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中国有望成为3D打印制造技术的最大受益者

Brule日本分公司社长杉本健人表示:“中国的3D打印技术早已赶超日本,无论是品质还是销售网络都能与美国抗衡。”

根据美国3D打印行业研究机构WohlersAssociates公布的一项关于3D打印的权威报告指出,中国华中科技大学拥有全球实力最强的3D打印研发小组。报告指出,截至目前华中科技大学已经获得了多项能够实现低成本高性能开发3D打印机的研究成果,此外像西安交通大学、清华大学等也取得了一些研发成绩。

根据报告显示,2012年中国的3D打印机普及数量已经达到了美国的四分之一,预计2016年中国的3D打印市场规模将达到100亿元人民币,成长速度居世界第一。

目前,3D打印没有成为主流工业设计和制造企业的优先选择。即便是对于复杂结构或者特殊材质的产品,聪明的中国人也有自己的办法——比如,有制造业人士告诉记者,经验丰富的技师可以使用整块的铝合金在机床上快速制作一个模具,虽然这种快速模具拿来生产三四个产品就会报废,但同样可以花很少的时间和很低的成本来制作一些复杂结构和特殊材质的产品。

颠覆传统的制造技术

专家一致认为,3D打印技术作为制造业领域的一次重大技术革命,已经广泛应用到航空、航天等军事领域和大型复杂构件的一次成型制造,是传统制造技术与新材料的完美结合。通常,制造业特别是金属制造业采用的是减法工艺,即通过车、铣、刨、磨、钻等金属切削工艺对被加工件进行减材制造。而3D打印反其道而行之,采用的是加法工艺,即通过不断地进行材料的有序堆积,最终加工出成品。因此,3D打印也被称为增材制造。

而3D打印与传统加工工艺的差别也就体现在这增减上。而3D打印的特有优势也体现在这加法工艺上。比如说几乎可以百分之百地利用原材料,制造传统工艺无法实现的特殊结构的产品,因节省开模费用而在小批量生产上具有成本优势,在产品研发过程中可以快速制造样机,可以实现分布式制造等。

的确,3D打印这些优异的加工特点无疑是传统制造工艺难以实现的。如果一台3D打印机具备这些特点,无疑将会对传统的制造工艺带来强劲的冲击,甚至颠覆性的变化。

但是,至今为止,人们常常规避3D打印在规模制造中的经济性这一关键指标。比如说,飞机舷窗样机制作中3D打印的成本是传统开模成本的十分之一,同时省去很长的开模具的时间。但是飞机高昂的研发成本是靠批量摊薄的,这个数字应该远远不止十架,传统加工方式的优势就显现出来。再如饮誉二战的远洋货轮“自由轮”,战时共制造了2751艘。

随着工艺和管理水平的提升,“自由轮”的建造时间从最初的244天,缩短到平均42天,最快记录是4天15小时30分钟,这是大规模工业化制造的经典之作。我们还应从整个制造过程看3D打印。当人们从使用的角度看,光伏产品确实是绿色、节能产品,但光伏产品的核心材料——多晶硅的西门子生产法却是高耗能、高污染。

同样道理,3D打印只是产品制造中最后的加工环节,前面原材料的生产是否也具有同样节能减排效果呢?还应注意的是3D打印设备与工艺的紧耦合现象,即3D打印设备很难做成通用设备,这在非金属熔融固化工艺中比较突出,要根据不同的打印原料更换相应的打印头,甚至打印机。

这种非通用的特点削弱了3D打印的分布式制造色彩,毕竟,并不是所有3D打印的支持者,都有经济实力来购置多台3D打印设备的。如果3D打印不能在足够多的制造领域替代传统的工艺,那么,就要慎言3D打印将颠覆整个传统制造业了。

事实上,既然3D打印无法完全替代传统制造工艺,那么,从产业高度看,传统制造技术和3D打印技术就应该是互补技术,只不过在不同的制造领域或者不同的产品制造上,两者在产品制造过程中工艺占比不同罢了。

3D打印带来新挑战

如今,3D打印对于越来越多的人来说,已经不再陌生。在金融危机复苏以来所提倡的制造业复兴过程中,美国人以及越来越多的中国人都已经慢慢接触到了这个仿佛在一夜之间兴起的技术名词。许多媒体甚至将3D打印技术看作是终结以“中国制造”为代表的传统制造业的最新技术。

3D打印术的使用意味着一场变革,这场变革让像美国达特茅斯学院教授理查德?达韦尼这样头脑清醒的经济学家相信,富士康等公司会成为明日黄花。达韦尼在《哈佛商业评论》上主张:“中国不会成为新世纪的输家。它有国内市场可以服务……而其国内市场很庞大。但中国将不得不放弃世界大规模生产强国的地位。”

这一理念分歧导致中国某些地区出现了自鸣得意的声调。管理研究员贾晋京说:“西方一些媒体说3D技术有利于西方,可以帮助美国工业复兴,冲击中国世界工厂的地位。”他随后说:“我不支持这种观点。”

就像互联网对于华尔街和华盛顿来说绝不仅仅是一项技术一样,3D打印同样也绝不仅仅是一项技术革新。如果说互联网的核心市场价值就是信息的价值和信息分享的价值,那么3D打印的价值,就是定制化的价值。

个性化的定制服务,这个在传统大工业生产中被认为与大批量生产背道而驰的理念,在未来3D打印产业中有望得到实现,使得“批量生产”与“个性定制”在未来的3D打印车间里得到完美结合。其对于制造业的革新程度,堪比互联网技术对于计算机领域的革新。当然中国也没有坐以待毙。它正在积极购买西方的3D打印技术,自己制造轻型机器卖给消费者。工业和信息化部已拨款2000万英镑资助10家研究中心,并成立了40家公司。

目前,国内3D打印主要有清华大学、华中科技大学、西安交通大学、华南理工大学、北京航空航天大学等高校教授带领的科研团队。在他们的引领下,中国3D打印取得了一定的成效,不少3D打印联盟相继成立,3D打印企业也层出不穷,3D打印也能打印出无人驾驶小型飞机、文物、小零件、食物、自行车、小建筑等,令人耳目一新。

随着3D打印概念股在资本市场上演火爆行情,这一产业逐渐吸引了人们关注的目光,一些企业则已经成功将概念产业化。以3D打印技术为基础的智能制造为我国追赶先发国家打开了一扇“机会窗口”。目前,各国3D打印产业基本处于同一起跑线,发达国家在3D打印产业有优势,但我国的差距并不很大,为此,我国应当实施先发战略,着力以3D打印引领智能制造,实现赶超。

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