工业3D打印成为实现“绿色制造”梦的“敲门砖”
- 2015-09-23 09:09:296564
中国如何从制造大国转向制造强国?随今年政府工作报告明确部署“中国制造2025”，推动中国制造由大变强，使中国制造包含更多中国创造因素，将发展*制造业上升为国家战略，智能制造成为主攻方向，就此要求企业加快从要素驱动向创新驱动转变，由低成本竞争优势转变为质量效益竞争优势，改变资源消耗大、污染物排放多的粗放制造。工业3D打印就此成为“绿色制造”的重要实施路径。
同时，面对中国这样一个潜在庞大的市场，无论是上游的3D打印生产研发企业，还是下游的应用企业，是否能在化竞争中把握机遇，实现信息化与工业化的深度融合，都将成为“新经济”时代能否具有*生存的重要挑战。
工业3D打印将打破多年的“不温不火”
把握时代洪流，作为智能制造重要环节的工业3D打印会逐步在中国发现更多用武之地。越来越多的企业，从转型发展的过程中，寻找到应用3D打印的理由。
“假如我买一台比较好的工业3D打印机，在环保上的顾虑就要小很多。”浙江红光机械、温州市机电技术协会会长董事长管洪光告诉《3D打印世界》。今年年初他主动走出去，在认真考察了一圈后，终对一台欧洲公司生产售价达500万元人民币的3D打印机产生浓厚兴趣。
其公司年产值超过6000万，经营稳健，但同样面临转型升级的挑战。“如果工厂用了这台机器，就能省去开模、炼废钢铸造的环节，不用请那么多人工，也减少了污水和废气的排放。”这种思路与其温州老乡郭先生相似。后者经营一家小型五金机械加工厂，青睐工业3D打印机在制模的率、低成本及环保，但对于究竟要不要买下一台200万的3D打印机仍犹豫不定，“对于小企业来说200万不是小数目，回去后还需要仔细计算成本与回报。”
作为高精尖的辅助设备，在范围内工业级3D打印机应用于较的航天*、生物医疗、汽车、船舶等领域，中国亦有相似之处。“其实国内不少大型企业比如广汽集团，早开始用我们的机器，只是没有宣传而已。”一位不愿具名的美国3D打印巨头STRATASYS的中国华南区销售主管冷静看待外界对3D打印的“稀奇”。但他已感受到国内尤其是制造业发达的珠三角地区，大中型企业对工业级3D打印机的需求正逐年提升。
在向智能制造转型的背景下，除继续在原有领域深耕外，国内工业级3D打印设备及服务能否进一步应用于加工制造等工业领域，取得超过平均水平的增速，值得期待。根据Wohlersreport2014统计数据，从1988年至2013年，售价5000美元以上的工业级3D打印机年复合增长率达到了30.9%，经济危机后2010年至2013年的平均增速为22%，但2013年提升至26.4%销量达到9832件，并预测2015年工业级3D打印机的销售将超过15000件，其中定价于5000-20000美元的机器将占据销售主导。
尽管与个人桌面级3D打印机在近两年取得的3位数增长相比逊色，但多位业内人士认为，从“中国制造2025”提出的元年开始，工业3D打印将打破多年的“不温不火”，有望迎来市场放量的一天。“中国工业3D打印好的时代可能才刚刚开始。”的3DInsidePrinting巡展策展商珠海再生时代董事总经理李广连表示。他认为，在国家战略发展的支撑之下，讲求高质量、高精度的工业3D打印产业将伴随企业转型而逐步成长，就此开拓与高附加值的全新工业应用市场。
3D打印直接生产工业零件将成为一大趋势
面对“中国制造”的升级版，3D打印将如何真正成为国内企业跨越PMI枯荣线、迈向“智造”的强大助推器?《3D打印世界》了解到，现实矛盾难以忽视：一面工业级3D设备普遍昂贵，材料局限性较大，精度、速度与效率不太尽人意的产业局限客观存在，另一面是中国级工业4.0过程中潜伏的规模个性化定制巨大市场开始启动。
“在医疗和文创方面，3D打印可满足个性化定制化需求;在汽车及航空航天领域，3D打印在集成化、柔性制造及快速模具方面，为缩短周期具有很大优势。”陕西恒通智能机器有限公司总经理杨锋评价。“我们还要做好行业应用研发，保证行业应用的工艺优化，把3D打印的优点体现出来，与传统制造业更好的融合。”
“工业3D打印更多作用在于对传统制造业的补充与优化，而非‘全面置换’。”中国快速成形技术的人物之一、江苏永年激光成型技术有限公司董事长颜永年评论。以金属3D打印为例，未来方向是与传统重型金属装备成型制造业紧密结合，充分发挥前者制成品材料均匀，尤其是“毫无偏析”的大好处。“3D打印成品可以提高强度，但抗冲击力不足，而传统锻造出的产品，强度有限，但具有较好的承受力。两者可以互补。”
对于当下工业3D打印设备及材料较高的成本，颜永年辨证看待：“成本是贵，但材料利用率高”，对比传统锻造工艺中材料的利用率只有20%，3D打印增材利用率高达80%。杨锋则对工业3D打印的主要成本继续下降持乐观态度，原因在于过去大多数依赖国外进口设备及零部件的局面已有所改变，虽然“有些关键和国内未能完成攻关的零部件或材料还没有降”。未来随着市场占有率的增大，国内设备的价格也会有所下降。
由于3D打印可按需生产，对传统工业的供应链和存储体系产生重大影响，“3D打印直接生产零件的市场份额提升”也将成为国内工业3D打印的一大趋势。中科院广州电子技术研究所研究员李耀棠在公开报告中指出，3D打印零件在直接应用于工业生产、跳过模具开发这一阶段，于节约成本与时间上都*优势。同时零件生产地点也非常灵活，可以实现分散制造，重要的是3D打印零件在提升强度、轻量化、框格结构方面大大超过与传统机加工的零件。因此，“3D打印功能零件将越来越多地在各个领域直接应用，而不只停留于产品原型、样品开发上”。
顺应智能制造的大浪潮，李广连推测，未来10年3D打印技术将与物联网技术、大数据、云计算、机器人、智能材料等其他*技术充分融合，成为若干智能制造平台上的某个部分。
未来竞争将“百家争鸣”
今年2月底，《国家增材制造产业发展推进计划(2015-2016年)》公布，明确国家对3D打印的发展目标：到2016年初步建立较为完善的增材制造(即“3D打印”)产业体系，整体技术水平保持与同步，在航空航天等直接制造领域达到*水平，在市场上占有较大的市场份额。在这份计划的背后，隐藏的另一个重要事实是中国在工业3D打印领域需要不断缩小*水平的差距。
“不管是工业3D打印的设备还是材料，我们可能需要至少10年的时间追赶上别人的工艺与技术。”颜永年总结，目前国内的“差距”主要体现于“设备的稳定性、零件的精度与原材料尤其是金属粉末的水平”三点，也因此让国外厂商接连赚到了“设备、工艺与供应材料的钱”。同时，国内以金属打印为方向的工业3D打印研发才从2012年起步，他认为，目前只有北京航空航天工业大学能始终坚持这一研究方向，取得较快进展。
杨锋认为，中国在3D打印技术研发上取得了很大进步，并在相关的精度保障上已经达到国外标准。但受限于装配工艺研究水平，激光器，振镜、喷头等关键零部件及材料仍“算是我们的弱项”。材料研发仅仅是重点材料取得了突破，在多样性方面与国外仍有差距。此外，国内3D打印方面的应用型研究不如国外做的精细。
据了解，目前在工业3D打印领域，在塑料建模方面，美国STRATASYS、3DSYSTEMS两家企业处于行业垄断地位，而在金属材料打印方面，德国EOS等企业占有话语权。在范围内，行业巨头正加快巩固行业角色。Wohlersreport2014数据显示，在工业3D打印机销售领域STRATASYS已连续12年保持，市场份额从2012年的38.9%扩展至54.7%。
越来越多的观点认为中国将成为大的3D打印市场，其中包括工业应用。但中国3D打印研发与生产企业究竟能在其中占得几分羹，尚是悬念。“未来与世界上同类企业的竞争不是越来越有优势，而是会越来越残酷”。颜永年预测。而3DInsidePrinting巡展策展商李广连提醒，工业3D打印的技术成熟如材料等需要长时间的累积与沉淀，“中国3D打印企业想实现弯道超车就需要用核心技术作为核心竞争力，否则就算短暂赶上也终会被淘汰。”
杨锋同样判断未来的竞争“肯定会加剧”，形成“百家争鸣”的局面。他提议把握国内发展智能制造业及出台扶持政策的机遇，加快研发与制造业的转型，包括改变工作方式和模式、优化生产流程及工艺的优化、顺应市场改变技术及运营模式。“我相信，我们在这块会紧跟世界的脚步”，他说。
未来十年，中国企业是否能把握时机，走出高精度、高性能工业3D打印装备的方向，奏响*特色的“中国制造2025”篇章，充满无限想象空间。