劳动力成本占总成本的比例会越来越小,新兴国家的低劳动力成本优势将急剧下降。靠廉价劳动力获得大量就业岗位的新兴国家,可能又要将这些岗位拱手让给发达国家,并改变世界产业格局。

  3D打印对中国的影响

  据媒体报道,为加快推动3D打印制造技术的研发和产业化,工业和信息化部正在酝酿顶层设计和统筹规划,准备制定支持3D打印产业发展的专项政策。

  种种迹象表明,中国3D打印产业正迎来新一轮发展机遇。

  3D打印技术诞生于上世纪80年代,其原理是以数字模型为基础,运用粉末状材料,通过逐层打印的方式来构建物品。2012年,旨在重振美国制造业的制造业创新国家网络将3D打印作为首个发展方向,英国《经济学人》杂志也发表文章称,3D打印是第三次工业革命的重要标志,在多方力量共同推动下,从前不温不火的3D打印变得炙手可热。

  根据最新的报告显示,2010~2012年,3D打印市场的复合年增长率为27.4%,2012年市场规模为22.04亿美元,约合135亿元人民币。

  值得注意的是,3D打印技术在中国的起步并不晚。上世纪90年代,西安交通大学、华中科技大学和清华大学等高校就已经开始进行3D打印领域的研究。截至今年5月,国内已经有40多家从事3D打印技术的上下游企业和科研单位。

  在过去30多年的发展过程中,3D打印技术已经在航空航天、汽车、生物医学等领域广泛应用。我国也取得了一系列进展。

  1993年以来,中国工程院院士、快速制造国家工程研究中心主任卢秉恒率先在国内开拓光固化快速成型制造系统研究,开发出具有国际首创的紫外光快速成型机及有国际先进水平的机、光、电一体化快速制造设备和专用材料。

  北京航空航天大学教授王华明率领的团队历经20年的研究,在国际上首次全面突破了钛合金等难加工大型复杂整体关键构件激光成型工艺、成套装备和应用关键技术。

  中科院重庆绿色智能技术研究院3D打印技术中心开发出液体光敏树脂紫外固化技术,打印精度能够达到微米良机。另外,该中心正在研发一项跨尺度高精度打印,将大面积的快速打印和局部的精细打印相结合,从而满足客户的特定需求。

  虽然我国3D打印起步不算晚,也有了一定的进展,但从目前发展情况来看,我国的3D打印技术还有多方面瓶颈待突破。

  首先是设备问题。目前,国内的3D打印设备和国外相比可靠性较弱,一些高端设备和关键部件在国产化方面也需进一步努力。其次,国内3D打印技术还面临着材料的难题,一些材料的配比未能掌握,一些试验需要的材料还需要从国外进口。

  此外,我国3D打印技术的市场也需要进一步拓展。据报告显示,2012年全球3D打印的市场规模为21亿美元,而中国3D打印市场规模只有10亿元人民币。

  要想抓住3D打印技术的发展契机,首先应该突破和掌握3D打印的核心技术,比如智能终端、扫描仪器等设备的精度、速度,掌握更为丰富的材料,如智能材料、功能材料、复合材料,及多种金属材料直接成型,还要推进3D打印设计软件、工程软件、制造软件和控制系统的开发应用。这样才能掌握3D打印全产业链的自主权,避免沦为产业链低端,仅仅作为廉价劳动和加工制造基地。

  而要想实现上述技术的突破,我国3D打印产业需要加强资源整合,走抱团发展、集群发展之路。长期以来,3D打印行业小而散,相互之间各自为政,设备、软件、材料、工艺等都需要自己研究,没有团结起来,不能形成一种合力。因此,3D打印需要创新科研机制的支撑,研发机构应该各有分工,相互补充。

  2012年10月,中国3D打印技术产业联盟成立。该联盟在南京等城市集中优势资源建设中国3D打印技术产业创新中心,将从事3D打印技术研发的科研单位和企业整合起来,形成合力,通过行业抱团发展的模式逐步打开市场。

  今年8月,中国3D打印研究院在南京成立。该研究院将集成国内外研发力量,重点开展医疗康复、航空制造、航天科技(000901,股吧)、汽车研发、生物制造等领域3D打印工艺、装备、材料、应用等产业化技术研发,逐渐实现技术转化。

  上述进展说明,我国3D打印正从以往的单打独斗,转而形成整体合力,这将有助于推动我国3D打印行业资源整合、标准建立以及国际间的对话交流。

  3D打印技术在文化创意、生物医学和工业等领域具有广泛应用。而我们看到,在过去的30多年里,3D打印技术之所以未产生太大影响,一个很重要的原因,就是用户和企业对3D打印技术缺乏足够的信心,市场需求始终没有起来。

  与传统制造的大规模、大批量的加工制造相比,3D打印在少批量、小尺寸、高精度、造型复杂的零部件元器件的加工制造方面更具优势。因此,3D打印可以与传统产业优势互补,融合发展,开发出适合传统制造业所需要的技术和产品,帮助传统产制造业改进生产工艺,从而为传统制造业的创新发展注入新的活力和动力。

  此外,发展3D打印这项新兴技术,仅凭热情是不够的。目前,面对3D打印的广阔前景,各地纷纷兴建3D打印产业园,并出台各项优惠政策,面对这一现状,我们应该进行科学规划布局,避免在发展初期一哄而上,形成恶性竞争,重蹈光伏行业的覆辙。

  当前全球经济持续低迷,外需疲软,内需不振,制造企业在新一轮经济起飞中扮演着重要角色。牵住3D打印这个牛鼻子,使其在产业升级和结构调整中发挥作用,将为传统制造业的发展带来新的希望。

  中国与西方最大差距在观念而非技术

  在中国和美国,很多3D打印技术领域的学术和工业研究都是在并行进行的,特别是在生物化医疗领域。我觉得西方总的来说主要是美国、欧洲,还有中欧以及其他欧洲国家已经更快地采用了这个技术来进行工业化的应用。所以,从这个角度来看,两个国家的区别主要是在理解什么是可能的上面。但是在生产上,我觉得关键是这种技术会适用于哪些领域。如果你想把这样的技术应用于大批量生产的话,那么你肯定会失败的,因为这个领域在可预见的未来,3D打印产品非常小众的,所以我觉得这是在3D打印机生产当中应该正视的问题。

  还有成本的问题。使用3D打印的材料和机器,我们要做一个平衡的分析,必须要看它的成本效益,要具体情况具体分析,看一下这种技术是不是适合这个领域。美国和欧洲在这个方面做了很多工作。他们试图去了解哪些地方适用3D打印技术,这种技术的缺陷在哪里,这种下游的运行都需要用来保证质量的要求。所以,这些东西都不简单,只是简单地打印出一个产品很容易,但实际上要把它做成高质量的零部件是需要花很多心思和功夫的,所以我觉得这是在西方和中国之间存在理解上的一个差异。

  我认为既有我们自身的原因,也有外部的原因,自身的原因我认为是两个方面。一方面,3D打印技术不是一个替代性很强的技术,它替代不了传统的制造业。另一方面,是我们自身的原因。我们现在从事3D打印技术的基本上都是清一色的专家、大学教授和科研单位的专家。专家对市场驾驭能力的缺乏导致3D打印产业发展总是不那么顺利。既是专家、科学家,又是企业家的,全球成功的也没有几个。所以,推广市场的应用这方面是我们的短板。

作者:admin 来源:未知 发布于2019-07-15 10:55
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