蔡道生暢談3D打印技術(shù)的未來(lái)發(fā)展趨勢(shì) 2016年09月30日09:14 來(lái)源：中國(guó)智能制造網(wǎng) |
作為從事3D打印的來(lái)說(shuō)，需要實(shí)事求是的分析市場(chǎng)，開(kāi)發(fā)符合未來(lái)制造業(yè)要求的3D打印新技術(shù)，并結(jié)合新技術(shù)、新工藝開(kāi)發(fā)新材料，擴(kuò)大應(yīng)用市場(chǎng)，才能保持企業(yè)的持續(xù)發(fā)展。
蔡道生，武漢易制科技有限董事長(zhǎng)，博士。主持或參與多項(xiàng)國(guó)家“863”重大專(zhuān)項(xiàng)、國(guó)家數(shù)控重大專(zhuān)項(xiàng)等大型項(xiàng)目，作為核心主導(dǎo)開(kāi)發(fā)了多種已商品化的核心3D打印相關(guān)技術(shù)，包括SLS(選擇性激光燒結(jié))、SLM(選擇性激光熔化)、SLA(紫外光立體成形)和投影光固化等。其中加工臺(tái)面達(dá)到一米以上的世界最大激光粉末快速制造裝備(SLS)設(shè)備獲得2011年“中國(guó)十大科技進(jìn)展”稱(chēng)號(hào)。2015年推出中國(guó)首臺(tái)“全彩色3D打印機(jī)”及“多功能覆膜砂3D打印機(jī)”，目前專(zhuān)注開(kāi)發(fā)基于3DP技術(shù)的各類(lèi)3D打印技術(shù)及其應(yīng)用。
蔡道生大膽預(yù)測(cè)一下幾種技術(shù)方向的未來(lái)發(fā)展
在非金屬3D打印成形領(lǐng)域，基于噴印原理(典型技術(shù)3DP)和光固化面成形(典型技術(shù)CLIP)的3D打印技術(shù)會(huì)成為絕對(duì)主流。原因很簡(jiǎn)單，CLIP是最快的3D打印技術(shù)，而噴印成形是唯一可打印全彩色的3D打印技術(shù)，可打印大尺寸、速度快(接近于面成形)、強(qiáng)度高，且在同一層面可成形不同材料。
金屬3D打印工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域，結(jié)合數(shù)控加工的復(fù)合成形技術(shù)將逐漸主導(dǎo)市場(chǎng)。當(dāng)然這有一個(gè)前提，就是Xjet技術(shù)沒(méi)能實(shí)現(xiàn)商品化。而一旦Xjet技術(shù)可打印高致密度金屬零件并實(shí)現(xiàn)商品化，3D打印對(duì)制造業(yè)的革命就開(kāi)始了。
在生物醫(yī)療領(lǐng)域，打印金屬植入物將逐步獲得并真實(shí)應(yīng)用到臨床，可降解材料植入物的應(yīng)用將緊隨其后，至于活性器官3D打印，我對(duì)自己一點(diǎn)信心都沒(méi)有，我不認(rèn)為自己可以活到那一天。
為了看得更清楚，現(xiàn)在讓我們簡(jiǎn)要回顧一下3D打印技術(shù)的發(fā)展歷程
3D打印技術(shù)在過(guò)去被稱(chēng)為快速原型技術(shù)，在經(jīng)歷2012年行業(yè)的突然爆發(fā)之后，民間逐漸以“3D打印”這個(gè)代表了這個(gè)行業(yè)，雖然學(xué)術(shù)領(lǐng)域的很多老一輩認(rèn)為這個(gè)名詞不準(zhǔn)確，所以一般在正式場(chǎng)合使用“增材制造”這個(gè)名詞。在其近30年的發(fā)展歷程中，前20年都是以傳統(tǒng)5類(lèi)技術(shù)(FDM、SLS、SLA、LOM和3DP)為核心進(jìn)行升級(jí)，隨后出現(xiàn)金屬3D打印機(jī)(SLM)，到近5年，新技術(shù)層出不窮，整個(gè)行業(yè)也到達(dá)火熱的程度。雖然市場(chǎng)上媒體和投資機(jī)構(gòu)對(duì)3D打印技術(shù)的認(rèn)識(shí)逐漸理性，但新技術(shù)的開(kāi)發(fā)力度卻達(dá)到了歷史最高點(diǎn)。
最初的3D打印技術(shù)為快速原型技術(shù)，所以制造的零件都是原型件，就是“模型”，不具備真實(shí)的功能。所以原先在焊接技術(shù)領(lǐng)域的增材制造技術(shù)(典型技術(shù)LENS)不是“原型”打印機(jī)，也就不是快速原型技術(shù)。2005年前，在中國(guó)主要的快速原型技術(shù)研發(fā)團(tuán)隊(duì)有三個(gè)高校(華中科技大學(xué)、清華大學(xué)和西安大學(xué))團(tuán)隊(duì)孵化的三個(gè)公司(武漢濱湖機(jī)電、陜西恒通和北京殷華)和少數(shù)幾個(gè)企業(yè)(北京隆源、上海聯(lián)泰等)，進(jìn)入中國(guó)的國(guó)外公司也就3Dsystems、stratasys和EOS少數(shù)幾家企業(yè)。
從金屬3D打印機(jī)(SLM)出現(xiàn)之后，3D打印機(jī)就開(kāi)始逐漸從“快速原型”向“快速制造”過(guò)渡。武漢濱湖機(jī)電當(dāng)時(shí)也明確的提出了“直接制造功能件”的技術(shù)發(fā)展方向，加大SLS制造尼龍功能件研發(fā)力度和開(kāi)發(fā)金屬成形SLM技術(shù)，也使得濱湖機(jī)電成為中國(guó)首批可制作尼龍件和金屬打印機(jī)的廠家。從2005年以色列objet公司開(kāi)始進(jìn)入中國(guó)，其快速、經(jīng)濟(jì)的特點(diǎn)極大沖擊了中國(guó)以SLA技術(shù)為代表的“原型件”制造應(yīng)用領(lǐng)域，這一狀況發(fā)展到2008年尤為明顯，有些企業(yè)業(yè)績(jī)受到顯著影響，甚至有人認(rèn)為快速原型行業(yè)不行了。由于武漢濱湖機(jī)電的核心產(chǎn)品是SLS技術(shù)以及SLM技術(shù)，業(yè)績(jī)反而一直是穩(wěn)步上升。
2012年在歐美等國(guó)的促動(dòng)下，3D打印行業(yè)突然爆發(fā)，政府、媒體、券商甚至普通老百姓都開(kāi)始全面關(guān)注3D打印技術(shù)，更有人認(rèn)為3D打印是萬(wàn)能的制造技術(shù)，焊接領(lǐng)域的增材制造技術(shù)也加入到3D打印行業(yè)，中國(guó)的3D打印市場(chǎng)也成幾何倍數(shù)增長(zhǎng)，幾乎所有的3D打印企業(yè)也重新爆發(fā)，任何一個(gè)與3D打印產(chǎn)業(yè)沾邊的企業(yè)也都獲利，造成了很多企業(yè)都想靠上3D打印，一些明顯的二維成形技術(shù)也都掛上3D打印的稱(chēng)呼，整個(gè)行業(yè)處于“發(fā)燒”狀態(tài)。好的一面是，火熱的大環(huán)境促動(dòng)了很多新興技術(shù)的誕生，新技術(shù)、新企業(yè)也是層出不窮，如普通紙張全彩3D打印機(jī)、復(fù)合金屬3D打印機(jī)、建筑3D打印機(jī)、巧克力3D打印機(jī)、CLIP技術(shù)、Xjet技術(shù)、液態(tài)金屬3D打印機(jī)等等。
兩年前，在一些專(zhuān)家的呼吁下，很多人開(kāi)始冷靜思考3D打印行業(yè)，人們開(kāi)始發(fā)現(xiàn)，目前的3D打印技術(shù)有很多缺點(diǎn)，它們很難滿足制造業(yè)的要求。在接下來(lái)的兩三年，行業(yè)洗牌可能在所難免，一些舊的技術(shù)也必將逐漸淡出市場(chǎng)。
下面來(lái)解釋一下前面我對(duì)行業(yè)技術(shù)發(fā)展預(yù)測(cè)的理由
先看看主要的成形行業(yè)。傳統(tǒng)的成形方法主要是注塑成型和數(shù)控加工，對(duì)產(chǎn)品的要求主要體現(xiàn)在強(qiáng)度、速度和經(jīng)濟(jì)性。
CLIP技術(shù)最顯著的特點(diǎn)就是快，由于解決了固化面與玻璃剝離的核心問(wèn)題，任何一種加法式成形技術(shù)不可能比它更快。俗話說(shuō)天下武功唯快不破，幾分鐘即可得到零件的速度足夠讓工程師和設(shè)計(jì)師興奮。還有一點(diǎn)是該技術(shù)可采用普通投影技術(shù)，設(shè)備硬件成本較低，說(shuō)明該技術(shù)產(chǎn)品有足夠的降價(jià)空間，就看企業(yè)愿不愿意了。當(dāng)然CLIP技術(shù)也有缺點(diǎn)，就是不能成形全彩色零件，短期內(nèi)成形尺寸也不大。
而噴印成形3D打印技術(shù)(以下簡(jiǎn)稱(chēng)3DP)，有幾個(gè)典型的特點(diǎn)：速度快、可打印全彩色、成形尺寸大等，早期的3DP技術(shù)主要打印石膏材料，給人造成了零件強(qiáng)度不高的缺點(diǎn)。但新的3DP技術(shù)不僅成形強(qiáng)度很高，且成形材料很多，如尼龍、陶瓷、覆膜砂等。3DP技術(shù)如果解決了表面質(zhì)量問(wèn)題，其應(yīng)用前景將非?？捎^。
可以預(yù)見(jiàn)，新的3DP和CLIP技術(shù)一旦廣泛商用，傳統(tǒng)非金屬3D打印技術(shù)必將受到?jīng)_擊甚至被淘汰。
對(duì)于金屬3D打印工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域，如果金屬3D打印機(jī)不能解決表面質(zhì)量低、成形效率低和成本高的缺點(diǎn)，它在工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域就只能是復(fù)雜零件方面，而且很多復(fù)雜零件由于支撐無(wú)法去除也不能加工，所以傳統(tǒng)金屬3D打印技術(shù)在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用必定受限。近幾年出現(xiàn)的結(jié)合數(shù)控加工的復(fù)合成形金屬3D打印機(jī)很好的解決了表面質(zhì)量的問(wèn)題，其應(yīng)用領(lǐng)域擴(kuò)大很多，甚至可以應(yīng)用到模具加工領(lǐng)域成為一種模具加工設(shè)備。
而Xjet技術(shù)的出現(xiàn)才是金屬成形3D打印機(jī)的革命性技術(shù)，我本人非常驚嘆該技術(shù)的成就，由于Xjet技術(shù)還沒(méi)有商品化，我不能確定的是該技術(shù)在成形零件的致密度方面會(huì)如何，但從介紹上來(lái)看它幾乎解決了金屬成形3D打印技術(shù)的所有缺點(diǎn)，如果該技術(shù)能夠解決致密度問(wèn)題，3D打印對(duì)制造業(yè)就真能產(chǎn)生革命性影響了。
生物醫(yī)療領(lǐng)域是一個(gè)特殊的領(lǐng)域，幾乎每一個(gè)“產(chǎn)品”都是個(gè)性化的，且不需要極高的表面質(zhì)量和高致密度，是一個(gè)特別適合于3D打印技術(shù)的領(lǐng)域。比如金屬3D打印在工業(yè)領(lǐng)域的一些缺點(diǎn)在應(yīng)用到生物醫(yī)療領(lǐng)域反而成了優(yōu)點(diǎn)——如空間網(wǎng)格化和粗糙的表面更能符合生物組織生長(zhǎng)的要求。因此，在通過(guò)醫(yī)療審批后3D打印技術(shù)在生物醫(yī)療領(lǐng)域?qū)?huì)有廣闊的空間。但在活性器官3D打印方面我始終持有慎重應(yīng)用的觀點(diǎn)，理由很簡(jiǎn)單，我認(rèn)為人類(lèi)對(duì)一些活性器官的研究還不夠徹底，還有很多未知的知識(shí)我們的科學(xué)家都還沒(méi)有掌握。在這種情況下，我們打印的活性器官一定只是具備某種功能的“產(chǎn)品”，而不是真實(shí)的器官。
我們可以想象一下上述幾種技術(shù)實(shí)現(xiàn)普遍商業(yè)化之后的情景，可以分析哪些技術(shù)可能受到?jīng)_擊而衰退甚至消失。
3D打印技術(shù)本身被委以“引發(fā)制造業(yè)革命”的重任，但傳統(tǒng)的3D打印技術(shù)顯然不能承擔(dān)如此重任。作為從事3D打印的企業(yè)來(lái)說(shuō)，需要實(shí)事求是的分析市場(chǎng)，開(kāi)發(fā)符合未來(lái)制造業(yè)要求的3D打印新技術(shù)，并結(jié)合新技術(shù)、新工藝開(kāi)發(fā)新材料，擴(kuò)大應(yīng)用市場(chǎng)，才能保持企業(yè)的持續(xù)發(fā)展。
責(zé)任編輯：姚泓澤
