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3D打印产业未来发展的十大趋势

发布时间:2016-12-05 10:25:26

作为工业4.0时代最具发展前景的制造技术之一,3D打印技术已经进入医疗、建筑、航天、教育、机械工业等产业领域,而它对于生产方式的变革,很有可能进一步颠覆今天的商业模式。

无论你身处哪个行业,作为企业的领导者和管理者,必须时刻关注3D打印技术的现状和趋势。下面这篇文章,为大家揭晓了3D打印产业未来发展的十大方向。


20世纪80年代后期,3D打印机的横空出世,开启了增材制造新时代。

近年来,借着新一轮科技革命和产业变革的东风,3D打印步入快速发展期。世界各国纷纷将其作为未来产业发展新的增长点加以培育,如2012年美国将“增材制造技术中心”确定为首个制造业创新中心(后更名为“美国制造”),欧盟、日本、韩国、新加坡、俄罗斯、南非、印度等国也通过各种措施推进3D打印产业发展。我国的3D打印技术与世界先进水平基本同步,但产业化仍处于起步阶段。


未来,3D打印将朝着速度更快、精度更高、性能更优、质量更可靠的方向发展,成为一股强大的科技力量。

趋势一:桌面级市场已陷入“红海”,掘金工业级正当时

近几年,桌面3D打印机“叫好又叫座”,销量呈现大幅增长,而工业级3D打印机则略显惨淡。

根据大数据企业CONTEXT的数据,2015年全球桌面3D打印机销量增长了33%,工业级3D打印机则下降了9%;2016年上半年全球桌面3D打印机同比增加15%,工业级3D打印机却减少15%。桌面3D打印机门槛低、设计简单,是企业进军3D打印领域的较好入口。

但经过多年的发展,桌面级市场竞争已近“白热化”,加之利润小、精度低、实用性不佳,天花板效应明显。而工业级市场契合了智能制造的理念,可广泛运用于汽车、航空航天、机械工业、医疗等市场需求大、发展潜力大的领域,随着技术的逐渐成熟和成本的不断降低,将会爆发出难以想象的巨大能量。

2015年底,全球3D打印巨头3D Systems企业宣布停产消费级桌面3D打印机,转向更赚钱的专业级和工业级市场;2016年初,国内3D打印技术大咖西通电子在珠海宣布全面进军工业级3D打印领域。

趋势二:金属3D打印领域快速发展,应用端空间渐打开

金属3D打印被称为“3D打印王冠上的明珠”,是门槛最高、前景最好、最前沿的技术之一。同样来自CONTEXT发布的数据,2015年全球金沙国际备用网址销量增长了35%,2016年上半年同比增长17%,可以说是工业级3D打印领域逆势上涨的一朵“奇葩”。

在汽车制造、航空航天等高精尖领域,有些零部件形状复杂、价格昂贵,传统铸造锻造工艺生产不出来或损耗较大,而金属3D打印则能快速制造出满足要求、重量较轻的产品。

2015年11月,奥迪企业使用金属3D打印技术按照1:2的比例制造出了Auto Union(奥迪前身)在1936年推出的C版赛车的所有金属部件;2016年9月,GE斥资14亿美金收购了瑞典Arcam企业和德国SLM Solutions集团两大金属3D打印巨头,加快布局3D打印航空发动机零部件业务。此外,医疗器械、核电、造船等领域对金属3D打印的需求也十分旺盛,应用端市场正逐渐打开。

趋势三:3D打印产业化还需时日,“增”“减”制造长期共存

3D打印采用增材制造技术,是对以“减材制造”、“等材制造”为基础的传统制造业的创新与挑战,但并不是非此即彼的关系,而是并存互补的关系。

从历史看,传统制造业经过了几千年的积累和发展,技术、工艺、材料等已经非常成熟,而3D打印则是一个新生事物,只有30多年的发展历程,在速度、精度、强度等方面还有诸多限制。从现状看,当前3D打印市场份额十分有限,专业咨询机构Wohlers Associates发布的数据显示,2015年全球3D打印市场规模为51.65亿美金,至2020年将达到212亿美金,而这与数十万亿美金的制造业市场相比,还微乎其微。

相比传统制造,3D打印研发周期更短、用料更省,在小批量、个性化定制等方面优势明显,但在大规模生产方面存在着许多不足之处。增材制造虽然不能完全替代减材制造、等材制造,但作为传统制造技术的有益补充,3D打印将极大地推动制造业的转型升级。

趋势四:产品生产方式加速变革,“整”“分”制造携手共进

3D打印是工业4.0时代最具发展前景的先进制造技术之一,它从两个方面改变了产品的生产方式。

一方面,传统制造业以“全球采购、分工协作”为主要特征,产品的不同部件往往在不同的地方进行生产,再运到同一地方进行组装。而3D打印则是“整体制造、一次成型”,省去了物流环节,节约了时间和成本。

另一方面,传统制造业以生产线为核心、以工厂为主要载体,生产设备高度集中。而3D打印则体现了以大数据、云计算、物联网、移动互联网为代表的新一代信息技术与制造业的融合,生产设备分散在各地,实现了分布式制造,从而省去了仓储环节。“整体制造”和“分布式制造”在字义上看似矛盾,在3D打印技术上则实现了统一,前者强调生产过程,后者强调生产行为,共同推动着产品生产方式的变革。

趋势五:成型尺寸向两边延伸,大小产品颠覆想象

随着3D打印应用领域的扩展,产品成型尺寸正走向两个极端。

一方面往“大”处跨,从小饰品、鞋子、家具到建筑,尺寸不断被刷新,特别是汽车制造、航空航天等领域对大尺寸精密构件的需求较大,如2016年珠海航展上西安铂力特企业展示的一款3D打印航空发动机中空叶片,总高度达933mm。

另一方面向“小”处走,可达到微米纳米水平,在强度硬度不变的情况下,大大减轻产品的体积和重量,如哈佛大学和伊利诺伊大学的研究员3D打印出比沙粒还小的纳米级锂电池,其能够提供的能量却不少于一块普通的手机电池。

未来,3D打印的成型尺寸将不断延伸,从大的不可思议到小的瞠目结舌,“只有想不到的,没有做不到的”。

趋势六:材料瓶颈待攻克,“质”“量”趋升“价”趋降

“巧妇难为无米之炊”。3D打印材料是3D打印技术发展不可或缺的物质基础,也是当前制约3D打印产业化的关键因素。近年来,随着3D打印需求的增加,3D打印材料种类得到了迅速拓展,主要包括高分子材料、金属材料、无机非金属材料等三大类。但与传统材料相比,3D打印材料种类依然偏少。以金属3D打印为例,可用材料仅有不锈钢、钛合金、铝合金等为数不多的几种。

另外,3D打印对材料的形态也有着严格的要求,一般为粉末状、丝状、液体状等,相比普通材料价格比较昂贵,根本无法满足个人与工业化生产的需要。足够多“买得起”的材料才能为技术的发展提供足够多的选择空间、为应用的扩展提供足够多的想象空间。

未来,3D打印材料将成为研究开发的焦点、资本涌入的风口,材料种类、形态将得到进一步拓展,价格下降可期,精度、强度、稳定性、安全性也更加有保障。

趋势七:手术可排练、治疗更精准

3D打印的“个性化定制”与医疗行业的“对症下药”有着天然的契合性,二者的结合主要体现在四个方面。

一是术前演练,利用3D打印技术还原出病患部位模型,让医生更直观地了解病理结构,增加了手术的成功率。

二是医疗器械,包括助听器、护具、假肢等外部设备以及关节、软骨、支架等内植物。

三是“量身”制药,根据患者的生理特点、具体需要调配药物,提高了药物的有效性。

四是生物打印,用人造血管、心脏、神经、皮肤等来修复、替代和