【解析】预测3D打印技术的未来发展

国际金属加工网 2018年03月29日

蔡道生:2016年预测,首先大胆预测一下几种技术方向的未来发展:在非金属3D打印成形领域,基于喷印原理(典型技术3DP)和光固化面成形(典型技术CLIP)的3D打印技术会成为绝对主流。原因很简单,CLIP是最快的3D打印技术,而喷印成形是唯一可打印全彩色的3D打印技术,可打印大尺寸、速度快(接近于面成形)、强度高,且在同一层面可成形不同材料。

金属3D打印工业应用领域,结合数控加工的复合成形技术将逐渐主导市场。当然这有一个前提,就是Xjet技术没能实现商品化。而一旦Xjet技术可打印高致密度金属零件并实现商品化,3D打印对制造业的革命就开始了。

在生物医疗领域,打印金属植入物将逐步获得认证并真实应用到临床,可降解材料植入物的应用将紧随其后,至于活性器官3D打印,我对自己一点信心都没有,我不认为自己可以活到那一天。

为了看得更清楚,现在让我们简要回顾一下3D打印技术的发展历程。

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3D打印技术在过去被称为快速原型技术,在经历2012年行业的突然爆发之后,民间逐渐以“3D打印”这个名词代表了这个行业,虽然学术领域的很多老一辈专家认为这个名词不准确,所以一般在正式场合使用“增材制造”这个名词。在其近30年的发展历程中,前20年都是以传统5类技术(FDM、SLS、SLA、LOM和3DP)为核心进行升级,随后出现金属3D打印机(SLM),到近5年,新技术层出不穷,整个行业也到达火热的程度。虽然市场上媒体和投资机构对3D打印技术的认识逐渐理性,但新技术的开发力度却达到了历史最高点。

最初的3D打印技术为快速原型技术,所以制造的零件都是原型件,就是“模型”,不具备产品真实的功能。所以原先在焊接技术领域的增材制造技术(典型技术LENS)不是“原型”打印机,也就不是快速原型技术。2005年前,在中国主要的快速原型技术研发团队有三个高校(华中科技大学、清华大学和西安交通大学)团队孵化的三个公司(武汉滨湖机电、陕西恒通和北京殷华)和少数几个企业(北京隆源、上海联泰等),进入中国的国外公司也就3Dsystems、stratasys和EOS少数几家企业。

从金属3D打印机(SLM)出现之后,3D打印机就开始逐渐从“快速原型”向“快速制造”过渡。武汉滨湖机电当时也明确的提出了“直接制造功能件”的技术发展方向,加大SLS制造尼龙功能件研发力度和开发金属成形SLM技术,也使得滨湖机电成为中国首批可制作尼龙件和金属打印机的厂家。从2005年以色列objet公司开始进入中国,其快速、经济的特点极大冲击了中国以SLA技术为代表的“原型件”制造应用领域,这一状况发展到2008年尤为明显,有些企业业绩受到显著影响,甚至有人认为快速原型行业不行了。由于武汉滨湖机电的核心产品是SLS技术以及SLM技术,业绩反而一直是稳步上升。

2012年在欧美等国的促动下,3D打印行业突然爆发,政府、媒体、券商甚至普通老百姓都开始全面关注3D打印技术,更有人认为3D打印是万能的制造技术,焊接领域的增材制造技术也加入到3D打印行业,中国的3D打印市场也成几何倍数增长,几乎所有的3D打印企业也重新爆发,任何一个与3D打印产业沾边的企业也都获利,造成了很多企业都想靠上3D打印,一些明显的二维成形技术也都挂上3D打印的称呼,整个行业处于“发烧”状态。好的一面是,火热的大环境促动了很多新兴技术的诞生,新技术、新企业也是层出不穷,如普通纸张全彩3D打印机、复合金属3D打印机、建筑3D打印机、巧克力3D打印机、CLIP技术、Xjet技术、液态金属3D打印机等等。

两年前,在一些专家的呼吁下,很多人开始冷静思考3D打印行业,人们开始发现,目前的3D打印技术有很多缺点,它们很难满足制造业的要求。在接下来的两三年,行业洗牌可能在所难免,一些旧的技术也必将逐渐淡出市场。

下面来解释一下前面我对行业技术发展预测的理由。

先看看主要的塑料成形行业。传统的成形方法主要是注塑成型和数控加工,对产品的要求主要体现在强度、速度和经济性。

CLIP技术最显著的特点就是快,由于解决了固化面与玻璃剥离的核心问题,任何一种加法式成形技术不可能比它更快。俗话说天下武功唯快不破,几分钟即可得到零件的速度足够让工程师和设计师兴奋。还有一点是该技术可采用普通投影技术,设备硬件成本较低,说明该技术产品有足够的降价空间,就看企业愿不愿意了。当然CLIP技术也有缺点,就是不能成形全彩色零件,短期内成形尺寸也不大。

而喷印成形3D打印技术(以下简称3DP),有几个典型的特点:速度快、可打印全彩色、成形尺寸大等,早期的3DP技术主要打印石膏材料,给人造成了零件强度不高的缺点。但新的3DP技术不仅成形强度很高,且成形材料很多,如尼龙、陶瓷、覆膜砂等。3DP技术如果解决了表面质量问题,其应用前景将非常可观。

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可以预见,新的3DP和CLIP技术一旦广泛商用,传统非金属3D打印技术必将受到冲击甚至被淘汰。

对于金属3D打印工业应用领域,如果金属3D打印机不能解决表面质量低、成形效率低和成本高的缺点,它在工业应用领域就只能是复杂零件方面,而且很多复杂零件由于支撑无法去除也不能加工,所以传统金属3D打印技术在工业领域的应用必定受限。近几年出现的结合数控加工的复合成形金属3D打印机很好的解决了表面质量的问题,其应用领域扩大很多,甚至可以应用到模具加工领域成为一种模具加工设备。

而Xjet技术的出现才是金属成形3D打印机的革命性技术,我本人非常惊叹该技术的成就,由于Xjet技术还没有商品化,我不能确定的是该技术在成形零件的致密度方面会如何,但从介绍上来看它几乎解决了金属成形3D打印技术的所有缺点,如果该技术能够解决致密度问题,3D打印对制造业就真能产生革命性影响了。

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生物医疗领域是一个特殊的领域,几乎每一个“产品”都是个性化的,且不需要极高的表面质量和高致密度,是一个特别适合于3D打印技术的领域。比如金属3D打印在工业领域的一些缺点在应用到生物医疗领域反而成了优点——如空间网格化和粗糙的表面更能符合生物组织生长的要求。因此,在通过医疗审批后3D打印技术在生物医疗领域将会有广阔的空间。但在活性器官3D打印方面我始终持有慎重应用的观点,理由很简单,我认为人类对一些活性器官的研究还不够彻底,还有很多未知的知识我们的科学家都还没有掌握。在这种情况下,我们打印的活性器官一定只是具备某种功能的“产品”,而不是真实的器官。

我们可以想象一下上述几种技术实现普遍商业化之后的情景,可以分析哪些技术可能受到冲击而衰退甚至消失。

3D打印技术本身被委以“引发制造业革命”的重任,但传统的3D打印技术显然不能承担如此重任。作为从事3D打印的企业来说,需要实事求是的分析市场,开发符合未来制造业要求的3D打印新技术,并结合新技术、新工艺开发新材料,扩大应用市场,才能保持企业的持续发展。

Materialise:2018年预测

对于3D打印行业来说,2017年是一个激动人心的一年,有大量新玩家出现在现场,以及无数新的合作和创新。在这样一个充满活力的行业中,我们有很多行业专家和远见卓识,并且已经要求他们在2018年分享他们对3D打印行业的预测。我们已经将它们的输入到2018年的五个趋势清单。

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应用驱动的创新

增材制造最近的发展集中在制造更好,更快,更大,更有能力的机器以及扩大新材料的范围。虽然继续创新和提高制造能力至关重要,但3D打印的真正变革力量不会因为构建更大更好的机器而释放出来。解锁下一次产业转型的关键是我们真正了解哪些应用程序可从AM技术中受益最大。换句话说,不要问这台机器可以做什么,但这台机器可以为您做些什么。未来,我们相信机器和软件将变得越来越专业化,以应用为导向,以满足特定的客户和行业需求。潜力巨大。当进入增材制造的时候助听器行业发现了3D打印的变革力量,这一变化是快速和不可逆转的。在500天内,美国超过90%的助听器转向增材制造。这意味着,制造公司不应该等待3D打印技术的成熟,而应该专注于现在的应用。因为技术在那里,但它的应用将推动真正的转型。

自动化

随着3D打印技术的成熟,重点将转向精简前后期制作流程。虽然3D打印生产工具和原型的大部分已经准备好几乎直接使用,但只需最少的精加工工作,但也有大量的终端部件需要复杂的精加工工艺。这不仅是劳动密集型的,而且是成本密集型的。

采摘机器人技术的工业自动化具有通过减少后期制作时间和成本大幅提高效率的潜力。配合软件技术知识,我们设想一个自动化后期制作系统,确保可追溯性和速度,而不会过度依赖人工干预。软件也将在预生产步骤的自动化中发挥越来越重要的作用,正如模拟软件兴趣的激增,这主要是由于Metal3DPrinting的采用日益增加。尽管Metal3DPrinting已经证明了其节省时间和成本的巨大潜力,但由于构建造成的浪费材料的成本很快变得难以负担,我们预计仿真软件在失败发生之前预测失效方面将扮演越来越重要的角色。

融合

在过去的几年里,我们看到3D打印在供应链中的地位。凭借更快的交货时间和无工装生产,3D打印已被证明是传统上资源密集型应用的宝贵技术。这也导致了供应链更加精简,存货风险也更少。我们相信3D打印将通过两种方式稳步提高其在制造供应链中的价值:通过创建数字供应链来实现改变整个商业模式(如助听器和眼镜行业),并在现有供应链中更加融合。

合作

协作是将3D打印扩展到制造业的关键。不断增加的硬件,软件和服务提供商等现有参与者之间的合作将导致优化和易于集成的产品供应,这将推动采用。我们也期望看到3D打印行业与其客户之间的更多合作。共同创造创造了一个框架,可以将3D打印软件,工程和制造知识与客户特定的市场知识相结合,这是创新带来转型影响的真正动力。

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金属3D打印

金属3D打印在降低成本和提高采用率方面正在迅速发展,2018年将在新技术方面取得进展,并对已有技术进行改进。我们相信Metal3DPrinting永远不会取代传统制造业-但作为一项免费的制造技术,其地位正变得越来越重要。展望未来,在解决特定的制造难题和创建定制化,复杂的最终用途产品时,金属3D打印将变得越来越必要。为此,我们今年收购了ACTech,这是一家德国制造公司,专门从事高度复杂的金属原型铸造。凭借他们在金属方面的专业知识和我们对3D打印的了解,我们准备将金属3D打印带入下一个阶段。


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