3D打印实现工业化 当务之急是破解高成本难题
- 2015-07-20 10:07:367037
但在“中国制造2025”的推动下，3D打印再次迎来拨云见日之机。在政策的推动下，头顶光环的3D打印能否借势破解高成本难题，成为行业发展的助推器。
3D打印博弈工业化
今年以来，从*正式发布《中国制造2025》规划，到成立国家制造强国建设*小组，中国制造转型升级由部署进入实操阶段，勾勒出中国由“制造大国”迈向“制造强国”的宏伟主线。
这意味着，国家的表态给中国产业结构调整和制造业升级带来机遇，而被热炒的3D打印技术自然在列。
相关数据显示，3D打印的市场规模巨大，2012年，3D打印规模销售额达22.04亿美元，较2011年增长297%。预计到2017年市场规模将达50亿美元，2021年则达108亿美元。中国3D打印市场潜力巨大，未来几年有望成为世界大的3D打印市场。
正因如此，早在今年2月份，*、发展改革委、*就已研究制定了《国家增材制造产业发展推进计划（2015-2016年）》（后简称《推进计划》）。
《推进计划》希望通过突破增材制造*材料、加快提升增材制造工艺技术水平、加速发展增材制造装备及核心器件、建立和完善产业标准体系、大力推进应用示范这五大手段，从材料、设备、技术工艺、下游应用、产业体系等多个角度优化3D打印行业的未来发展。
参与组织起草《推进计划》的*赛迪研究院装备工业研究所专家左世全博士认为，3D打印技术作为驱动性制造手段，可以推动原型制造和模具开发等众多应用，满足从精密仪器到消费品领域的多方需求。《中国制造2025》对3D打印的重要部署以及省、市级创新中心的不断设立都为3D打印行业的蓬勃发展带来了新机遇。
政策的利好，刺激了行业的热度，一时间，大大小小的研讨会和展览数不胜数。然而，拨开炒作的迷雾，我们不难发现，3D打印技术在国内快速推广相对较晚，还存在诸多的“硬伤”需要消化。
相对于传统加工行业，3D打印技术有着它得天独厚的优势，那就是快速成型，省去了模具开发等繁琐的工艺，只要有图，很快就可以拿到成品。
但是这对3D打印来讲是一柄双刃剑，快速成型的概念仅仅局限于单品，而批量生产则很难做到，这也是横亘在产业化发展面前的一座大山。
对此，天津某机械有限公司负责人周成宪毫不避讳，它认为3D打印的批量效率是目前产业化大的障碍。如果是批量生产的话，一台3D打印机的效率仅仅是数控机床的十分之一，这完全达不到生产的规格。
“可以说，目前国内3D打印技术仅仅能够实现小批量、高性能、难加工的产品需求，而实现量产，我们还有很长的路要走，至少要将现在的生产效率提高10-15倍，才能完全替代数控机床，然而，这在短时间内是很难实现的。”
为了解决效率问题，该公司想到了一个“跨界”的想法，那就是将3D打印技术与数控机床相融合。
尽管在国内属于*，但类似的想法，在国外众多国家已经屡有试验，不过目前只有日本的一家企业研制成功。
据介绍，由该公司生产的机加工复合3D打印机在工艺上做了充足的改良，不仅用新型激光扫描方法降低了3D打印在成型过程中对铸件的影响，还通过自适应变层厚技术使得效率和质量倍增。
周成宪用一个形象的比喻告诉记者，这种创新就好像是3D打印机与机器人（97.800，3.18，3.36%）同步协作，一边打印一边加工，而且双方互不干扰。
这种复合型机器将在今后的航天、汽车以及*等领域发挥重要的作用，目前该公司已经与中科院、航天五院、航天三院等合作开发高性能、复杂的零件。
“我们的产品得到了客户的*好评，以航天用火箭点火嘴来讲，不仅点火效率和稳定性更强了，而且质量也减轻很多，要知道该类产品每增重1公斤，成本就要增加1000万元，”周成宪说，“今后，我们还将生产更加适合普通企业的机器，推进3D打印产业的发展。”
尽管研发水平突飞猛进，但核心部件对国外的依赖性仍然没有摆脱，这也折射出我国3D打印行业的另一短板。
得不到机器的“心脏”技术，企业的运营成本就会居高不下。以一个中小型企业来计算，一台3D打印设备的价格在300万元-500万元之间，一个企业如果要实现规模生产，至少要购置4台这样的设备，这样一来，先期仅仅对机器的投入就需要1500万元。
不仅如此，国外生产的机器一般会要求配套使用该公司提供的打印材料，而这一部分的成本比国内材料高出很多，这样的负担对于初创企业来讲无疑是致命的。
显然，目前想让3D打印技术承担装备制造业转型升级的重任，似乎还为时尚早，但是从长远来看，该领域的发展将日趋完善，终将给工业生产和经济组织模式带来质的改变。
“作为新兴产业，我们势必有很长的路要走，但在未来的3-5年，中国的3D打印行业肯定将迎来一个井喷期，尤其是在汽车和医疗行业。而像航天和*这样的领域，其孕育期要达10年之久，我相信借助中国制造2025的发展契机，利用技术研发等优势，一定能够找到破解高成本难题的解决方案。”周成宪说。
耗材之殇何以弥补
近几年来，虽然3D打印产业飞速发展，呈现出一片欣欣向荣的景象。但作为3D打印核心的材料部分表现却差强人意，制约了3D打印应用的进一步发展。
在我国3D打印行业中，耗材似乎也陷入了一个怪圈，市场的看好却总是伴随高成本的现实，一时间，叫好容易叫座难的现象也让众多投资者望而却步。
目前3D打印的成型材料多采用化学聚合物，材料选择的局限性较大，成型品的物理特性也不理想，并且安全方面也存在一定的隐患，材料的价格便宜的几百元一公斤，贵的要四万元左右。
耗材的高成本是制约3D打印发展的重要因素。以3D人像打印为例，这种产品的耗材成本分为三种，其中粉墨占70%耗材成本，胶水占20%耗材成本，还有彩色墨水占耗材成本10%。
但就是这样看似简单的耗材，却让投资者绞尽脑汁。李先生曾经试图开一家3D打印照相馆，但是在前期的调研当中，他却发现，高成本的耗材，可能是他大的敌人。
“当时我经朋友介绍，去一家运营较为成熟的3D打印照相馆，老板的反馈让我终放弃了这个念头。”李先生说。
李先生回忆说，当时那家3D打印照相馆的老板跟他说国产的耗材打印出来的产品成色相较于国外有一定的差距，但是成本却能够降低下来。以一个30厘米左右的人偶为例，如果使用国外进口的耗材，仅成本就在2000-3000元，而国产耗材的成本仅为800-1000元左右。
而对于工业级3D打印来讲，高昂的设备成本如果再加上价格不菲的耗材成本，对于企业来讲无疑是灭顶之灾。同时，耗材的限制使3D打印在很多领域难以做出成品，更令企业的发展雪上加霜。
“耗材成本过高主要是两个原因造成的，一方面是国外企业对耗材工艺的垄断和，另一方面则是国内目前的需求量还比较小，没有形成规模。”大连理工大学教授姚山说。“因此，目前行业需要针对不同领域的特殊要求，突破一批3D打印的专业新材料。”
在研发新材料的同时，天津九钰机械还“另辟蹊径”，通过优化工艺，实现打印材料的二次应用。“我们经过多次试验，找到一种通过控制切削转速和路径规划的方式，使得切削产生的废屑能够满足3D打印的工艺，这对企业控制成本来讲是非常有益的。”周成宪说。
3D打印产业的发展，离不开产业链条的支持，或许这耗材之殇的逐步解决，将成为打破市场平衡的重要砝码。
进入家庭尚需时日
尽管，3D打印行业的工业化程度日益提高，但相关数据显示，近年来，玩具等行业是3D打印增长快的市场，这也就意味着，3D打印的家庭化进程也不容忽视。
对此，大的3D打印公司Stratasys的创始人斯科特?克伦普表示：“未来更多的材料肯定会被运用到3D打印中来，3D打印技术先后进入了牙医、珠宝、医疗以及食品行业，未来可应用的范围会越来越广，家庭化也将慢慢实现。”
现实也确实如此，日前在第117届广交会上，国内*巧克力3D打印机的亮相，立刻引起了参观人群的注意，消费者选择喜欢的图形后，5分钟之内就可以打印出一块可以吃的巧克力。若改变用料材质，这台3D打印机还可以打印出糖果。
“基于工业触摸屏控制器进行相关操作，只需有三维巧克力图形，无需任何模具，就可以直接打印成个性化的巧克力，本次展出也希望能给大家传递一种3D食品打印的理念。”广州市晟龙工业设计科技园发展有限公司董事长陈孝超说，“未来这款产品将主要针对家庭以及咖啡厅等场所使用。”
但是家庭化会那么容易实现吗？答案未必那么乐观。
打开购物网站我们不难发现，搜索3D打印机器，售价动辄1万元以上，便宜的产品也在6000元上下，这种价位的产品对于普通家庭来讲性价比偏低。而且，材料的高昂费用也会让很多前卫的家庭望而却步。
在专家看来，3D打印设备像普通打印机那样走进千家万户还需要较长的时间，这个时间的长短取决于产品价值与打印成本。
*广州电子技术研究所所长李耀棠认为，进入家庭的产品有着强烈的价值属性，如果产品花大价钱购买的商品仅仅能够用于打印简单的玩具或者纪念品，那么相信其销售量不会十分理想。
“3D打印机大面积进入普通家庭还需要6至10年。”李耀棠说，“现在，家庭使用的3D打印机动辄就需要几千块，对于家庭来讲还是太贵，我相信当市场成熟起来，服务应用丰富起来，家用3D打印机售价有望降到几百元，那个时候它的价值才真正的显现出来。”
无论如何，3D打印作为一种趋势，正在飞速的发展。或许在不远的将来，这个现今看似小众的产品，将成为大众家庭中*的成员。