3D打印不是一般的火。然而當(dāng)你真的看到3D打印機(jī)出來的樹脂產(chǎn)品和過程的時(shí)候,恐怕還是會(huì)對這個(gè)熱門技術(shù)有一點(diǎn)失望。打印時(shí)間長、精度不夠、色彩也不那么逼真。不過沒關(guān)系,這些都不阻礙3D打印成為大熱門,畢竟它仍處于初級階段,而且發(fā)展成熟以后,確實(shí)會(huì)改變制造業(yè)的生產(chǎn)方式,也會(huì)讓我們的生活發(fā)生一些變化。 當(dāng)人們都在關(guān)注3D打印的機(jī)器是如何工作的,3D打印究竟能做出什么的時(shí)候,已經(jīng)忽視了3D打印未來最賺錢的部分之一:材料。美國巨頭3D System測算,未來3年,材料部分將成為3D行業(yè)最大的利潤來源。還記得惠普打印機(jī)是怎么賺錢的嗎?沒錯(cuò),賣硒鼓墨盒!這是否對你讀懂3D打印行業(yè)也有些啟發(fā)呢?專訪大連理工大學(xué)材料工程系教授,博士生導(dǎo)師:姚山,一起來看看吧。
材料將更賺錢,現(xiàn)多被國外壟斷
3D未來打印技術(shù)的發(fā)展,肯定是對材料的要求越來越多,也越來越高。我國材料相關(guān)行業(yè)的發(fā)展是怎樣的? 姚山:我認(rèn)為未來3D打印材料和技術(shù)是互相促進(jìn)互相發(fā)展的一個(gè)過程。僅僅看到奧巴馬政府支持3D打印的政策是不夠的,應(yīng)該看到他還有一個(gè)材料基因組的計(jì)劃。這兩個(gè)計(jì)劃是并行的。
材料方面要通過多尺度數(shù)學(xué)建模、計(jì)算機(jī)仿真等數(shù)字化新技術(shù),實(shí)現(xiàn)新材料的快速研發(fā)。實(shí)際上3D打印解決了材料成型的問題,過去復(fù)雜的形狀結(jié)構(gòu)可以用新的方法來成型。
但是材料成型以后,還要解決工程應(yīng)用所必需的材料性能的問題,除了成型性以外的其他材料性能上的要求,比如防腐、強(qiáng)度硬度等等。這就對新材料提出了要求。如果有新的材料能夠達(dá)到傳統(tǒng)工藝做出來產(chǎn)品的性能,那會(huì)很有市場價(jià)值。
在鑄造領(lǐng)域,3D打印可以做出來很復(fù)雜的鑄型,但是要配合新的鑄造合金,使得鑄造出的樣件性能達(dá)到傳統(tǒng)的鍛件水平或更高,就可以對工業(yè)產(chǎn)生更大影響,甚至達(dá)到“以鑄代鍛”。
鑄造有個(gè)好處就是在復(fù)雜形狀制造上有優(yōu)勢,但是在性能上不如鍛造的產(chǎn)品。如果有新的鑄造材料研制開發(fā)出來,就可以制作高端的制件。 過去為什么不做材料的研發(fā)?因?yàn)槌尚图夹g(shù)不成熟,即使有再好的材料也無法用鑄造的方法成型。3D打印技術(shù)已提供了新的成型技術(shù),下一步一定可以促進(jìn)新的材料的發(fā)展。
未來3D打印的材料領(lǐng)域會(huì)怎樣發(fā)展?是出現(xiàn)很多種,還是有某些通用的?
姚山:將來適應(yīng)3D打印的一些新材料肯定會(huì)層出不窮的出現(xiàn)。因?yàn)槟壳皣獾牟牧媳容^貴,國內(nèi)有些研究人員也看到了這種市場或者說需求,結(jié)合自己的研究方向和特長,去開發(fā)新材料,甚至是新的材料體系。
樹脂材料主體是做模型用的,這個(gè)領(lǐng)域主要是降低成本。新的技術(shù)或新材料的產(chǎn)生會(huì)使成本下降。我相信在比較短的時(shí)間內(nèi),大量材料會(huì)涌現(xiàn)出來。還有金屬粉,比如鈦粉、不銹鋼粉,就有人做,但是由于需求量小,成本比較高,將來金屬成形技術(shù)成熟了,這方面的成本也會(huì)下降。
目前材料價(jià)格高的主要原因還是國外的專利和壟斷。還有一個(gè)原因是我們需求量比較少,沒有必要自己做。按照我個(gè)人的判斷,制造業(yè)一旦重視起來,三到五年我們的需求量上來了,成本一定會(huì)下降。
我們的材料領(lǐng)域在哪個(gè)方面比較薄弱?
姚山:我目前覺得樹脂類的材料可能比較弱。金屬粉體需求量比較小,比較高端,國內(nèi)應(yīng)該不比國外差多少。生物應(yīng)用材料大多在做基礎(chǔ)研究,既需要解決成型問題,還要面對生物活性和生物相容性等問題,還需要不斷探索和研究。
現(xiàn)在需求量比較大的還是常規(guī)的3D打印材料,液態(tài)樹脂的、樹脂粉、尼龍粉、蠟粉等,國外壟斷了很多,我們下一步還是應(yīng)該在這個(gè)領(lǐng)域?qū)で蟾蟮陌l(fā)展。
航空航天、汽車最成熟,生物醫(yī)療最熱門
目前做的比較成熟的是哪些行業(yè)呢?這些行業(yè)是怎樣的模式?
姚山:咱們比較成功的第一類是航空航天,這種比較高端、復(fù)雜的行業(yè)制件,我們國內(nèi)水平和國際可以說是相當(dāng)?shù)幕蛘哒f是同步的。在這個(gè)體系中,水平上可能差距不大,甚至有些地方我們還比他們做得好。3D打印在這個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用應(yīng)該說是比較成熟的市場。
但是由于航空航天制造領(lǐng)域的特點(diǎn),傳統(tǒng)方法工藝成本也非常高,應(yīng)用3D打印的方法,可能成本比傳統(tǒng)方法要低、制造周期更短。這樣就使得這項(xiàng)技術(shù)在這個(gè)行業(yè)發(fā)展的比較快,應(yīng)用比較成功。
另外一個(gè)成功行業(yè)是汽車行業(yè)。據(jù)我了解3D打印的市場份額有30%多是在汽車行業(yè)。新產(chǎn)品的研制、新車型的開發(fā)階段大量采用了3D打印技術(shù)。汽車行業(yè)已經(jīng)趨近于成熟。國內(nèi)有些汽車廠商已經(jīng)開始考慮,學(xué)習(xí)國外的方法,甚至已經(jīng)引入了3D打印技術(shù)。 其實(shí)十幾年前我國汽車行業(yè)已經(jīng)用了這種方法,比如說大連柴油機(jī)采用了這個(gè)技術(shù)做過新產(chǎn)品開發(fā)。所以說國內(nèi)的汽車行業(yè)對3D打印這項(xiàng)技術(shù)認(rèn)識還是比較早的,只是數(shù)量上還不夠。
汽車行業(yè)是怎樣具體應(yīng)用的呢?
姚山:首先是車體設(shè)計(jì),新設(shè)計(jì)的車型如果做一套正規(guī)模具成本會(huì)非常非常高,可以通過3D打印技術(shù),制造試制用的模具或者替代模具的一種產(chǎn)品來制造白車身,速度很快,成本也不高。
甚至如果只從外形來講,可以用樹脂等材料打印出來,讓大家評判、實(shí)際感覺新車的外觀,看看是不是能接受,這不是工程應(yīng)用,僅僅是看外形的,這樣可能很短時(shí)間、很低成本就能完成車型的設(shè)計(jì)。還有就是新型發(fā)動(dòng)機(jī)的研制,發(fā)動(dòng)機(jī)很多都是鑄造成型的。如果要是傳統(tǒng)方法做模具去實(shí)現(xiàn)鑄造,成本很高。
用3D打印技術(shù)就可以不用模具,實(shí)現(xiàn)一些新的發(fā)動(dòng)機(jī)的試制,可以縮短周期,降低成本,尤其是縮短周期,效益更加明顯。
3D打印這項(xiàng)技術(shù)在生物應(yīng)用方面,是否和實(shí)際應(yīng)用還有很大距離?
姚山:生物醫(yī)藥的應(yīng)用是最熱門的領(lǐng)域和方向。因?yàn)樯飸?yīng)用大都是個(gè)體化的,不適合批量生產(chǎn),比如牙齒、骨骼的修復(fù),除了材料強(qiáng)硬度性能要求以外,還有生物相容性等問題,而且是一個(gè)高附加值的領(lǐng)域。未來肯定是一個(gè)很重要的方向。
這里面涉及材料問題非常多。所以我個(gè)人覺得還沒有到社會(huì)大眾應(yīng)用的狀態(tài),除了一些假牙的制作倒是有可能。其他的比如要把金屬制成的骨骼體系和生物多種材料復(fù)合到一起打印,還沒有到實(shí)際應(yīng)用的狀態(tài)。
期待企業(yè)創(chuàng)新性投入,仍需政策引導(dǎo)
這個(gè)行業(yè)現(xiàn)在面臨的問題是什么?需要怎樣的支持才能讓3D打印真正進(jìn)入生產(chǎn)生活?
姚山:今年科技部的支撐計(jì)劃和863計(jì)劃已經(jīng)有一些項(xiàng)目在支持3D打印。遼寧、江蘇、山東很多地方,從省里到市里,也有一些項(xiàng)目方面的支持或出臺引導(dǎo)性的政策。我現(xiàn)在個(gè)人認(rèn)為,不完全是政府認(rèn)識和政策上的問題,主要還是企業(yè)的積極性沒有完全調(diào)動(dòng)起來。 企業(yè)是要看具體的應(yīng)用和效果,這畢竟是一個(gè)新技術(shù),如果這項(xiàng)技術(shù)在某些企業(yè)取得了顯著效果,企業(yè)的需求量會(huì)隨之而增長。企業(yè)前期做這些事情肯定投入大、成本高、有風(fēng)險(xiǎn),政府可以通過稅收、項(xiàng)目支持、扶持政策,讓他們先做起來。只要一做起來,后續(xù)市場變大了,不用政府再投入了,這個(gè)市場也會(huì)發(fā)展的很好。所以說引導(dǎo)很重要。
我們的企業(yè)大多是跟蹤型的,不太愿意創(chuàng)新性投入,只有少數(shù)企業(yè),或者那些有敏感性的人,他們才愿意做這件事。但他們的投入很高。但我們的企業(yè)大多是跟風(fēng)型的,某一個(gè)企業(yè)做好了,后續(xù)很多企業(yè)都跟進(jìn)了,F(xiàn)在應(yīng)該說是培育和孵化的階段,成熟度已經(jīng)比較高,需要一些引導(dǎo)的政策。
現(xiàn)在有一些鑄造、裝備制造企業(yè)也在和我聯(lián)系?梢哉f早期認(rèn)為這項(xiàng)技術(shù)能帶來效益、有這個(gè)認(rèn)識的人群已經(jīng)出現(xiàn)了,但是真正能有市場成熟度,我判斷還需要兩三年。等這些先走一步的人群,創(chuàng)造了價(jià)值,贏得了回報(bào),后面會(huì)有大批的人跟進(jìn)這個(gè)市場。
怎樣看待3D打印和傳統(tǒng)工業(yè)制造領(lǐng)域的關(guān)系?
姚山:3D打印這個(gè)技術(shù)從新產(chǎn)品研發(fā)角度講,應(yīng)該說有絕對優(yōu)勢。等產(chǎn)品定型以后,到大批量生產(chǎn),它的優(yōu)勢會(huì)變小。但是并不一定沒有應(yīng)用。比如傳統(tǒng)制造也是先把模具做出來,然后用壓力加工等方法成型。但是模具也是單件的、小批量的產(chǎn)品,如果用3D打印去做模具,就是很好的應(yīng)用。3D打印可以和傳統(tǒng)的技術(shù)有一個(gè)很好的融合,對傳統(tǒng)制造技術(shù)和工藝流程帶來一種改變。
大家不要把3D打印和傳統(tǒng)技術(shù)相對立,好像3D打印一定要取代傳統(tǒng)。不是這樣的。我覺得3D打印第一步是融合傳統(tǒng),改變部分流程或工藝,最后可能隨著材料技術(shù)的發(fā)展,3D打印可能直接走到應(yīng)用。
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