蔡道生—关于3D打印技术的未来发展预测

蔡道生—关于3D打印技术的未来发展预测

      首先大胆预测一下几种技术方向的未来发展:

      在非金属3D打印成形领域,基于喷印原理(典型技术3DP)和光固化面成形(典型技术CLIP)的3D打印技术会成为绝对主流。原因很简单,CLIP是最快的3D打印技术,而喷印成形是唯一可打印全彩色的3D打印技术,可打印大尺寸、速度快(接近于面成形)、强度高,且在同一层面可成形不同材料。

      金属3D打印工业应用领域,结合数控加工的复合成形技术将逐渐主导市场。当然这有一个前提,就是Xjet技术没能实现商品化。而一旦Xjet技术可打印高致密度金属零件并实现商品化,3D打印对制造业的革命就开始了。

      在生物医疗领域,打印金属植入物将逐步获得认证并真实应用到临床,可降解材料植入物的应用将紧随其后,至于活性器官3D打印,我对自己一点信心都没有,我不认为自己可以活到那一天。

      为了看得更清楚,现在让我们简要回顾一下3D打印技术的发展历程。

      3D打印技术在过去被称为快速原型技术,在经历2012年行业的突然爆发之后,民间逐渐以“3D打印”这个名词代表了这个行业,虽然学术领域的很多老一辈专家认为这个名词不准确,所以一般在正式场合使用“增材制造”这个名词。在其近30年的发展历程中,前20年都是以传统5类技术(FDMSLSSLALOM3DP)为核心进行升级,随后出现金属3D打印机SLM),到近5年,新技术层出不穷,整个行业也到达火热的程度。虽然市场上媒体和投资机构对3D打印技术的认识逐渐理性,但新技术的开发力度却达到了历史最高点。

      最初的3D打印技术为快速原型技术,所以制造的零件都是原型件,就是“模型”,不具备产品真实的功能。所以原先在焊接技术领域的增材制造技术(典型技术LENS)不是“原型”打印机,也就不是快速原型技术。2005年前,在中国主要的快速原型技术研发团队有三个高校(华中科技大学、清华大学和西安交通大学)团队孵化的三个公司(武汉滨湖机电、陕西恒通和北京殷华)和少数几个企业(北京隆源、上海联泰等),进入中国的国外公司也就3D systemsstratasysEOS少数几家企业。

      从金属3D打印机(SLM)出现之后,3D打印机就开始逐渐从“快速原型”向“快速制造”过渡。武汉滨湖机电当时也明确的提出了
“直接制造功能件”的技术发展方向,加大
SLS制造尼龙功能件研发力度和开发金属成形SLM技术,也使得滨湖机电成为中国首批可制作尼龙件和金属打印机的厂家。从2005年以色列objet公司开始进入中国,其快速、经济的特点极大冲击了中国以SLA技术为代表的“原型件”制造应用领域,这一状况发展到2008年尤为明显,有些企业业绩受到显著影响,甚至有人认为快速原型行业不行了。由于武汉滨湖机电的核心产品是SLS技术以及SLM技术,业绩反而一直是稳步上升。

      2012年在欧美等国的促动下,3D打印行业突然爆发,政府、媒体、券商甚至普通老百姓都开始全面关注3D打印技术,更有人认为3D打印是万能的制造技术,焊接领域的增材制造技术也加入到3D打印行业,中国的3D打印市场也成几何倍数增长,几乎所有的3D打印企业也重新爆发,任何一个与3D打印产业沾边的企业也都获利,造成了很多企业都想靠上3D打印,一些明显的二维成形技术也都挂上3D打印的称呼,整个行业处于“发烧”状态。好的一面是,火热的大环境促动了很多新兴技术的诞生,新技术、新企业也是层出不穷,如普通纸张全彩3D打印机、复合金属3D打印机、建筑3D打印机、巧克力3D打印机、CLIP技术、Xjet技术、液态金属3D打印机等等。

      两年前,在一些专家的呼吁下,很多人开始冷静思考3D打印行业,人们开始发现,目前的3D打印技术有很多缺点,它们很难满足制造业的要求。在接下来的两三年,行业洗牌可能在所难免,一些旧的技术也必将逐渐淡出市场。

      下面来解释一下前面我对行业技术发展预测的理由。

      先看看主要的塑料成形行业。传统的成形方法主要是注塑成型和数控加工,对产品的要求主要体现在强度、速度和经济性。

      CLIP技术最显著的特点就是快,由于解决了固化面与玻璃剥离的核心问题,任何一种加法式成形技术不可能比它更快。俗话说天下武功唯快不破,几分钟即可得到零件的速度足够让工程师和设计师兴奋。还有一点是该技术可采用普通投影技术,设备硬件成本较低,说明该技术产品有足够的降价空间,就看企业愿不愿意了。当然CLIP技术也有缺点,就是不能成形全彩色零件,短期内成形尺寸也不大。

      而喷印成形3D打印技术(以下简称3DP),有几个典型的特点:速度快、可打印全彩色、成形尺寸大等,早期的3DP技术主要打印石膏材料,给人造成了零件强度不高的缺点。但新的3DP技术不仅成形强度很高,且成形材料很多,如尼龙、陶瓷、覆膜砂等。3DP技术如果解决了表面质量问题,其应用前景将非常可观。

可以预见,新的3DPCLIP技术一旦广泛商用,传统非金属3D打印技术必将受到冲击甚至被淘汰。

      对于金属3D打印工业应用领域,如果金属3D打印机不能解决表面质量低、成形效率低和成本高的缺点,它在工业应用领域就只能是复杂零件方面,而且很多复杂零件由于支撑无法去除也不能加工,所以传统金属3D打印技术在工业领域的应用必定受限。近几年出现的结合数控加工的复合成形金属3D打印机很好的解决了表面质量的问题,其应用领域扩大很多,甚至可以应用到模具加工领域成为一种模具加工设备。

      而Xjet技术的出现才是金属成形3D打印机的革命性技术,我本人非常惊叹该技术的成就,由于Xjet技术还没有商品化,我不能确定的是该技术在成形零件的致密度方面会如何,但从介绍上来看它几乎解决了金属成形3D打印技术的所有缺点,如果该技术能够解决致密度问题,3D打印对制造业就真能产生革命性影响了。

      生物医疗领域是一个特殊的领域,几乎每一个“产品”都是个性化的,且不需要极高的表面质量和高致密度,是一个特别适合于3D打印技术的领域。比如金属3D打印在工业领域的一些缺点在应用到生物医疗领域反而成了优点——如空间网格化和粗糙的表面更能符合生物组织生长的要求。因此,在通过医疗审批后3D打印技术在生物医疗领域将会有广阔的空间。但在活性器官3D打印方面我始终持有慎重应用的观点,理由很简单,我认为人类对一些活性器官的研究还不够彻底,还有很多未知的知识我们的科学家都还没有掌握。在这种情况下,我们打印的活性器官一定只是具备某种功能的“产品”,而不是真实的器官。

      我们可以想象一下上述几种技术实现普遍商业化之后的情景,可以分析哪些技术可能受到冲击而衰退甚至消失。

      3D打印技术本身被委以“引发制造业革命”的重任,但传统的3D打印技术显然不能承担如此重任。作为从事3D打印的企业来说,需要实事求是的分析市场,开发符合未来制造业要求的3D打印新技术,并结合新技术、新工艺开发新材料,扩大应用市场,才能保持企业的持续发展。

(作者简介:蔡道生,武汉易制科技有限公司董事长,博士。主持或参与多项国家“863”重大专项、国家数控重大专项等大型项目,作为核心主导开发了多种已商品化的核心3D打印相关技术,包括SLS(选择性激光烧结)SLM(选择性激光熔化)SLA(紫外光立体成形)和投影光固化等。其中加工台面达到一米以上的世界最大激光粉末快速制造装备(SLS)设备获得2011年“中国十大科技进展”称号。2015年推出中国首台“全彩色3D打印机”及“多功能覆膜砂3D打印机”,目前专注开发基于3DP技术的各类3D打印技术及其应用。)

 蔡道生—关于3D打印技术的未来发展预测

 
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网友评论4

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