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e键打印为您解读3D打印究竟会对第四次工业革命产生怎样的影响?

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发表时间:2015-10-29 14:22:43

  英国《经济学人》杂志对3D打印的前景给予高度的评价,认为“这是下一次工业革命最具标志性的生产工具”。e键打印(ejdyin.com)是一家专注于为C端用户提供一站式、便捷化、实惠性的工业级3D打印服务同时实现设计师商业价值的网站。平台功能定位:面向C端用户、满足碎片化打印需求、一件即可打印成型、打印流程完全实现自动化操作、实现设计师商业价值--创意落地销售。


    一些业内人士认为,在未来的几十年中,3D打印技术能够颠覆传统的生产制造业,与蒸汽机,内燃机,电动机,计算机等标志性的发明一样,引领人类步入第四次工业革命的全盛时代。


  那么何谓3D打印技术,这项技术是否真的如人们所期待的那样,会掀起第四次工业革命的开端吗?


3D打印技术的兴起


    在上世纪八九十年代,由于快速成型技术的迅速发展,3D打印技术随之兴起。所谓3D技术,它的原理与普通打印机相同,前端输入以3D数据模型为基础,通过软件分层离散和数控成型系统,以光固化(SAL),熔融沉积(FDM), 激光烧结(SLS)等快速成型技术,采用有机材料(PLA,ABS等),金属材料(如铝合金,钛合金等),或陶瓷粉末等特殊材料,将计算机所设计的3D模型在最快的时间内以实物的形式呈现出来。通俗的说,3D打印机是将设计图纸直接转化为实物的一种设备,更是一种实现从构思—设计—成型的直线型快捷方式。


  从国际视角看,3D 打印早已从一个时下流行概念转变成为一个新兴的制造产业。鉴于这项技术摒弃了传统工业的制造生产线,大大提高了生产效率和生产成本,简化了生产工艺流程,降低了成本和原材料,因此广泛的应用于航天国防,医疗设备,工艺制造,科技研究,建筑规划等众多领域。而在国际市场上发展之快更令人期待和瞩目,以世界上最大的3D打印机公司Stratasys为例,从2009年到2013年,4年时间,从15美元的股价,上涨到120美元,整整翻了8倍。3D打印技术,早已改变了美国制造业的格局,并带来巨大的收益前景,美国《时代》周刊已将3D打印产业列为“美国十大增长最快的工业”。


3D打印和第四次工业革命


  纵观人类历史上的三次工业(或科技)革命,它们不仅极大地推动了人类社会经济、政治、文化领域的变革,而且也影响了人类生活方式和思维方式。这三次产业革命都有一个共同的特点:以能源结构为基点,(蒸汽—电力—原子能),彻底颠覆以往传统的生产模式,将标志性的创新技术(如蒸汽机,内燃机,电动机,计算机等技术)大范围的推广和拓扑,促进全新产业结构和新兴科技的崛起,从而取代原有传统的生产模式。从某种意义上来说,工业革命的结果,不仅仅是一场技术性变革,更是要彻底颠覆传统旧有的生产制造方式,从而推动产业结构乃至更为广泛的社会性变革。


    因此,如果我们看一项技术是否能成为产业革命的标志性工具,就应该去发掘它是否具备颠覆原有生产体制的潜力,去评估它在目前的生产模式中所实现的真正价值和作用,以及相对于传统制造业的优势。


3D打印技术与传统制造业的较量


    不同于传统的制造工业的“减材去除型”理念,3D打印以“增材制造”为主要实现手段。传统的工艺制造是以铣削,车削,切割等方式,削减原材料而得到成品,3D打印则不需要采用任何毛坯和模具,仅需要在电脑上设计一个三维模型设计图纸,就可以通过快速成型技术直接生成成品。制造效率高,材料成本低,极大简化了产品工艺流程。3D打印具有鲜明的个性化特征,易于整体制造极为复杂的成品或零部件,并减少装配等工艺流程。可具有如此优势的3D打印至今已有将近30年的历史,为什么始终没有取代现行的传统制造工艺,究竟是什么束缚住了3D打印引领工业狂潮的脚步呢?我们可以从现行3D打印技术的弊端上窥见一斑。


1、生产规模的制约


    3D技术虽然在复杂特殊结构的成品制造上具有节省成本和时间的双重优势,然而人们常常忽略3D打印在规模制造方面的关键性制约。由于打印设备的局限性,导致3D打印技术目前只在单件或小批量生产上具有成本优势,但是在大批量生产加工方面,3D打印的速度和成本无法与传统制造工艺相比。例如,在军工或航天领域零部件的制造中,也许3D打印的材料成本在制造单件零件的成本和时间上具有明显优势,但军工及航天领域的制造及研发成本是靠批量来摊销的,小批量的加工规模难以满足大规模的制造需求,因此传统制造工艺的优势便在这时突显出来。


2、打印材料的制约


  3D打印虽然应用范围极广,甚至可以用来打印人体器官,然而目前的打印原材料仍十分有限,主要集中在树脂,陶瓷,石膏,金属粉末,钛合金等十余种材料上,加工精度较低,最初由于采取的是熔融沉积成型技术,精度只有0.1mm-0.2mm。随着激光成型技术的进步,加工精度也随之提高,目前全球最大的3D打印制造商stratasys旗下子公司solidscape已将打印精度提高到6微米,随着激光成型技术的发展,打印材料也开始向光敏树脂,黏合金属等方面扩展,但材料的强度、刚度及可靠性始终是一个亟待解决的关键问题。而且受制于激光成型技术的掌握,并非所有牌号的金属都能够应用于3D成型技术,加之打印材料的非普及性和成本较高等因素,大大制约了3D打印的迅速扩展,这使得传统的制造业仍旧成为目前加工制造的主导力量。


3、产业化发展的制约


  《经济学人》认为,在3D打印技术得到广泛运用之下,制造业不需要使用人力、资金、设备等生产要素大规模集中化的生产方式,而转变为一种以3D打印机为基础的更加灵活型的社会化工厂。但目前的3D打印机无法做到如设想的普及,其原因在于3D打印机昂贵的成本,稀缺的打印材料,使用对象的专业限制性。目前我国的金属3D打印机也主要依靠进口,而一台稳定且可靠性较高的金属打印机的成本约为60万美元以上,昂贵的造价和打印材料的缺陷使得目前的3D技术极难如传统制造业的机床一样得到迅速的普及。而3D打印的操作需要依靠计算机辅助模拟CAD系统,这对于使用对象仍有专业水准的限制和要求。2013年,我国的3D打印工业产值为20亿元,这与传统制造业所创造20万亿元的工业总产值相比仍十分微小,这说明目前的3D打印技术产业化并没有长足发展起来,尚且缺乏成熟的市场。


  综上,3D打印技术能否成为引领下一次工业革命的标志性工具,取决于在未来几十年内的发展空间和潜力,尤其需要信息技术,精密机械,材料科学以及各项科学的协同作用。比如CAD计算机辅助技术的优化和改进,激光成型技术的快速发展以及新打印材料的研发,加工强度精度可靠性的进一步完善。目前阶段3D打印只能对传统制造业起到补充作用,但在未来的几十年中,迅速发展的科技将使得这一技术的优势更加明显,弊端会得到逐一的完善和解决。虽然这其中会有相当长的一段路,但我们有理由期待3D打印技术在未来工业化进程中的无限种可能,以及对未来制造业产生的巨大推动作用和不可估量的价值和前景。


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