衣服、手枪、汽车……当这些产品都可以通过打印机“打”出来时,这款名叫“3D打印”的新机器,就迅速被人们寄予厚望。甚至有人乐观断言,“3D打印”,将会掀起一场新的工业革命。
重庆早在1999年就有摩托车企业引进3D打印技术,目前,部分医院已开始用它做外科手术,甚至还计划把它用来“打印”肾脏等器官……
3D打印到底是啥?这种机器究竟有何魔力?它是否真的会掀起一场新的工业革命?它的出现将给我们的生活带来什么影响——
2012年5月30日,在荷兰首都阿姆斯特丹举办的现代艺术展上,一台3D打印机正在打印玩具手枪。
2013年4月23日,荷兰首都阿姆斯特丹,一名游客在观赏一件3D打印作品。历经多年发展,3D打印技术悄然走进普通百姓的生活,荷兰已经出现一家面向普通消费者的3D打印商店。
输入一张3D照片,几个小时后,就能“克隆“一个立体的人。
6月26日,家住大坪的刘洋带女朋友来到观音桥一家3D印像馆,想“克隆”一个自己和女朋友。
经过10多分钟的3D人体扫描后,刘洋就带着女朋逛商场去了,4个小时后,他俩返回3D印像馆,奇迹发生了。
“一个15厘米高的自己被打印了出来。”刘洋说,表情跟真人几乎一模一样,就连裤子上的折痕也一样,比照片更真实。
刘洋与女朋友把打印出来的自己互赠了对方,“这是一个超有意义的爱情纪念方式。”
“摩帮”起步早
1999年我市摩托车行业就开始引进3D打印机,其制作模具的成本由10万元降到几百元
据记者了解,这家位于朗晴广场B座的凡响时空3D印像馆,是我市首家3D印像馆,开业不到一个月。这套3D扫描仪和3D打印机总共价值近100万元。
“人物3D打印需要一种高强度复合石膏粉末,要从美国进口。”印像馆经理朱小龙说,1斤要700多美元,一般情况下只能制作5个立体人像。
因为成本较高,制作工序复杂,制作一个实体人像,3D印像馆收费2000元左右。
朱小龙说,3D打印的介质可以是塑料、金属、陶瓷、橡胶、食品,甚至是活体组织,从理论上讲,它将使得几乎所有的固态物体可以DIY。
“其实,这并非是一个新鲜事物。”重庆市光学机械研究所朱飞所长说,早在1999年,3D打印机就在我市开始使用了。
据他介绍,市科委早在1999年就从新加坡引进了这个设备,只是那时候,它叫快速成型机,“技术也是叫快速成型技术。”
“重庆市的首台3D打印机,主要是用于摩托车制造企业。”朱飞说,设计一台摩托车,要使图纸成为样品,要么人工敲制,要么开模具,做下来成本非常高。
而如果用3D打印机,一个成本需要10万元的开模具制作会降到几百元。
“用3D打印,不仅能降成本,更能提高效率。”朱飞说,这也是之后,为什么摩托车会从几个月才推出一款新型号,转变到一个月可以推出好几款。
未来前景广
重庆部分医院已开始用3D打印技术做手术,今后还可“打印”肾脏等器官
那么,3D打印机是怎样打印的?
以人像打印为例,机器先要对人体进行360度的外形扫描,制作成三维数字人体模型,然后通过3D打印机,将模型按照一定比例打印。
据朱飞介绍,在工业方面,3D打印现在主要有4种工作方式,分别是激光烧结、胶粘、挤丝和光固化。“激光烧结是把材料一层层用激光融化凝结;胶粘就是铺一层材料再铺一层胶,一层层粘起来;挤丝则是挤出一丝一丝的东西堆积成立体的物体,像蚕儿吐茧;光固化是将液体的东西通过紫外线照射,照射的地方固化成需要‘打印’的物体。”
那是不是意味着,以后生活中很多东西都可打印?
“从理论上讲,是可以的。”朱飞说,但目前由于材料限制,很多物件还不能用3D打印出来。
“但3D打印会在很大程度上推动医学进步。”朱飞举例说,比如,去医疗机构做一个隆鼻手术,他们可以先用CT扫描,根据客户需求,在电脑上制作数据模型,再打印出来,隆鼻时就可据此做一个填充手术。
朱飞介绍,其它如开颅手术等,也可以用3D打印机打印模型后,先在模型上进行手术。然后设定程序,如此可使手术的精度大为提高,从而减少手术风险。
目前,光学机械研究所还在和三军医大合作,开展骨架的打印。它通过CT扫描治疗者的骨骼数据后,帮助其还原一个骨骼数据模型,用3D打印机打印一个中空的骨骼模型,再植入活性材料进这个模型骨架,将这个模型骨架植入体内后,慢慢会生长成你的骨头。
我市一家大型医院的内科主任对记者说,如果以后有哪种材料能满足肾脏的排毒等功能,肾脏也可以3D打印。
市场蛋糕大
预计未来3年,中国3D打印市场份额将从10亿元人民币增长到100亿元,成为全球最大的3D打印市场
3D打印机无所不能的制造能力,正不断撩拨着人们的神经。
去年4月,《第三次工业革命》作者杰里米·里夫金在《经济学人》刊文表示,以3D打印技术为代表的数字化制造技术,是引发第三次工业革命的关键因素。
最近刺激这一产业并最为人们所憧憬的,是北京航空航天大学王华明教授利用激光烧结技术,做出了飞机钛合金大型复杂整理构件,这标志着3D打印在大型金属构件上取得了重大突破。
中航工业沈飞公司总经理袁立最近在一个高端制造业论坛上表示,航空制造业最大特点是“多品种、小批量”,许多零部件都需单件定制,因此,加工制造成本非常高,目前在飞机制造的流水线上“好多都靠手工”。
他认为,3D打印技术确实代表了制造业数字化、一体化、分布化、柔性化的大趋势,如果在制造精度、耐久性上达到标准,对航空制造业的改变将是巨大的。
同样,生物医疗方面,虽然目前还受制于材料使其发挥更大作用,但其病理模型制作以及组织工程器官培育等,已被看作3D打印技术未来很有前途的应用。
在国内,行业研究人士不断表达此类乐观预期。中国3D打印技术产业联盟秘书长罗军最近表示,未来3年将是3D打印技术非常关键的时期,预计中国3D打印市场份额将从10亿元人民币增长到100亿元,有可能成为世界上最大的3D打印市场。
去年,工信部曾表示,将加大对3D打印产业的支持力度。今年在科技部公布的《国家高技术研究发展计划(863计划)以及国家科技支撑计划制造领域2014年度备选项目征集指南》中,3D打印产业首次入选。
前路还很长
实现新工业革命,还期待能源、信息和材料等几个方面新技术的大跨越、大融合
“3D打印技术概念已经起伏了好几次,每当应用往前突破一步,产业界、科技界就会兴奋地讨论未来的可能性。”上海大学快速制作工程中心主任胡庆夕说,很多时候,大家在试探一段后,热度也便迅速降下来。
在他看来,3D打印对传统制造业的“颠覆之路”还很长。“传统制造业所擅长的批量化规模化生产、精益化生产,恰恰是3D打印技术的短腿”。
在首届世界3D打印技术产业大会上,中国工程院院士徐志磊指出,3D打印技术的大规模应用还面临很多挑战。比如,3D打印技术能否在精度上,达到传统机械加工零件需达到的微米级别,同时还要以同样高的效率生产出来?这是个很大的挑战。
他认为,3D打印的“材料瓶颈”,主要体现在高精度、高强度、能够长期应用、耐疲劳等工艺标准上,眼下我国的3D打印还达不到高端工业领域的要求。
那么,3D打印技术真的会如杰里米·里夫金所说,是引发第三次工业革命的关键因素?
中国3D打印技术产业联盟顾问张文武在接受记者采访时说,“新工业革命”的大前提,必须包含新能源革命,而到目前为止,3D打印只是制造业的一种新变化,尚没有与新能源革命相联系。
在他看来,3D打印只是在智能制造领域打开了一扇门,使得网络化、分布式、个性化生产得以实现。但如果开启一场“新工业革命”,还要期待能源、信息和材料等几个方面新技术的大跨越与大融合。
“至少在目前来说,断言3D打印引发制造业革命为时过早。”英国一家3D打印机大中华销售总监许放对记者说,中国和美国相比,基础技术至少落后五年,如果地方政府想做好这个产业,要改变搞几块地,建园区做装备加工的老套路。“而是要注重设备和材料的核心技术研发,不然,最大的利润仍被国外公司掌握,技术上还受人控制。”
3D打印 已在国外兴起
■2010年3月,一位名为恩里科·迪尼的美国发明家设计出了可以打印完整建筑等大型模型的3D打印机。
■2011年3月,英国一名科学家设计出一款名为Airbike的自行车,并用打印机一次成型地打印出车轮、轴承和车轴。几乎与此同时,美国康乃尔大学一位教授带领他的学生,在实验室里用一台打印机,打印出一块有草莓酱的巧克力蛋糕;
■2011年7月,英国南安普顿大学一位教授和他的团队,打印了一台最高飞行时速100英里的电控飞行器。哈佛大学医学院的研究人员则几乎在同一时间宣布,开发出了一台可以进行生物打印的设备。
■2011年6月,美国总统奥巴马宣布一项新政策,并向3D打印产业支出5亿美元以提升美国在制造业上的领先地位。
■2011年9月,世界首辆3D打印机制造的汽车现身加拿大温尼伯市。
相关新闻
世界首款3D打印 手枪合法性引争议
据英国《卫报》报道,最近,用3D打印机制造的世界首款手枪在美国得克萨斯州射击测试成功。
25岁的科迪·威尔森是美国得克萨斯大学的法律系学生。他的公司“分布式防御”用一台价值8000美元的3D打印机,经过一年的开发,制造了塑料手枪。
美国媒体透露,手枪是威尔森和同伴在得克萨斯州的奥斯汀测试成功的。
“分布式防御”的装置在其制造上存在争议。在手枪16个组成部分中有15个是由斯特塔西公司的二手3D打印机制造的。手枪的撞针是一个可以在任何五金店里买到的普通铁钉。手枪的部件是由ABS塑料制成,然后由威尔森组装在一起。
纽约参议员查理·舒默要求立法认定,使用3D打印机制造的枪支不合法,并表示他和纽约国会议员史蒂夫·伊斯雷尔将提出《不可探测武器法的现代化法案》,用以禁止威尔森所制造的这种武器。
观察者说
做大3D打印 重在整合产业链
一项单个技术的推广,如果不能构建起一个上下游结合的产业链,它的影响就是有限的。
目前,业内一直存在一种声音,中国自己的3D打印技术在原材料和工艺稳定性等诸多方面还面临着瓶颈,而且目前国内从事3D打印技术研发的科研机构和企业还存在“小而零散,各自为战”等问题,3D打印的产业化还需一个漫长过程。
其实,中国的3D打印技术研发起步并不晚,在单项技术领域,甚至一点都不比美国等前沿国家差。
那么,根本的差距在哪里?记者在采访中发现,美国的产业政策,主要是以市场驱动进行新技术研发,战略规划很有眼光,具有“概念领导力”。像3D打印、智慧地球、云教育等,通过一项新技术的推广和传播,能够带动整个产业链的发展。相对而言,咱们的产业规划缺乏这种大视野。
从完善产业链看,3D打印技术至少包括上游的设计、材料的开发和下游的制造、营销的推广等,国内制造商在制造环节上也许并不落后,但在上游的软件研发以及市场营销等方面,则缺乏“整体化配合”。
同时,3D打印的市场本来就有民用和工业用两大板块,差异性极大。比如,从材料和规格看,打印塑料制品的打印机只需几千元,例如西安交通大学推出的一款家用打印机售价仅为6800元;打印树脂制品的设备价格在40万到200万元;打印金属制品的设备价格在350万到1500万元。
国务院发展研究中心产业经济部王忠宏等学者,系统调研了国内3D打印产业的现状后提出,3D打印产业的发展需要完善的供应商和服务商体系及市场平台。
在供应商和服务商体系中,包含工业设计机构、3D数字化技术提供商、3D打印机及耗材提供商、3D打印设备经销商、3D打印服务商;市场平台包含第三方检测验证支持、金融支持、电子商务、知识产权保护等支持。
而目前国内的3D打印企业的产业整合度较低,主导的技术标准、开发平台尚未确立,技术研发和推广应用还处于无序状态。
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