蔡道生暢談3D打印技術的未來發(fā)展趨勢 2016年09月30日09:14 來源：中國智能制造網 |
作為從事3D打印的來說，需要實事求是的分析市場，開發(fā)符合未來制造業(yè)要求的3D打印新技術，并結合新技術、新工藝開發(fā)新材料，擴大應用市場，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，博士。主持或參與多項國家“863”重大專項、國家數(shù)控重大專項等大型項目，作為核心主導開發(fā)了多種已商品化的核心3D打印相關技術，包括SLS(選擇性激光燒結)、SLM(選擇性激光熔化)、SLA(紫外光立體成形)和投影光固化等。其中加工臺面達到一米以上的世界最大激光粉末快速制造裝備(SLS)設備獲得2011年“中國十大科技進展”稱號。2015年推出中國首臺“全彩色3D打印機”及“多功能覆膜砂3D打印機”，目前專注開發(fā)基于3DP技術的各類3D打印技術及其應用。
蔡道生大膽預測一下幾種技術方向的未來發(fā)展
在非金屬3D打印成形領域，基于噴印原理(典型技術3DP)和光固化面成形(典型技術CLIP)的3D打印技術會成為絕對主流。原因很簡單，CLIP是最快的3D打印技術，而噴印成形是唯一可打印全彩色的3D打印技術，可打印大尺寸、速度快(接近于面成形)、強度高，且在同一層面可成形不同材料。
金屬3D打印工業(yè)應用領域，結合數(shù)控加工的復合成形技術將逐漸主導市場。當然這有一個前提，就是Xjet技術沒能實現(xiàn)商品化。而一旦Xjet技術可打印高致密度金屬零件并實現(xiàn)商品化，3D打印對制造業(yè)的革命就開始了。
在生物醫(yī)療領域，打印金屬植入物將逐步獲得并真實應用到臨床，可降解材料植入物的應用將緊隨其后，至于活性器官3D打印，我對自己一點信心都沒有，我不認為自己可以活到那一天。
為了看得更清楚，現(xiàn)在讓我們簡要回顧一下3D打印技術的發(fā)展歷程
3D打印技術在過去被稱為快速原型技術，在經歷2012年行業(yè)的突然爆發(fā)之后，民間逐漸以“3D打印”這個代表了這個行業(yè)，雖然學術領域的很多老一輩認為這個名詞不準確，所以一般在正式場合使用“增材制造”這個名詞。在其近30年的發(fā)展歷程中，前20年都是以傳統(tǒng)5類技術(FDM、SLS、SLA、LOM和3DP)為核心進行升級，隨后出現(xiàn)金屬3D打印機(SLM)，到近5年，新技術層出不窮，整個行業(yè)也到達火熱的程度。雖然市場上媒體和投資機構對3D打印技術的認識逐漸理性，但新技術的開發(fā)力度卻達到了歷史最高點。
最初的3D打印技術為快速原型技術，所以制造的零件都是原型件，就是“模型”，不具備真實的功能。所以原先在焊接技術領域的增材制造技術(典型技術LENS)不是“原型”打印機，也就不是快速原型技術。2005年前，在中國主要的快速原型技術研發(fā)團隊有三個高校(華中科技大學、清華大學和西安大學)團隊孵化的三個公司(武漢濱湖機電、陜西恒通和北京殷華)和少數(shù)幾個企業(yè)(北京隆源、上海聯(lián)泰等)，進入中國的國外公司也就3Dsystems、stratasys和EOS少數(shù)幾家企業(yè)。
從金屬3D打印機(SLM)出現(xiàn)之后，3D打印機就開始逐漸從“快速原型”向“快速制造”過渡。武漢濱湖機電當時也明確的提出了“直接制造功能件”的技術發(fā)展方向，加大SLS制造尼龍功能件研發(fā)力度和開發(fā)金屬成形SLM技術，也使得濱湖機電成為中國首批可制作尼龍件和金屬打印機的廠家。從2005年以色列objet公司開始進入中國，其快速、經濟的特點極大沖擊了中國以SLA技術為代表的“原型件”制造應用領域，這一狀況發(fā)展到2008年尤為明顯，有些企業(yè)業(yè)績受到顯著影響，甚至有人認為快速原型行業(yè)不行了。由于武漢濱湖機電的核心產品是SLS技術以及SLM技術，業(yè)績反而一直是穩(wěn)步上升。
2012年在歐美等國的促動下，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始全面關注3D打印技術，更有人認為3D打印是萬能的制造技術，焊接領域的增材制造技術也加入到3D打印行業(yè)，中國的3D打印市場也成幾何倍數(shù)增長，幾乎所有的3D打印企業(yè)也重新爆發(fā)，任何一個與3D打印產業(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也都掛上3D打印的稱呼，整個行業(yè)處于“發(fā)燒”狀態(tài)。好的一面是，火熱的大環(huán)境促動了很多新興技術的誕生，新技術、新企業(yè)也是層出不窮，如普通紙張全彩3D打印機、復合金屬3D打印機、建筑3D打印機、巧克力3D打印機、CLIP技術、Xjet技術、液態(tài)金屬3D打印機等等。
兩年前，在一些專家的呼吁下，很多人開始冷靜思考3D打印行業(yè)，人們開始發(fā)現(xiàn)，目前的3D打印技術有很多缺點，它們很難滿足制造業(yè)的要求。在接下來的兩三年，行業(yè)洗牌可能在所難免，一些舊的技術也必將逐漸淡出市場。
下面來解釋一下前面我對行業(yè)技術發(fā)展預測的理由
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，對產品的要求主要體現(xiàn)在強度、速度和經濟性。
CLIP技術最顯著的特點就是快，由于解決了固化面與玻璃剝離的核心問題，任何一種加法式成形技術不可能比它更快。俗話說天下武功唯快不破，幾分鐘即可得到零件的速度足夠讓工程師和設計師興奮。還有一點是該技術可采用普通投影技術，設備硬件成本較低，說明該技術產品有足夠的降價空間，就看企業(yè)愿不愿意了。當然CLIP技術也有缺點，就是不能成形全彩色零件，短期內成形尺寸也不大。
而噴印成形3D打印技術(以下簡稱3DP)，有幾個典型的特點：速度快、可打印全彩色、成形尺寸大等，早期的3DP技術主要打印石膏材料，給人造成了零件強度不高的缺點。但新的3DP技術不僅成形強度很高，且成形材料很多，如尼龍、陶瓷、覆膜砂等。3DP技術如果解決了表面質量問題，其應用前景將非常可觀。
可以預見，新的3DP和CLIP技術一旦廣泛商用，傳統(tǒng)非金屬3D打印技術必將受到沖擊甚至被淘汰。
對于金屬3D打印工業(yè)應用領域，如果金屬3D打印機不能解決表面質量低、成形效率低和成本高的缺點，它在工業(yè)應用領域就只能是復雜零件方面，而且很多復雜零件由于支撐無法去除也不能加工，所以傳統(tǒng)金屬3D打印技術在工業(yè)領域的應用必定受限。近幾年出現(xiàn)的結合數(shù)控加工的復合成形金屬3D打印機很好的解決了表面質量的問題，其應用領域擴大很多，甚至可以應用到模具加工領域成為一種模具加工設備。
而Xjet技術的出現(xiàn)才是金屬成形3D打印機的革命性技術，我本人非常驚嘆該技術的成就，由于Xjet技術還沒有商品化，我不能確定的是該技術在成形零件的致密度方面會如何，但從介紹上來看它幾乎解決了金屬成形3D打印技術的所有缺點，如果該技術能夠解決致密度問題，3D打印對制造業(yè)就真能產生革命性影響了。
生物醫(yī)療領域是一個特殊的領域，幾乎每一個“產品”都是個性化的，且不需要極高的表面質量和高致密度，是一個特別適合于3D打印技術的領域。比如金屬3D打印在工業(yè)領域的一些缺點在應用到生物醫(yī)療領域反而成了優(yōu)點——如空間網格化和粗糙的表面更能符合生物組織生長的要求。因此，在通過醫(yī)療審批后3D打印技術在生物醫(yī)療領域將會有廣闊的空間。但在活性器官3D打印方面我始終持有慎重應用的觀點，理由很簡單，我認為人類對一些活性器官的研究還不夠徹底，還有很多未知的知識我們的科學家都還沒有掌握。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“產品”，而不是真實的器官。
我們可以想象一下上述幾種技術實現(xiàn)普遍商業(yè)化之后的情景，可以分析哪些技術可能受到沖擊而衰退甚至消失。
3D打印技術本身被委以“引發(fā)制造業(yè)革命”的重任，但傳統(tǒng)的3D打印技術顯然不能承擔如此重任。作為從事3D打印的企業(yè)來說，需要實事求是的分析市場，開發(fā)符合未來制造業(yè)要求的3D打印新技術，并結合新技術、新工藝開發(fā)新材料，擴大應用市場，才能保持企業(yè)的持續(xù)發(fā)展。
責任編輯：姚泓澤
